DE202005021940U1 - Eingebettete-Heterostruktur-Gerät, welches mittels eines Einzelschritt-MOCVD fabriziert ist - Google Patents

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Abstract

Gerät, aufweisend: eine Wachstumsoberfläche (122); eine Wachstumsmaske (132) auf der Wachstumsoberfläche, wobei die Wachstumsmaske ein längliches Wachstumsfenster (134) definiert; eine optischer-Wellenleiter-Kernmesa (140), welche in dem Wachstumsfenster lokalisiert ist und eine trapezoide Querschnittsform hat; und eine Mantelschicht (160), welche die optischer-Wellenleiter-Kernmesa abdeckt und sich über zumindest einen Teil der Wachstumsmaske erstreckt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Optoelektronische Geräte werden in vielen Anwendungen benutzt, umfassend Telekommunikationen, Datenspeicher und Signalisierung. Gewisse Typen von optoelektronischen Geräten, wie etwa Laserdioden, optoelektronische Modulatoren, Halbleiter-optische Verstärker, Halbleiter-Verstärkungsmedien (semiconductor gain media), etc., haben einen aktiven Bereich, welcher auf einem optischen Wellenleiter (optical wave guide) lokalisiert ist. Der optische Wellenleiter inkorporiert typischerweise verschiedene Strukturen, um Licht lateral, d. h. parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats, auf welchem das Gerät fabriziert ist, und transversal, d. h. orthogonal zu der Hauptoberfläche des Substrats, zu leiten (guide). In der transversalen Richtung wird das Licht mittels eines Brechungsindexkontrasts zwischen dem Halbleitermaterial des aktiven Bereichs und der Mantelschichten, zwischen welchen die aktive Schicht eingelegt (sandwiched) ist, geleitet. In der lateralen Richtung wird das Licht mittels einer Kamm-Wellenleiterstruktur (ridge wave guide structure) oder eines eingebettete-Heterostruktur-Wellenleiters (burried heterostructure wave guide) geleitet, welcher zumindest in einem Teil der Schichtstruktur definiert ist, von welchem die Mantelschichten und der aktive Bereich einen Teil bilden.
  • In Telekommunikationsanwendungen ist die am häufigsten benutzte Lateraler-Wellenleiter-Struktur die eingebettete (oder vergrabene oder versenkte) (buried) Heterostruktur. Eine eingebettete Heterostruktur stellt aufgrund des großen Brechungsindexkontrasts, welcher sie bei dem aktiven Bereich bereitstellt, Vorteile über eine Kamm-Wellenleiterstruktur bereit. Dies erlaubt, dass der optische Wellenleiter sehr schmal gefertigt wird, während eine große räumliche Überlappung zwischen dem fundamentalen optischen Modus und dem aktiven Bereich erhalten ist. Dies stellt Vorteile bereit, wie etwa einen niedrigen Schwellwertstrom in Lasern, einen niedrigeren Betriebsstrom in Halbleiter-optischen Verstärkern und optischen Verstärkungsmedien, und eine niedrige Kapazität und daher eine erhöhte Modulationsgeschwindigkeit, in optoelektronischen Modulatoren und direktmodulierten Lasern.
  • Ein typischer Prozess zum Fabrizieren von optoelektronischen Geräten, welche einen eingebettete-Heterostruktur-lateralen Wellenleiter inkorporieren, ist in 1A–1C illustriert. Zunächst wird eine Schichtstruktur 10 gewachsen (grown), von welcher hunderte oder tausende von optoelektronischen Geräten gefertigt werden. 1A–1C sind Seitenansichten eines Teils einer Schichtstruktur 10, in welcher ein einzelnes optoelektronisches Gerät fabriziert wird. 1A zeigt eine n-Typ-Mantelschicht (cladding layer) 12, einen nicht-dotierten aktiven Bereich 14 und eine p-Typ-Mantelschicht 16, welche auf einem Substrat 18 gewachsen ist. Die Schichten sind mittels einer metall-organisch-chemischen-Dampfdeposition (metal organic chemical vaport deposition) (MOCVD) gewachsen, was auch in der Technik als metall-organische Dampfphasenepitaxie (organo-metallic vapor phase epitaxy) (OMVPE) bekannt ist.
