DE19545164B4 - Optische Halbleitervorrichtung mit vergrabenem Wellenleiter und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

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Eitaro Itami Ishimura
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    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2272—Buried mesa structure ; Striped active layer grown by a mask induced selective growth

Abstract

Optische Halbleitervorrichtung mit:
einem Halbleitersubstrat (2), das eine Oberfläche und einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; und
einem Laserelement (101) und einem optischen Modulator (102), die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (2) angeordnet sind, wobei
das Laserelement (101) und der optische Modulator (102) einen vergrabenen Wellenleiter (14), eine vergrabende Halbleiterstruktur (8, 9, 10), die auf gegenüberliegenden Seiten des vergrabenen Wellenleiters (14) ausgebildet sind, eine Beschichtungslage (5) auf dem vergrabenen Wellenleiter (14) und der vergrabenden Halbleiterstruktur (8, 9, 10) und eine Kontaktschicht (6) auf der Beschichtungslage (5) aufweisen, wobei sich sowohl die vergrabende Halbleiterstruktur (8, 9, 10) als auch der vergrabene Wellenleiter (14) jeweils durchgängig entlang des Laserelements (101) und des optischen Modulators (102) ausdehnen und die Kontaktschicht (6) durch eine Isolationsrille (28), die durch die Kontaktschicht (6) geht und einen Boden in der Beschichtungslage (5) aufweist, zwischen dem Laserelement (101) und dem optischen Modulator (102) getrennt ist, und wobei...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Halbleitervorrichtung und ein Herstellungsverfahren dafür und insbesondere eine integrierte optische Halbleitervorrichtung, in welcher eine Isolation von elektrischen Elementen zwischen optischen Halbleiterelementen einfach erzielt werden kann und welche zu einem Hochgeschwindigkeitsbetrieb in der Lage ist, und ein Herstellungsverfahren dafür.
  • Entwicklungen einer optischen Halbleitervorrichtung, die einen Halbleiterlaser und einen optischen Modulator integriert, sind für eine Anwendung bei optischen Übertragungen weiterentwickelt worden. In dieser optischen Halbleitervorrichtung wird ein Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung bzw. DFB-Laser (distributed feedback = DFB) mit Gleichstrom betrieben, und ein Licht, das aus dem Laser abgestrahlt wird, erfährt durch einen Lichtabsorptionsmodulator eine Hochgeschwindigkeitsmodulation, welche ein Chirpen einer Wellenlänge verringert und im Gegensatz zu einer Direktmodulation des Halbleiterlasers bei optischen Hochgeschwindigkeitsübertragungen vorteilhaft ist.
  • Eine optische Halbleitervorrichtung im Stand der Technik, die einen DFB-Laser und einen Lichtabsorptionsmodulator integriert, welche in "InGaAs/InGaAsP MQW Electroabsorption Modulator Integrated with a DFB Laser Fabricated by Band-Gap Energy Control Selective Area MOCVD", IEEE J. Quantum Electron., Band 29, Seiten 2088 bis 2096, 1993, von M. Aoki et al., dargestellt ist, wird beschrieben. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht der vorhergehend erwähnten optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Technik, von welcher ein Abschnitt weggeschnitten ist. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 2 ein InP-Substrat eines n-Typs, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Elektrode einer unteren Oberfläche, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Lichtabsorptionsschicht eines optischen Modulators, das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Elektrode einer oberen Oberfläche, das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht, das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine InP-Lochsperrschicht des n-Typs, das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine aktive Schicht eines DFB-Lasers, das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein Beugungsgitter, das Bezugszeichen 14 bezeichnet einen vergrabenen Wellenleiter, das Bezugszeichen 35 bezeichnet eine obere InP-Beschichtungslage eines p-Typs, das Bezugszeichen 101 bezeichnet den DFB-Laser und das Bezugszeichen 102 bezeichnet den optischen Modulator. Der DFB-Laser ist mit dem Beugungsgitter 12 unter der aktiven Schicht 11 versehen, was es ermöglicht, stetig eine Laserabstrahlung einer einzigen Wellenlänge durchzuführen. Die aktive Schicht 11 des DFB-Lasers 101 und die Lichtabsorptionsschicht 4 des optischen Modulators 102 weisen eine durchgängige InGaAs/InGaAsP-Multiquantumwellschicht auf, deren Dicke in dem DFB-Laser 101 groß und in dem optischen Modulator 102 klein ist, und die Breite jeder Quantumwell, die in dieser Schicht beinhaltet ist, ist in dem optischen Modulator 102 ebenso kleiner als in dem DFB-Laser 101. Deshalb ist die Energiedifferenz zwischen unteren Niveaus bzw. Unterkanten des Leitungsbandes und des Valenzbandes in der Quantumwell des DFB-Lasers 101 kleiner als die des optischen Modulators 102. Wenn keine Vorspannung an den optischen Modulator 102 angelegt wird, wird deshalb kein Licht aus dem DFB-Laser 101 in der Lichtabsorptionsschicht 4 absorbiert. Wenn jedoch eine rückwärtsgerichtete Vorspannung an den optischen Modulator 102 angelegt wird, wird das Licht aufgrund eines Starkeffekts mit Quanteneinschluß (quantum confinement Stark effect)(QCSE) absorbiert. Aufgrunddessen kann das Licht, das aus dem DFB-Laser 101 abgestrahlt wird, der mit Gleichstrom betrieben wird, durch ein Ändern der Vorspannung, die an den optischen Modulator 102 angelegt wird, moduliert werden. Die halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht 8 und die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs füllen beide Seiten des vergrabenen Wellenleiters 14, der die Multiquantumwellschicht und die InP-Beschichtungslagen aufweist, die oberhalb und unterhalb dieser Multiquantumwellschicht angeordnet sind, aus und dienen als eine Stromsperrschicht. Dies verringert den Schwellwertstrom des Lasers und verbessert den Wirkungsgrad des Lasers.