  • Die Materialien von Schichtstruktur 10 sind Gruppe III–V-Halbleiter, welche typischerweise aus solchen Elementen wie Indium, Gallium, Arsen und Phosphor zusammengesetzt sind. Das Halbleitermaterial von Mantelschichten 12 und 16 hat einen niedrigeren Brechungsindex als das von dem aktiven Bereich 14. Die Dicke von n-Typ-Mantelschicht 12 ist ungefähr 2 μm, wogegen die Dicke von p-Typ-Mantelschicht 16 in der Schichtstruktur 10 nur ungefähr 200 nm–400 nm ist.
  • Eine Quantentopf-Struktur 20, welche aus einem oder mehreren Quantentöpfen zusammengesetzt ist, ist in dem aktiven Bereich 14 lokalisiert. Jeder Quantentopf ist mittels einer Quantentopf-Schicht eines niedrige-Bandlücke-Halbleitermaterials definiert, welche zwischen Barrierenschichten von hohe-Bandlücke-Halbleitermaterial eingelegt (sandwiched) ist.
  • 1A zeigt eine Maske 22, welche auf der Oberfläche der p-Typ-Mantelschicht 16 deponiert ist. Das Material der Maske ist typischerweise Siliciumdioxid. Die Maske 22 ist länglich (elongate) in der y-Richtung, gezeigt in 1A, und ist typischerweise ungefähr 1–8 μm breit.
  • Schichtstruktur 10 wird dann aus der Wachstumskammer entfernt und zwei Ätzprozessen unterzogen, welche eine Tafel (mesa) 24 in der Schichtstruktur definieren, wie in 1B gezeigt ist. Eine reaktive Ionenätzung (RIE) wird zunächst benutzt, um Teile von der p-Typ-Mantelschicht 16, dem aktiven Bereich 14 und der n-Typ-Mantelschicht 12, welche nicht mittels der Maske 22 geschützt ist, zu entfernen. Die RIE schädigt die Kanten der Schichten, welche dem Ätzen ausgesetzt sind. Solche beschädigten Kanten verschlechtern signifikant die Effektivität des vollendeten optoelektronischen Geräts. Demgemäß wird die Schichtstruktur 10 zusätzlich einem Naßätzen (wet etch) ausgesetzt, welches die beschädigten Kanten der p-Typ-Mantelschicht 16, des aktiven Bereichs 14 und der n-Typ-Mantelschicht 12 entfernt. Der Naßätzprozess definiert zusätzlich den Überhang von Maske 22 bezogen auf die Tafel 24. 1B zeigt die Schichtstruktur 10, nachdem beide Ätzprozesse durchgeführt worden sind.
  • Die Schichtstruktur 10 wird dann zu der Wachstumskammer zurückgebracht und eine Überwachsung (overgrowth) 26 eines hohe-Widerstandsgröße(resistivity)-Gruppe III–V Halbleitermaterials, welches einen kleineren Brechungsindex hat als die Materialien des aktiven Bereichs 14, wird dann epitaktisch auf der Schichtstruktur mittels MOCVD gewachsen, wie in 1C gezeigt ist. Die Überwachsung wächst auf der exponierten Oberfläche des Substrats 18 und an den Seitenwänden der Tafel 24, aber wächst nicht auf der Maske 22. Demgemäß füllt die Überwachsung 26 die Höhlungen, welche in die Schichtstruktur zwischen angrenzenden Tafeln geätzt sind. Deposition der Überwachsung wird fortgesetzt, bis die Wachstumsoberfläche die obere Oberfläche der p-Typ-Mantelschicht 16 erreicht.
  • In einer Ausführungsform von Schichtstruktur 10, in welcher das Material der Mantelschichten 12 und 16 Indiumphosphid (InP) ist, ist ein typisches Material der Überwachsung 26 Indiumphosphid, welches mit Eisen dotiert ist (InP:Fe). Der Brechungsindex des Überwachsungsmaterials ist ungefähr 0,2 kleiner als der der Materialien des aktiven Bereichs 14, Das Überwachsungsmaterial ist mit Eisen (Fe) dotiert, um seine Leitfähigkeit zu vermindern.
  • Schichtstruktur 10 wird dann von der Wachstumskammer entfernt und wird einem anderen Naßätzprozess unterzogen, welcher die Maske 22 von der Oberfläche der p-Typ-Mantelschicht 16 entfernt.
  • Schichtstruktur 10 wird dann zu der Wachstumskammer zurückgebracht, wo zusätzliches p-Typ-Mantelschichtmaterial 28 über den exponierten Oberflächen der p-Typ-Mantelschicht 16 und der Überwachsung 26 gewachsen wird, wie in 1C gezeigt ist. P-Typ-Mantelschicht 16 und der Teil des zusätzlichen p-Typ-Mantelschichtmaterials, welches auf p-Typ-Mantelschicht 16 gewachsen ist, konstituieren kollektiv die p-Typ-Mantelschicht 30. p-Typ-Mantelschicht 30 hat typischerweise eine Dicke ungefähr so groß wie die der n-Typ-Mantelschicht 12, d. h. ungefähr 2 μm.
  • Eine p-Kontaktschicht (nicht gezeigt) wird oben auf der p-Typ-Mantelschicht 30 gewachsen und Elektrodenschichten (nicht gezeigt) werden auf der unteren Oberfläche des Substrats 18 und der exponierten Oberfläche der p-Kontaktschicht deponiert. Die Elektrodenschichten werden dann strukturiert, um Elektroden zu definieren. Schichtstruktur 10 wird dann in individuelle optoelektronische Geräte vereinzelt.
  • Obwohl der oben beschriebene eingebettete-Heterostruktur-Wellenleiter Performancevorteile bereitstellt, ist der oben beschriebene Fabrikationsprozess komplex und schwierig zu steuern. Insbesondere ist es essentiell, die Schichtstruktur unter Benutzung eines Ätzprozesses mit geringer Schädigung zu ätzen, da die Ätzung durch den p-i-n-Übergang (junction) fortschreitet, welcher mittels Schichten von p-Typ, nicht-dotiertem und n-Typ-Material (nicht gezeigt) in dem aktiven Bereich 14 gebildet ist. Es ist höchst unerwünscht, Carrier-Zustände mit strukturellen Defekten in den geätzten Seitenwänden der Tafel zu haben. Außerdem ist die Breite des aktiven Bereichs 14, d. h. die Dimension des aktiven Bereichs in der x-Richtung, welche in 1A gezeigt ist, mittels des Ätzprozesses definiert. Die Breite des aktiven Bereichs muss genau definiert sein: ein zu schmaler aktiver Bereich führt zu einer ungenügenden Verstärkung (gain) oder zu einem zu hohen Schwellwertstrom. Ein zu breiter aktiver Bereich erlaubt, dass das optoelektronische Gerät in mehreren optischen Moden betrieben wird, was in vielen Anwendungen unerwünscht ist. Schließlich muss das Unterschnitt(undercut)-Profil der Tafel 24 bezogen auf die Maske 22 auch genau kontrolliert werden, um sicherzustellen, dass die Überwachung 26 eine angemessen planare Oberfläche bereitstellt, auf welcher das zusätzliche p-Typ-Mantelschichtmaterial 28 zu wachsen ist.
  • Optische Geräte zur Benutzung in lange-Wellenlänge-Telekommunikationsanwendungen hatten ursprünglicherweise Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid (InGaAsP) als das Material der Quantentopf-Schichten. Benutzung von Alumium-Indium-Gallium-Arsenid (AlInGaAs) anstatt von InGaAsP als das Material der Quantentopf-Schichten verbessert die Hochtemperaturcharakteristik des optoelektronischen Geräts. Benutzen von AlInGaAs als das Material der Quantentopf-Schichten macht jedoch eine Fabrikation der eingebettete-Heterostruktur-Wellenleiter-Struktur beträchtlich schwieriger. Dies ist derart, weil das Vorhandensein von Aluminium in dem Material der Quantentopf-Schichten zu der Bildung einer stabilen Schicht von Oxid auf der Seitenwand der Tafel 24 während des Naßätzens führt. Unähnlich den weniger stabilen Oxiden von Indium und Gallium, welche gebildet sind, wenn InGaAsP geätzt wird, kann Aluminiumoxid vor dem Wachsen der Überwachsung 26 in der MOCVD-Wachstumskammer nicht thermisch desorbiert werden. Stattdessen persistiert die Aluminiumoxidschicht auf den Seitenwänden der Tafel und degradiert die Qualität der Schnittstelle zwischen der Tafel und der Überwachsung 26.