  • 6(a) zeigt eine Querschnittsansicht des optischen Modulators 102 der vorhergehend erwähnten optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Technik. Da Fe in InP ein starker Akzeptor wird, kann die halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht 8 die Diffusion von Elektronen aus dem InP-Substrat 2 des n-Typs abblocken, und die InP-Lochsperrschicht 9 kann die Diffusion von Löchern aus der oberen InP-Beschichtungslage 35 des p-Typs abblocken. Eine schematische Ansicht eines Querschnitts, wenn diese optische Halbleitervorrichtung durch eine gestrichelte Linie S2-S2 und entlang einer Ebene, die parallel zu dem vergrabenen Wellenleiter 14 verläuft, geschnitten ist, ist in 6(b) gezeigt. Die Schnittstelle zwischen der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs und der oberen InP-Beschichtungslage 35 des p-Typs ist eine pn-Übergangsschnittstelle, und die Übergangskapazität C1 wird zu groß, um für einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb des optischen Modulators 102 vernachlässigt zu werden. Die Übergangskapazität C3 in dem DFB-Laser 101 wird ebenso so groß wie C1. Andererseits sind die Kapazitäten C2 und C4 zwischen der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs und dem InP-Substrat 2 des n-Typs aufgrund der dicken halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schicht 8 zwischen diesen Schichten ausreichend kleiner als C1 und C3. Da die Beweglichkeit eines Elektrons in InP beträchtlich größer als die eines Lochs ist, ist ein elektrischer Widerstand der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs klein. Wenn die Lochsperrschicht 9 durch den optischen Modulator 102 und den DFB-Laser 101 durchgängig ist, tritt deshalb eine gegenseitige Beeinflussung zwischen dem Modulator 102 und dem DFB-Laser 101 auf, und die Kapazität C3 wird mit der Kapazität C1 verknüpft bzw. verbunden, wodurch sich die Parasitärkapazität des optischen Modulators 102 erhöht und eine Modulation bei Hochfrequenzen unterdrückt wird. Dies bedeutet, daß die Modulationsbandbreite verschmälert wird. Um diese Probleme zu vermeiden, wird ein Abschnitt 36 der Lochsperrschicht 9 zwischen dem optischen Modulator 102 und dem DFB-Laser 101 weggeätzt, wie es in 6(b) gezeigt ist.
  • Das Herstellungsverfahren der vorhergehend erwähnten optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Technik wird kurz beschrieben. Zuerst werden, nachdem das Beugungsgitter 12 in dem DFB-Laser-Ausbildungsbereich der InP-Substratoberfläche des n-Typs ausgebildet worden ist, zwei streifenförmige SiO2-Filme (jeweils 15 μm breit), die auf beiden Seiten eines Bereichs (10 μm breit) angeordnet sind, welcher der vergrabene Wellenleiter 14 des DFB-Laser-Ausbildungsbereichs wird, ausgebildet. Als nächstes wird eine InGaAs/InGaAsP-Multiquantumwellschicht unter Verwendung einer metall-organischen chemischen Dampfphasenabscheidung (hier im weiteren Verlauf als "MOCVD" bezeichnet) auf einen Bereich mit Ausnahme des vorhergehend erwähnten SiO2-Bereichs selektiv aufgewachsen. Wenn diese Multiquantumwellschicht ausgebildet wird, wird eine Dicke der Multiquantumwellschicht, die auf den Bereich zwischen diesen SiO2-Streifen aufgewachsen wird, größer als die der gleichen Multiquantumwellschicht, die auf einen Bereich außerhalb dieses Bereichs aufgewachsen wird, da der Abstand von 10 μm, der die vorhergehend erwähnten zwei SiO2-Streifen trennt, ausreichend kleiner als die Dampfphasendiffusionslänge von 30 bis 50 μm von Materialien ist, die eine Aufwachsschicht ausbilden. Als nächstes wird ein Ätzen so durchgeführt, daß die Multiquantumwellschicht lediglich auf dem Bereich zwischen den SiO2-Streifen und auf einem Bereich in der Nähe dieses Bereichs, in dem der optische Mo dulator ausgebildet wird, zurückbleibt, wodurch der vergrabene Wellenleiter 14 ausgebildet wird. Desweiteren wird, nachdem die halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht 8 und die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs selektiv auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters 14 aufgewachsen worden sind, ein Abschnitt der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs zwischen dem DFB-Laser und dem optischen Modulator weggeätzt. Als nächstes wird die Maske zum selektiven Aufwachsen auf dem vergrabenen Wellenleiter 14 entfernt, und die obere InP-Beschichtungslage 35 des p-Typs wird auf die gesamte Oberfläche aufgewachsen, wie es in 7 gezeigt ist. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 36 den Abschnitt, in dem die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs geätzt worden ist. Das Bezugszeichen 37 bezeichnet den Bereich des vergrabenen Wellenleiters 14, in dem die Lochsperrschicht 8 von Beginn an nicht ausgebildet worden ist. Zuletzt wird ein Mesaätzen für eine Elementisolation durchgeführt, und die Elektroden 7 und 3 der oberen Oberfläche bzw. der unteren Oberfläche werden ausgebildet, wodurch die optische Halbleitervorrichtung, die in 5 dargestellt ist, vervollständigt ist.