  • Das Schädigungsproblem an den exponierten Seitenwänden der Tafel 24 wird dadurch verschlimmert, dass der Wafer von der Ätzstation zu der Wachstumskammer tranferiert werden muss, nachdem der Ätzprozess durchgeführt worden ist. Dies exponiert die Seitenwände der Tafel an umgebende Luft, welche typischerweise Wasserdampf und Sauerstoff enthält. Der Wasserdampf und der Sauerstoff können zu zusätzlicher Oxidbildung auf den Seitenwänden der Tafel führen.
  • Verschiedene Ansätze sind vorgeschlagen worden, um das Problem von stabilen Aluminiumoxiden, welche sich an den Seitenwänden der Tafel bilden, zu behandeln. Zum Beispiel kann in-situ-Ätzen benutzt werden, wie von Bertone et al. in "Etching of InP-based MQW-structure in a MOCVD-reactor by chlorinated compounds", 195, J. Chryst. Growth, 624 (1998), beschrieben ist. Solche Ansätze sind jedoch kostspielig und schwierig zu implementieren und können mit Fabrikationsprozessen für andere Geräte inkompatibel sein.
  • In "Densely Arrayed Eight-Wavelength Semiconductor Lasers Fabricated by Microarray Selective Epitaxy", 5 IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron, 428 (1999), von K. Kudo et al., wird ein Prozess zum Fabrizieren eines Feldes von eingebettete-Heterostruktur-Lasern unter Benutzung eines mikro-selektiven Flächenwachstums (micro-selective area growth) offenbart. Dieser Prozess ist in 2A–2C illustriert. 2A zeigt ein Substrat 68, auf welchem eine n-Typ-Mantelschicht 62 gewachsen worden ist. Eine optischer-Wellenleiter-Kernmesa (optical waveguide core mesa) 80, welche zusätzlich den aktiven Bereich 64 des optoelektronischen Geräts konstituiert, wird dann mittels mikro-selektiven Flächenwachstums auf der Oberfläche der n-Typ-Mantelschicht 62 gewachsen. Die optischer-Wellenleiter-Kernmesa wird in einem länglichen (elongate) Fenster 82 gewachsen, welches mittels zweier länglicher Maskenmuster 84 definiert ist. Die optischer-Wellenleiter-Kernmesa hat eine trapezoide Querschnittsform und ist in der y-Richtung, welche gezeigt ist, länglich.
  • Benutzen eines mikro-selektiven Flächenwachstums, um eine optischer-Wellenleiter-Kernmesa zu fabrizieren, welche den aktiven Bereich eines eingebettete-Heterostruktur-Lasers umfasst, verbessert die dimensionale Genauigkeit des aktiven Bereichs. Benutzen des mikro-selektiven Flächenwachstums bildet zusätzlich die optischer-Wellenleiter-Kernmesa ohne das Erfordernis, durch den aktiven Bereich zu ätzen. Es wird jedoch ein zweiter mikro-selektiver Flächenwachstumsprozess benutzt, um die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 80 mit p-Typ-Mantelmaterial abzudecken. Der zweite mikro-selektive Flächenwachstumsprozess involviert ein Entfernen des Wafers von der Wachstumskammer und ein Ätzen von Maskenstrukturen 84, um die Breite des Fensters 82 zu erhöhen. 2B zeigt ein verschmälertes Maskenmuster 86 und ein verbreitertes Fenster 88, welches von Ätzen der Maskenmuster 84, welche in 2A gezeigt sind, resultiert.
  • Der Wafer wird dann zu der Wachstumskammer zurückgebracht und eine p-Typ-Verkleidungstafel 90 wird über der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 80 gewachsen, wie in 2C gezeigt ist. Verkleidungstafel 90 wird mittels mikro-selektiven Flächenwachstums in dem verbreiterten Fenster 88 gewachsen, welches mittels der verschmälerten Maskenmuster 86 auf der Oberfläche der n-Typ-Mantelschicht 62 definiert ist. Verkleidungstafel 90 hat eine trapezoide Querschnittsform und deckt die Seitenwände und die obere Oberfläche der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 18 ab.