  • Wie es vorhergehend beschrieben worden ist, ist es bei dem zuvor beschriebenen integrierten Halbleiterlaser 101 und optischen Modulator 102 im Stand der Technik notwendig, einen Abschnitt der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs zwischen dem Laser 101 und dem Modulator 102 wegzuätzen, um die Elemente zu isolieren. Jedoch ist es im Hinblick auf eine Steuerbarkeit der Ätzgeschwindigkeit schwierig, lediglich die Lochsperrschicht 9 selektiv wegzuätzen, und die Oberfläche der halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schicht 8 unter der Lochsperrschicht 9 wird wahrscheinlich ebenso geätzt. Deshalb besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Seite der Multiquantumwellschicht freigelegt wird, und diese Seite wird verunreinigt und beschädigt.
  • Desweiteren wird das Ätzen der oberen Lochsperrschicht 9 durchgeführt, nachdem ein Bereich mit Ausnahme des Bereichs, der zu ätzen ist, durch ein photolithographisches Verfahren mit einem Resist maskiert worden ist. Jedoch bleibt selbst dann, wenn das Ätzen beendet ist und die Resistmaske entfernt wird, ein bestimmter Betrag einer Verunreinigung auf der Oberfläche der Lochsperrschicht 9 zurück. Dies verschlechtert die Kristallinität der oberen InP-Beschichtungslage 35 des p-Typs, welche auf dieser Oberfläche aufgewachsen wird.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, eine integrierte optische Halbleitervorrichtung zu schaffen, die eine hervorragende Charakteristik einer Elementisolation und eine breite Modulationsbandbreite aufweist, und desweiteren ein Verfahren zu schaffen, das die optische Halbleitervorrichtung, die eine stabile Herstellung ermöglicht, stabil herstellt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die optische Halbleitervorrichtung des Anspruchs 1 und das Herstellungsverfahren des Anspruchs 6 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1(a) eine perspektivische Ansicht, die eine optische Halbleitervorrichtung, die einen DFH-Laser bzw. Laser mit verteilter Rückkopplung und einen optischen Modulator integriert, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 1(b) eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung in 1(a), wobei ein Abschnitt davon entfernt ist;
  • 2(a) eine Querschnittsansicht an einer Oberfläche, die senkrecht zu dem vergrabenen Wellenleiter verläuft, die den optischen Modulator der optischen Halbleitervorrichtung, die einen DFB-Laser und einen optischen Modulator integriert, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2(b) eine Querschnittsansicht entlang einer Ebene, die parallel zu dem vergrabenen Wellenleiter durch ein gestrichelte Linie S1-S1 in 2(a) verläuft, die die optische Halbleitervorrichtung in 2(a) darstellt;
  • 3(a) bis 3(k) perspektivische Ansichten, die ein Herstellungsverfahren der optischen Halbleitervorrichtung, die einen DFB-Laser und einen optischen Modulator integriert, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 4 eine Querschnittsansicht an einer Oberfläche, die senkrecht zu einem vergrabenen Wellenleiter verläuft, die einen optischen Modulator einer optischen Halbleitervorrichtung, die einen DFB-Laser und einen optischen Modu lator integriert, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 5 eine perspektivische Ansicht, die eine optische Halbleitervorrichtung, die einen DFB-Laser und einen optischen Modulator integriert, im Stand der Technik darstellt, wobei ein Abschnitt davon entfernt ist;
  • 6(a) eine Querschnittsansicht an einer Oberfläche, die senkrecht zu dem vergrabenen Wellenleiter verläuft, die den optischen Modulator der optischen Halbleitervorrichtung, die einen DFB-Laser und einen optischen Modulator integriert, im Stand der Technik darstellt;
  • 6(b) eine Querschnittsansicht entlang einer Ebene, die parallel zu dem vergrabenen Wellenleiter durch eine gestrichelte Linie S2-S2 in 6(a) verläuft, die die optische Halbleitervorrichtung im Stand der Technik darstellt; und
  • 7 eine perspektivische Ansicht, die ein Herstellungverfahren der optischen Halbleitervorrichtung, die einen DFB-Laser und einen optischen Modulator integriert, im Stand der Technik darstellt.