  • Obwohl Benutzen eines mikro-selektiven Flächenwachstums, um ein eingebettete-Heterostruktur-optoelektronisches Gerät zu fabrizieren, das Erfordernis umgeht, durch den aktiven Bereich selbst zu ätzen, stellt demgemäß ein Benutzen eines mikro-selektiven Flächenwachstumsprozesses, welcher einen zwischengeschobenen Ätzprozess involviert, wie von Kudo et al. offenbart, nicht eine vollständige Lösung für die oben beschriebenen Probleme bereit. Das Erfordernis, den Wafer aus der Wachstumskammer zu entfernen, um die Maskenmuster zu ätzen, exponiert die Seitenwände der optischer-Wellenleiter-Kernmesa an umgebende Luft und somit der Möglichkeit von stabiler Oxidbildung oder anderer Schädigung an den Seitenwänden. Zusätzlich werden die Seitenwände der optischer-Wellenleiter-Kernmesa dem Ätzmittel (etchant) ausgesetzt, welches benutzt wird, um die Maskenmuster zu ätzen. Dies kann zu einer stabilen Oxidbildung an, oder anderer Schädigung an den Seitenwänden der optischer-Wellenleiter-Kernmesa führen, insbesondere, wenn die Quantentopf-Struktur Aluminium enthält. Die von Kudo et al. offenbarten Geräte hatten Quantentopf-Schichten aus InGaAsP.
  • Außerdem haben die mittels des von Kudo et al. offenbarten Prozesses fabrizierten optoelektronischen Geräte eine hohe Kapazität zwischen Elektroden (high inter-electrode capacitance), weil eine beträchtliche Fläche der Verkleidungstafel 90 an die n-Typ-Mantelschicht 62 angrenzt. Schließlich hat die Verkleidungstafel 90 eine relativ schmale obere Oberfläche, auf welcher die p-Kontaktelektrode schwierig zu bilden ist.
  • Was somit benötigt ist, ist ein Weg, optische Wellenleiter und optoelektronische Geräte, welche eine eingebettete-Heterostruktur-lateraler-Wellenleiter-Struktur inkorporieren, zu fabrizieren, welcher nicht die Nachteile des eingebettete-Heterostruktur-Fabrikationsprozesses hat, welcher oben beschrieben ist. Was auch benötigt ist, ist ein Weg, eingebettete-Heterostruktur-optischer Wellenleiter und optoelektronische Geräte zu fabrizieren, deren optische Wellenleiterkerne Aluminium umfassen. Was schließlich benötigt ist, sind optische Wellenleiter und optoelektronische Geräte, welche eine eingebettete-Heterostruktur-lateraler-Wellenleiter-Struktur inkorporieren, welche nicht die Nachteile der eingebettete-Heterostruktur-lateraler-Wellenleiter-Strukturen haben, welche oben beschrieben sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Erfindung stellt in einem ersten Aspekt einen optischen Wellenleiter (optical waveguide) oder ein optoelektronisches Gerät bereit, welches eine Wachstumsoberfläche, eine Wachstumsmaske, eine optischer-Wellenleiter-Kernmesa (optical waveguide core mesa) und eine Mantelschicht (cladding layer) aufweist. Die Wachstumsmaske ist auf der Wachstumsoberfläche lokalisiert und definiert ein längliches Wachstumsfenster (elongate growth window). Die optischer-Wellenleiter-Kernmesa ist in dem Wachstumsfenster lokalisiert und hat eine trapezoide Querschnittsform. Die Mantelschicht deckt (covers) die optischer-Wellenleiter-Kernmesa ab und erstreckt sich über zumindest einen Teil der Wachstumsmaske.
  • Die Erfindung stellt in einem zweiten Aspekt ein Gerät-Fabrikationsverfahren bereit, in welchem eine Wachstumskammer bereitgestellt wird, ein Wafer, welcher eine Wachstumsoberfläche hat, bereitgestellt wird und ein Fabrikationsprozess in der Wachstumskammer durchgeführt wird. Der Fabrikationsprozess weist auf: Wachsen einer optischer-Wellenleiter-Kernmesa auf der Wachstumsoberfläche mittels mikro-selektiven Flächenwachstums, und, ohne den Wafer von der Wachstumskammer zu entfernen, nach Fabrizieren der optischer-Wellenleiter-Kernmesa, Abdecken (covering) der optischer-Wellenleiter-Kernmesa mit Mantelmaterial.
  • Das Mantelmaterial wird gewachsen, ohne das Substrat von der Wachstumskammer zu entfernen mittels Wachsens des Mantelmaterials unter Wachstumsbedingungen, in welchen das Mantelschichtmaterial auf den Seitenwänden der optischer-Wellenleiter-Kernmesa zusätzlich zu der oberen Oberfläche der Tafel wächst ohne das Erfordernis, einen Ätzprozess vor dem Wachsen des Mantelmaterials durchzuführen. Das Mantelmaterial, welches die optischer-Wellenleiter-Kernmesa abdeckt, schützt die Seitenwände der optischer-Wellenleiter-Kernmesa vor Ätzmitteln und atmosphärischer Verunreinigung, wenn das Gerät schließlich von der Wachstumskammer zur weiteren Verarbeitung entfernt wird.