  • Im weiteren Verlauf werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
  • Eine optische Halbleitervorrichtung (ein Halbleiterlaser mit einem optischen Modulator), die einen DFB-Laser bzw. Laser mit verteilter Rückkopplung und einen Lichtabsorptionsmodulator integriert, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist in den 1(a) und 1(b) gezeigt. 1(a) zeigt eine perspektivische Ansicht dieser optischen Halbleitervorrichtung und 1(b) zeigt eine perspektivische Ansicht der gleichen optischen Halbleitervorrichtung, wobei ein Abschnitt davon entfernt ist. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Körper des Halbleiterlasers mit dem optischen Modulator, das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein InP-Substrat eines n-Typs, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Ti/Pt/Au-Elektrode der unteren Oberfläche, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine InGaAs/InGaAsP-Multiquantumwell-Lichtabsorptionsschicht, das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine zweite obere InP-Beschichtungslage eines p-Typs, das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine InGaAs-Kontaktschicht des p-Typs, das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Cr/Au-Elektrode der oberen Oberfläche, das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine untere halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht, das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine InP-Lochsperrschicht des n-Typs, das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine obere halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht, das Bezugszeichen 11 bezeichnet eine aktive InGaAs/InGaAsP-Multiquantumwellschicht, das Bezugszeichen 12 bezeichnet ein vergrabenes InGaAsP-Beugungsgitter, das Bezugszeichen 14 bezeichnet eine Mesa einer aktiven Schicht (einen vergrabenen Wellenleiter), das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Prozeßmesa, das Bezugszeichen 29 bezeichnet einen SiO2-Schutzfilm, das Bezugszeichen 101 bezeichnet einen DFB-Laser und das Bezugszeichen 102 bezeichnet einen Lichtabsorptionsmodulator.
  • Das Prinzip einer Laseroszillation und einer Lichtmodulation in der optischen Halbleitervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen das gleiche wie in der zuvor beschriebenen optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Technik. Das heißt, das vergrabene InGaAsP-Beugungsgitter 12 unter der aktiven Schicht des DFB-Lasers 101 dient zum stabilen Abstrahlen von Laserstrahlen mit einer einzigen Wellenlänge. Desweiteren ist die aktive Schicht 11 des DFB-Lasers 101 und die Lichtabsorptionsschicht 4 des optischen Modulators 102 aus der durchgängigen InGaAs/InGaAsP-Multiquantumwellschicht ausgebildet und diese Schicht ist in dem DFB-Laser 101 dick und in dem optischen Modulator 102 dünn, und eine Breite jeder Quantumwell, die in dieser Schicht beinhaltet ist, ist in dem optischen Modulator 102 schmäler als in dem DFB-Laser 101. Folglich ist die Energiedifferenz zwischen den unteren Niveaus bzw. Unterkanten des Leitungsbandes und des Valenzbandes in der Quantumwell des DFB-Lasers 101 kleiner als die des optischen Modulators 102, und wenn keine Vorspannung an den optischen Modulator angelegt wird, wird kein Licht aus dem DFB-Laser 101 in der Lichtabsorptionsschicht 4 absorbiert. Wenn jedoch eine rückwärtsgerichtete Vorspannung an den optischen Modulator 102 angelegt wird, wird das Licht aufgrund eines Starkeffekts mit Quanteneinschluß (quantum confinement Stark effect)(QCSE) absorbiert. Auf diese Weise kann das Licht, das aus dem DFB-Laser 101 abgestrahlt wird, der mit Gleichstrom angesteuert wird, durch ein Ändern der Vorspannung, die an den optischen Modulator 102 angelegt wird, moduliert werden. Anders ausgedrückt ändert sich die Intensität des Lichts, das aus der Lichtabsorptionsmodulatorfläche abgestrahlt wird, als Reaktion auf die Vorspannung, die an den Modulator 102 angelegt wird.
  • Die optische Halbleitervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich dadurch von der zuvor beschriebenen optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Technik, daß auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters 14 vergrabende Schichten vorhanden sind. Eine Querschnittsansicht des optischen Modulators 102 ist in 2(a) dargestellt. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 13 eine InP-Beschichtungslage des p-Typs, das Bezugszeichen 26 bezeichnet eine erste obere InP-Beschichtungslage des p-Typs und das Bezugszeichen 30 bezeichnet die vergrabenden Schichten auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters 14. Wie es aus der Figur zu sehen ist, ist die vergrabende Schicht 30 auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters 14 durch ein Schichten der unteren halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schicht 8, der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs und der oberen halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schicht 10 ausgebildet. Da Fe in InP ein starker Akzeptor wird, kann die untere halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht 8 die Diffusion von Elektronen aus dem InP-Substrat 2 des n-Typs abblocken, und die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs dient zum Abblocken der Diffusion von Löchern aus der oberen InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs. Eine schematische Darstellung eines Querschnitts dieser optischen Halbleitervorrichtung in einer Ebene, die parallel zu dem vergrabenen Wellenleiter durch eine gestrichelte Linie S1-S1 in 2(a) verläuft, ist in 2(b) gezeigt. Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen optischen Halbleitervorrichtung im Stand der Technik, bei welcher sich die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs und die obere InP-Beschichtungslage 35 des p-Typs direkt miteinander berühren, wobei die Schnittstelle einen pn-Übergang ausbildet, befindet sich in der optischen Halbleitervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine obere halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht 10 zwischen der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs und der zweiten oberen InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs. Deshalb sind die Kapazitäten CA und CC zwischen der Lochsperrschicht 9 und der zweiten oberen Beschichtungslage 5, die in 2(b) dargestellt sind, ausreichend kleiner als die Kapazitäten (C1 und C3 in 6(b)) zwischen diesen zwei Schichten im Stand der Technik. Desweiteren sind die Kapazitäten CB und CD zwischen der Lochsperrschicht 9 und dem InP-Substrat 2 des n-Typs so klein wie CA und CC. Da die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs eines niedrigen Widerstands durchgängig durch den DFB-Laser 101 und den optischen Modulator 102 ist, ist CA über den Widerstand R dieser Schicht mit CC und CD verbunden. Jedoch sind CA und CC ausreichend kleiner als jene in dem zuvor beschriebenen Stand der Technik, wobei die gegenseitige Beeinflussung zwischen dem DFB-Laser 101 und dem optischen Modulator 102 durch diesen Pfad, der durch die Lochsperrschicht 9 ausge bildet wird, ausreichend verringert wird. Das heißt, die elektrische Isolation dieser Elemente ist möglich, ohne den Abschnitt der Lochsperrschicht 9 zwischen dem DFB-Laser 101 und dem optischen Modulator 102 wie im Stand der Technik wegzuätzen. Da die Parasitärkapazität CA des optischen Modulators 102 klein ist, und die Parasitärkapazitäten (CC und CD) des DFB-Laser 101 ebenso klein sind, wie es zuvor beschrieben worden ist, ist es desweiteren möglich, den optischen Modulator 102 in diesem Ausführungsbeispiel mit höheren Frequenzen zu betreiben. Anders ausgedrückt kann die Modulationsbandbreite des optischen Modulators 102 verbreitert werden.
  • Ein Herstellungsverfahren der optischen Halbleitervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird beschrieben. Wie es in 3(a) dargestellt ist, werden zuerst zwei streifenförmige SiO2-Masken 21 zum selektiven Aufwachsen auf beiden Seiten eines Bereichs, welcher der vergrabene Wellenleiter 14 wird, des DFB-Laser-Ausbildungsbereichs auf der Oberfläche des InP-Substrats 2 des n-Typs ausgebildet und Bereiche des Substrats 2 mit Ausnahme dieses maskierten Bereichs werden auf eine vorgeschriebene Tiefe geätzt. Wie es in 3(b) dargestellt ist, werden als nächstes unter Verwendung einer metall-organischen Dampfphasenabscheidung (MOCVD) aufeinanderfolgend die InGaAs/InGaAsP-Multiquantumwellschicht 22, die InP-Beschichtungslage 13 des p-Typs, die InGaAsP-Leiterschicht 23 und die InP-Deckschicht 24 des p-Typs auf dem Bereich mit Ausnahme des SiO2-Maskenbereichs aufgewachsen. Während dieses Schritts wird die Dicke der Aufwachsschicht auf dem Bereich zwischen den SiO2-Masken größer als die der Schichten, die auf den anderen Bereich aufgewachsen werden. Deshalb wird die Dicke der Multiquantumwellschicht 22 größer als die der gleichen Multiquantumwellschicht, die auf den anderen Bereich aufgewachsen wird. Dann werden die SiO2-Masken entfernt. Wie es in 3(c) dargestellt ist, wird, nachdem ein Photoresist auf der gesamten Oberfläche angeordnet worden ist, als nächstes ein periodisches Resistmuster unter Verwendung eines Interferenzbelichtungsverfahrens ausgebildet und unter Verwendung dieses Resists als eine Maske werden die InP-Deckschicht 24 des p-Typs und die InGaAsP-Leiterschicht 23 geätzt, wodurch das Beugungsgitter 12 ausgebildet wird, das das periodische Muster aufweist. Wie es in 3(d) dargestellt ist, wird das Beugungsgitter 12 desweiteren durch ein Ätzen der InP-Deckschicht 24 und der InGaAsP-Leiterschicht 23 an einem Bereich, an dem der optische Modulator ausgebildet wird, auf dem Bereich, an dem der DFB-Laser ausgebildet wird, zurückgelassen. Wie es in 3(e) dargestellt ist, wird danach die erste obere InP-Beschichtungslage 26 des p-Typs unter Verwendung einer metall-organischen chemischen Dampfphasenabscheidung (MOCVD) auf der gesamten Oberfläche aufgewachsen. Wie es in 3(f) gezeigt ist, wird danach die SiO2-Ätzmaske 27 auf dem Bereich, auf dem der vergrabene Wellenleiter 14 