  • Die Erfindung stellt in einem dritten Aspekt ein Gerät-Fabrikationsverfahren bereit, in welchem ein Wafer, welcher eine Wachstumsoberfläche hat, bereitgestellt wird, eine optischer-Wellenleiter-Kernmesa auf der Wachstumsoberfläche mittels mikro-selektiven Flächenwachstums bei einer ersten Wachstumstemperatur gewachsen wird und die optischer-Wellenleiter-Kernmesa mit Mantelmaterial bei einer zweiten Wachstumstemperatur, welche geringer ist als die erste Wachstumstemperatur, abgedeckt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist bereitgestellt ein Gerät-Fabrikationsverfahren, aufweisend: Bereitstellen eines Wafers, welcher eine Wachstumsoberfläche aufweist; bei einer ersten Wachstumstemperatur, Wachsen einer optischer-Wellenleiter-Kernmesa auf der Wachstumsoberfläche mittels mikro-selektiven Flächenwachstums, und bei einer zweiten Wachstumstemperatur, welche niedriger als die erste Wachstumstemperatur ist, Abdecken der optischer-Wellenleiter-Kernmesa mit Mantelmaterial.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist bereitgestellt ein Gerät-Fabrikationsverfahren, in welchem: die optischer-Wellenleiter-Kernmesa Seitenwände aufweist, welche eine Breite haben; die erste Wachstumstemperatur bei einer Temperatur ist, bei welcher Adatome eine Oberflächendiffusionslänge haben, welche größer ist als die Breite der Seitenwände; und die zweite Wachstumstemperatur bei einer Temperatur ist, bei welcher die Adatome eine Oberflächendiffusionslänge haben, welche kleiner ist als die Breite der Seitenwände.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist bereitgestellt ein Gerät-Fabrikationsverfahren, welches zusätzlich aufweist: Wachsen einer Teilschicht aus dem Mantelmaterial auf der optischer-Wellenleiter-Kernmesa mittels mikro-selektiven Flächenwachstums.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist bereitgestellt ein Gerät-Fabrikationsverfahren, in welchem Wachsen der Teilschicht des Mantelmaterials Setzen der Wachstumstemperatur auf eine Temperatur intermediär zwischen der ersten Wachstumstemperatur und der zweiten Wachstumstemperatur aufweist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist bereitgestellt ein Gerät-Fabrikationsverfahren, in welchem das Wachsen der optischer-Wellenleiter-Kernmesa aufweist: Bilden einer Wachstumsmaske auf der Wachstumsoberfläche, wobei die Wachstumsmaske ein längliches Wachstumsfenster definiert; und Wachsen der optischer-Wellenleiter-Kernmesa in dem Wachstumsfenster.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist bereitgestellt ein Gerät-Fabrikationsverfahren, zusätzlich aufweisend: Bereitstellen einer Wachstumskammer, Platzieren des Wafers in der Wachstumskammer; und wobei das Wachsen der optischer-Wellenleiter-Kernmesa und das Abdecken durchgeführt werden, ohne den Wafer aus der Wachstumskammer zu entfernen.
  • Abdecken der optischer-Wellenleiter-Kernmesa mit dem Mantelmaterial bei der niedrigeren Wachstumstemperatur erlaubt, dass das Mantelmaterial an den Seitenwänden der optischer-Wellenleiter-Kernmesa wächst, ohne das Erfordernis, einen Ätzschritt vor dem Wachsen des Mantelmaterials durchzuführen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A–1C illustrieren die Fabrikation eines ersten Typs eines optoelektronischen Geräts des Standes der Technik, welches einen eingebettete-Heterostruktur-optischen-Wellenleiter inkorporiert.
  • 2A–2C illustrieren die Fabrikation eines zweiten Typs eines optoelektronischen Geräts des Standes der Technik, welches einen eingebettete-Heterostruktur-optischen-Wellenleiter inkorporiert.