ausgebildet wird, ausgebildet und unter Verwendung dieser Maske wird ein Naßätzen durchgeführt und die Mesa der aktiven Schicht 14 (vergrabener Wellenleiter) wird ausgebildet. Wie es in 3(g) dargestellt ist, werden als nächstes die untere halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht 8, die InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs und die obere halbisolierende Fe-dotierte InP-Schicht 10 unter Verwendung einer metall-organischen chemischen Dampfphasenabscheidung (MOCVD) aufeinanderfolgend und selektiv auf beiden Seiten der Mesa der aktiven Schicht 14 aufgewachsen, wodurch die vergrabende Schicht 30 ausgebildet wird. Wie es in 3(h) gezeigt ist, werden, nachdem die SiO2-Ätzmaske 27 entfernt worden ist, als nächstes die zweite obere InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs und die InGaAs-Kontaktschicht 6 des p-Typs unter Verwendung einer metall-organischen Dampfphasenabscheidung aufeinanderfolgend auf der gesamten Oberfläche aufgewachsen. Danach wird der Abschnitt der InGaAs-Kontaktschicht 6 des p-Typs zwischen dem DFB-Laser 101 und dem optischen Modulator 102 weggeätzt und eine Isolationsrille 28 wird ausgebildet. Wie es in 3(j) gezeigt ist, wird, nachdem die Bereiche auf beiden Seiten des Bereichs, an dem der DFB-Laser 101 und der optische Modulator 102 ausgebildet werden, weggeätzt worden sind, wodurch die Prozeßmesa 15 ausgebildet wird, als nächstes der SiO2-Schutzfilm 29 durch ein Bestäuben auf der gesamten Oberfläche angeordnet. Als nächstes werden die Abschnitte des SiO2-Schutzfilms 29 direkt auf der aktiven Schicht 14 des DFB-Lasers 101 und der Lichtabsorptionsschicht 4 des optischen Modulators 102 entfernt und der Cr/Au-Film wird durch Bedampfung auf der gesamten Oberfläche angeordnet. Wie es in 3(k) gezeigt ist, wird danach der Bereich, an dem die Elektrode 7 der oberen Oberfläche ausgebildet wird, mit Au plattiert und durch ein Ätzen des Cr/Au-Films unter Verwendung dieser Au-Plattierschicht als eine Maske, wird die Cr/Au-Elektrode 7 der oberen Oberfläche ausgebildet. Schließlich wird, nachdem die untere Oberfläche des InP-Substrats 2 des n-Typs geschliffen worden ist, die Ti/Pt/Au-Elektrode 3 der unteren Oberfläche ausgebildet, wodurch die optische Halbleitervorrichtung erzielt wird, die einen DFB-Laser 101 und einen Lichtabsorptionsmodulator 102 integriert, die in 1 dargestellt ist.
  • Das Herstellungsverfahren der optischen Halbleitervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich dadurch von dem zuvor beschriebenen Herstellungsverfahren im Stand der Technik, daß es keinen Schritt eines Wegätzens eines Abschnitts der InP-Lochsperrschicht 9 zwischen dem DFB-Laser und dem optischen Modulator gibt, bevor die zweite obere InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs aufgewachsen wird. Deshalb wird kein Photolithographieverfahren für dieses Ätzen durchgeführt und folglich treten keine Verunreinigungen auf der Oberfläche der oberen halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schicht 10 auf und die Kristallinität der zweiten oberen InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs, welche auf der Oberfläche der oberen halbisolierenden Fedotierten InP-Schicht 10 aufgewachsen wird, wird hervorragend aufrechterhalten, wodurch eine optische Halbleitervor richtung einer hohen Zuverlässigkeit erzielt wird. Da es desweiteren keinen Schritt eines lediglichen Wegätzens des Abschnitts der InP-Lochsperrschicht 9 des n-Typs zwischen dem DFB-Laser 101 und dem optischen Modulator 102 beinhaltet, welches in seinem Steuern schwierig ist, kann die Herstellungsausbeute der optischen Halbleitervorrichtung verbessert werden.
  • Da Ti in InP als ein starker Denator dient, kann anstelle des Fe-dotierten InP Ti-dotiertes InP für die halbisolierenden InP-Schichten 8 und 10 verwendet werden und eine ähnliche Auswirkung wie vorhergehend wird erzielt.
  • Da Cr in InP als ein starker Donator dient, kann desweiteren anstelle des Fe-dotierten InP Cr-dotiertes InP für die halbisolierenden InP-Schichten 8 und 10 verwendet werden, und ähnliche Auswirkungen wie sie vorhergehend beschrieben worden sind, werden erzielt. In diesen beiden Fallen muß jedoch der Leitfähigkeitstyp der entsprechenden Schichten zu jenen, die zuvor beschrieben worden sind, entgegengesetzt sein. Das heißt, das InP-Substrat 2 und die Lochsperrschicht 9 sollten vom p-Typ sein und die obere Beschichtungslage 5 sollte vom n-Typ sein. In diesem Fall wird die Lochsperrschicht 9 durch eine Elektronensperrschicht zum Abblocken der Diffusion von Elektronen aus der oberen Beschichtungslage 5 des n-Typs ersetzt.
  • Halbisolierendes nichtdotiertes AlInAs kann anstelle des Fe-dotierten InP für die halbleitenden InP-Schichten 8 und 10 verwendet werden und ähnliche Auswirkungen, wie sie zuvor beschrieben worden sind, werden erzielt. Dies steht aufgrund der Tatsache, daß die Bandlücke von AlInAs größer als die von InP ist, und dies kann die Diffusion von Trägern (Elektronen und Löchern) aus den InP-Schichten 8 und 10 wirkungsvoll abblocken.
  • Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
  • Ein Querschnitt eines optischen Modulators einer optischen Halbleitervorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel, die einen DFB-Laser und einen Lichtabsorptionsmodulator integriert, ist in 4 dargestellt. Wie es aus der Figur zu sehen ist, weist die vergrabende Schicht 30 auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters 14 drei Schichten einer halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schicht 41 und zwei Schichten einer InP-Lochsperrschicht 42 des n-Typs auf, die abwechselnd aufeinander geschichtet sind. Die anderen Strukturen als diese vergrabende Schicht sind sowohl für den DFH-Laser als auch den optischen Modulator die gleichen wie die in der optischen Halbleitervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels. Das heißt, in 4 bezeichnet das Bezugszeichen 2 ein InP-Substrat des n-Typs, das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Ti/Pt/Au-Elektrode der unteren Oberfläche, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine InGaAs/InGaAsP-Multiquantumwell-Lichtabsorptionsschicht, das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine zweite obere InP-Beschichtungslage des p-Typs, das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine InGaAs-Kontaktschicht des p-Typs, das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Cr/Au-Elektrode der oberen Oberfläche, das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine InP-Beschichtungslage des p-Typs, das Bezugszeichen 26 bezeichnet eine erste obere InP-Beschichtungslage des p-Typs und das Bezugszeichen 29 bezeichnet einen SiO2-Schutzfilm.
  • Da sich in der optischen Halbleitervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels ebenso die obere halbisolierende Fedotierte InP-Schicht 41 zwischen der oberen InP-Lochsperrschicht 42 des n-Typs und der zweiten oberen InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs befindet, wird die Kapazität zwischen der Lochsperrschicht 42 und der zweiten oberen Beschichtungslage 5 ausreichend kleiner als die Kapazität des pn-Übergangs zwischen den zwei entsprechenden Schichten im Stand der Technik. Da die InP-Lochsperrschicht 42 des n-Typs eines niedrigen Widerstands durchgängig durch den DFH-Laser und den optischen Modulator ist, ist die Kapazität auf der Modulatorseite mit der Kapazität auf der DFB-Laserseite durch den Widerstand dieser Schicht verbunden. Wie es zuvor beschrieben worden ist, ist jedoch die Kapazität auf der Modulatorseite ausreichend kleiner als die im Stand der Technik und die gegenseitige Beeinflussung zwischen dem DFB-Laser und dem optischen Modulator in diesem Pfad ist verringert. Das heißt, die elektrische Isolation dieser Elemente ist ohne ein Wegätzen des Abschnitts der Lochsperrschicht 42 zwischen dem DFB-Laser und dem optischen Modulator, wie im Stand der Technik, möglich. Da sowohl die Parasitärkapazität des optischen Modulators klein ist als auch die Parasitärkapazität des DFB-Lasers, welche mit der ersteren verbunden ist, klein ist, ist es desweiteren möglich, den optischen Modulator in diesem Ausführungsbeispiel mit einer höheren Frequenz zu betreiben. Anders ausgedrückt kann die Modulationsbandbreite des optischen Modulators verbreitert werden.
  • Bei dem Herstellungsverfahren der optischen Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die vergrabenden Schichten 30 auf beiden Seiten des vergrabenen Wellenleiters so aufgewachsen, daß drei halbisolierende Fedotierte InP-Schichten 41 und zwei InP-Lochsperrschichten 42 des n-Typs abwechselnd aufeinander aufgewachsen werden, wie es in 4 dargestellt ist. Außer dem Schritt des Aufwachsens dieser vergrabenden Schicht 30 ist das Herstellungsverfahren das gleiche wie in dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Herstellungsverfahren einer optischen Halbleitervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich dadurch von dem Herstellungsverfahren im Stand der Technik, daß kein Schritt für ein Wegätzen eines Abschnitts der InP-Lochsperrschicht 42 des n-Typs zwischen dem DFB-Laser und dem optischen Modulator benötigt wird, bevor die zweite obere InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs aufgewach sen wird. Deshalb wird kein Photolithographieverfahren für das Ätzen durchgeführt und folglich treten keine Verunreinigungen auf der Oberfläche der obersten halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schicht 41 auf und die Kristallinität der zweiten oberen InP-Beschichtungslage 5 des p-Typs, welche auf der Oberfläche der obersten halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schicht 41 aufgewachsen wird, wird hervorragend aufrechterhalten, wodurch eine optische Halbleitervorrichtung einer hohen Zuverlässigkeit erzielt wird. Da es desweiteren keinen Schritt eines lediglichen Wegätzens des Abschnitts der InP-Lochsperrschicht 42 des n-Typs zwischen dem DFB-Laser und dem optischen Modulator beinhaltet, welcher in seinem Steuern schwierig ist, kann die Herstellungsausbeute der optischen Halbleitervorrichtung verbessert werden.
  • Wie es ebenso in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wird, kann anstelle des Fe-dotierten InP Ti-dotiertes InP, Cr-dotiertes InP oder nichtdotiertes AlInAs für die halbisolierende InP-Schicht 41 verwendet werden. In diesen Fällen werden ähnliche Auswirkungen, wie wenn Fe-dotiertes InP verwendet wird, erzielt. Wenn jedoch das Cr-dotierte oder Ti-dotierte InP verwendet wird, muß der Leitfähigkeitstyp der jeweiligen Schichten entgegengesetzt zu denen sein, welche unter Bezugnahme auf 4 beschrieben worden sind.