  • 3A–3G illustrieren die Fabrikation eines optoelektronischen Geräts, welches einen eingebettete-Heterostruktur-optischen-Wellenleiter in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung inkorporiert.
  • 3H ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils der 3F, welche eine Seitenwand der optischer-Wellenleiter-Kernmesa zeigt.
  • 4A ist eine isometrische Ansicht einer exemplarischen Ausführungsform eines optoelektronischen Gerätes, welches einen eingebettete-Heterostruktur-optischen Wellenleiter in Übereinstimmung mit der Erfindung inkorporiert.
  • 4B ist eine vergrößerte Ansicht, welche die Struktur der optischer-Wellenleiter-Kernmesa des exemplarischen optoelektronischen Geräts zeigt, welches in 4A gezeigt ist.
  • 5A und 5B sind Graphen, welche einige Performanzcharakteristiken einer Ausführungsform eines optoelektronischen Geräts in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigen, welches als ein eingebettete-Heterostruktur-Laser konfiguriert ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die Erfindung ist auf der Realisierung basiert, dass die Probleme, welche von dem Exponieren einer optischer-Wellenleiter-Kernmesa, welche mittels eines mikro-selektiven Flächenwachstums gewachsen ist, an ein Ätzmittel und/oder die Atmosphäre herrühren, dadurch vermieden werden können, dass das Maskenfenster nicht verbreitert wird, bevor die p-Typ-Mantelschicht gewachsen wird. Stattdessen wird in Übereinstimmung mit der Erfindung die p-Typ-Mantelschicht unter Wachstumsbedingungen gewachsen, welche dazu führen, dass das p-Typ-Mantelschichtmaterial auf den Seitenwänden der optischer-Wellenleiter-Kernmesa zusätzlich zu der oberen Oberfläche davon wächst. In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung wird, nachdem eine dünne Schicht eines p-Typ-Mantelschichtmaterials auf der oberen Oberfläche der optischer-Wellenleiter-Kernmesa gewachsen worden ist, die Wachstumstemperatur auf eine solche vermindert, bei welcher die Oberflächenmigrationslänge des p-Typ-Mantelmaterials kleiner ist als die Breite der Seitenwände der Tafel. Unter diesen Wachstumsbedingungen wächst das p-Mantelschichtmaterial nicht nur auf der oberen Oberfläche der optischer-Wellenleiter-Kernmesa, sondern auch auf den Seitenwänden. Auf diese Weise wird eine p-Typ-Mantelschicht, welche die Seitenwände der optischer-Wellenleiter-Kernmesa abdeckt, gewachsen, bevor der Wafer einem Ätzmittel und/oder der Atmosphäre ausgesetzt wird oder Bedingungen ausgesetzt wird, welche auf andere Weise die Seitenwände der optischer-Wellenleiter-Kernmesa schädigen könnten.
  • 3A–3G illustrieren eine exemplarische Ausführungsform eines Verfahrens in Übereinstimmung mit der Erfindung zum Fertigen eines Geräts. In dem gezeigten Beispiel wird ein optoelektronisches Gerät fabriziert. Hunderte oder tausende von optoelektronischen Geräten werden zu einer Zeit auf einem einzelnen Wafer gefertigt. Der Wafer wird dann vereinzelt, um die individuellen optoelektronischen Geräte zu ergeben. Andere Ausführungsformen des Verfahrens fabrizieren transparenter-Wellenleiter-Geräte, wie etwa eingebettete-Heterostruktur-optische Wellenleiter.
  • 3A ist eine Seitenansicht des schmalen Teiles eines Wafers 110 (3D), welcher das Substrat 112 eines exemplarischen der optoelektronischen Geräte konstituiert, welche auf dem Wafer fabriziert werden. Die kristalline Orientierung der Hauptoberfläche 114 von Wafer 110 ist [100]. In einer exemplarischen Ausführungsform ist das Material des Wafers n-Typ-Indiumphosphit (InP).
  • Wafer 110 wird auf dem Empfänger (susceptor) (nicht gezeigt) einer metallorganisch-chemische-Dampf-Deposition-(MOCVD)-Wachstumskammer (nicht gezeigt) montiert und eine n-Typ-Mantelschicht 120 von n-Typ-Indiumphosphit wird auf einer Hauptoberfläche 114 gewachsen, wie in 3B gezeigt ist. Die n-Typ-Mantelschicht ist zu einer Dicke von ungefähr 2 ☐m gewachsen. Die exponierte Hauptoberfläche der n-Typ-Mantelschicht 120 stellt eine Wachstumsoberfläche 122 bereit, auf welcher eine optischer-Wellenleiter-Kernmesa gewachsen wird.