  • Außerdem kann, obgleich die vergrabenden Schichten auf beiden Seiten des vergrabenden Wellenleiters drei halbisolierende Fe-dotierte InP-Schichten 41 und zwei InP-Lochsperrschichten 42 des n-Typs aufweisen, die abwechselnd aufeinander geschichtet sind, eine größere Anzahl von halbisolierenden Fe-dotierten InP-Schichten und InP-Lochsperrschichten des n-Typs abwechselnd geschichtet werden und ähnlichen Auswirkungen werden erzielt. Jedoch müssen die oberste Schicht und die unterste Schicht Schichten sein, die halbisolierendes Fe-dotiertes InP aufweisen.
  • In der vorhergehenden Beschreibung ist eine optische Halbleitervorrichtung offenbart worden, die einen DFB-Laser und einen Lichtabsorptionsmodulator beinhaltet und bei der eine halbisolierende Halbleiterschicht zwischen einer Trägersperrschicht und einer oberen Beschichtungslage angeordnet ist, wobei die obere Beschichtungslage einen zu dem des Halbleitersubstrats entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweist und auf dem vergrabenen Wellenleiter und der Trägersperrschicht ausgebildet ist, und wobei die Kapazität zwischen der Trägersperrschicht und der oberen Beschichtungslage verringert ist. Deshalb wird eine gegenseitige Beeinflussung zwischen dem DFB-Laser und dem Lichtabsorptionsmodulator durch die Trägersperrschicht verringert.

Claims (6)

  1. Optische Halbleitervorrichtung mit: einem Halbleitersubstrat (2), das eine Oberfläche und einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; und einem Laserelement (101) und einem optischen Modulator (102), die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (2) angeordnet sind, wobei das Laserelement (101) und der optische Modulator (102) einen vergrabenen Wellenleiter (14), eine vergrabende Halbleiterstruktur (8, 9, 10), die auf gegenüberliegenden Seiten des vergrabenen Wellenleiters (14) ausgebildet sind, eine Beschichtungslage (5) auf dem vergrabenen Wellenleiter (14) und der vergrabenden Halbleiterstruktur (8, 9, 10) und eine Kontaktschicht (6) auf der Beschichtungslage (5) aufweisen, wobei sich sowohl die vergrabende Halbleiterstruktur (8, 9, 10) als auch der vergrabene Wellenleiter (14) jeweils durchgängig entlang des Laserelements (101) und des optischen Modulators (102) ausdehnen und die Kontaktschicht (6) durch eine Isolationsrille (28), die durch die Kontaktschicht (6) geht und einen Boden in der Beschichtungslage (5) aufweist, zwischen dem Laserelement (101) und dem optischen Modulator (102) getrennt ist, und wobei die vergrabende Halbleiterstruktur (8, 9, 10) eine erste halbisolierende Halbleiterschicht (8) und mindestens ein Paar von geschichteten Schichten aufweist, die auf der ersten halbisolierenden Halbleiterschicht (8) angeordnet sind, und eine Trägersperrschicht (9), die den ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, und eine zweite halbisolierende Halbleiterschicht (10) aufweisen, die auf der Trägersperrschicht (9) ausgebildet ist.
  2. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: die erste und zweite halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP aufweisen, das mit Fe dotiert ist, und der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trägersperrschicht (9) bildet, ein n-Typ ist.
  3. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: die erste und zweite halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP aufweisen, das mit Ti dotiert ist, und der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trägersperrschicht (9) bildet, ein p-Typ ist.
  4. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: die erste und zweite halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) InP aufweisen, das mit Cr dotiert ist, und der Leitfähigkeitstyp eines Halbleiters, der die Trägersperrschicht (9) bildet, ein p-Typ ist.
  5. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite halbisolierende Halbleiterschicht (8, 10) nichtdotiertes AlInAs aufweisen.
  6. Verfahren zum Herstellen einer optischen Halbleitervorrichtung, das die folgenden Schritte aufweist: Ausbilden eines Wellenleiters (14) für ein Laserelement (101) und einen optischen Modulator (102), der sich durchgängig entlang des Laserelements (101) und des optischen Modulators (102) ausdehnt, auf einem Halbleitersubstrat (2), das einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; Aufwachsen einer ersten halbisolierenden Halbleiterschicht (8) und nachfolgend mindestens eines Paares von geschichteten Schichten, die auf der ersten halbisolierenden Halbleiterschicht (8) ausgebildet werden und eine Trägersperrschicht (9) die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, und eine zweite halbisolierende Halbleiterschicht (10), die auf der Trägersperrschicht (9) ausgebildet wird, aufweisen und gegenüberliegende Seiten des Wellenleiters (14) vergraben, auf gegenüberliegenden Seiten des Wellenleiters (14), wobei sich sowohl die erste halbisolierende Halbleiterschicht (8), die Trägersperrschicht (9) als auch die zweite halbisolierende Halbleiterschicht (10) jeweils durchgängig entlang des Laserelements (101) und des optischen Modulators (102) ausdehnen; Aufwachsen einer Beschichtungslage (5) auf den Wellenleiter (14) und die zweite halbisolierende Halbleiterschicht (10) und Aufwachsen einer Kontaktschicht (6) auf die Beschichtungslage (5); und Ausbilden einer Isolationsrille (28), die durch die Kontaktschicht (6) geht und einen Boden in der Beschichtungslage (5) aufweist, zwischen dem Laserelement (101) und dem optischen Modulator (102).
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