  • Eine Maskenschicht (nicht gezeigt) wird dann auf der Wachstumsoberfläche 122 deponiert. In einer Ausführungsform war das Material der Maskenschicht Siliciumdioxid (SiO2). Wafer 110 wird dann aus der Wachstumskammer entfernt und wird einer Fotolithographie und Ätzen ausgesetzt, um die Maskenschicht zu strukturieren, um eine Wachstumsmaske 130 zu definieren, wie in 3C gezeigt ist.
  • 3D ist eine Draufsicht des Wafers 110, welcher Wachstumsmasken 130 zeigt, welche auf der Wachstumsoberfläche 122 der n-Typ-Mantelschicht 120 (3C), gewachsen auf dem Wafer, in einem Array angeordnet sind (arrayed). Jede Wachstumsmaske ist aus einem Paar von Maskenstreifen (stripes) 132 zusammengesetzt. 3D ist hochgradig in dem Sinne vereinfacht, dass sie nur drei Wachstumsmasken zeigt. In einer praktischen Ausführungsform ist jede Wachstumsmaske 130 ungefähr 10–25 μm breit und angrenzende Wachstumsmasken sind durch einen Abstand im Bereich von ungefähr 100 μm bis ungefähr 500 μm über die Breite des Wafers hinweg separiert, so dass ein typischer Wafer hunderte von Wachstumsmasken auf seiner Oberfläche in einem Array angeordnet hat. Eine Fläche (flat) 116 zeigt die Orientierung der [0-1-1] normal zu der kristallinen Ebene des Wafers an.
  • Maskenstreifen 132 sind länglich (elongate) und haben ihre langen Seiten parallel zu der [011]-kristallinen Richtung der Wachstumsoberfläche 122 ausgerichtet, welche in der gezeigten y-Richtung ausgerichtet ist. Jedes Paar von angrenzenden der Maskenstreifen 132 konstituiert eine Wachstumsmaske 130, welche ein längliches Wachstumsfenster 134 definiert, in welchem eine längliche Wellenleiter-Kernmesa mittels mikro-selektivem Flächenwachstums gewachsen werden wird. Die Breite des Wachstumsfensters, definiert durch den Abstand in der x-Richtung zwischen den entgegengesetzten Kanten des Paars der Maskenstreifen 132, ist in dem Bereich von ungefähr 1 μm und ungefähr 3 μm, und ist typischerweise in dem Bereich von ungefähr 1,5 μm bis ungefähr 2 μm. Die tatsächliche Breite des Wachstumsfensters 134 hängt von der spezifizierten Breite der Quantentopf-Struktur des optoelektronischen Gerätes, welches gefertigt wird, ab, d. h. von der spezifizierten Dimension in der x-Richtung der Quantentopf-Struktur.
  • Wafer 110 wird zu der MOCVD-Wachstumskammer zurückgebracht und die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 wird in dem Wachstumsfenster 134 unter Benutzen von mikro-selektivem Flächenwachstum gewachsen. In dem Beispiel des gezeigten optoelektronischen Geräts wird die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 strukturiert, um den aktiven Bereich des optoelektronischen Geräts bereitzustellen, und ist aus, in der Reihenfolge von der Wachstumsoberfläche 122, einer n-Typ-Pufferschicht, einer Lochblockierungsschicht (hole blocking layer), einer substratseitigen Separationsschicht (substrate-side separation layer), einer Quantentopf-Struktur, einer entferntseitigen (remote-side) Separationsschicht und einer Elektronenblockierungsschicht zusammengesetzt. Die Struktur der optischer-Wellenleiter-Kernmesa wird unten im Detail mit Bezug auf 4B beschrieben. Zumindest ein Quantentopf (quantum well), welcher aus einer Quantentopf-Schicht (auch in 4B gezeigt) zusammengesetzt ist, welche zwischen zwei Barriereschichten eingelegt (sandwiched) ist (auch in 4B gezeigt), ist in dem Quantentopfbereich lokalisiert. In einem transparenter-Wellenleiter-Gerät ist die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 114 homogen und es fehlen ihr die Schichten, gezeigt in 4B.
  • Während des Wachstums der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 mittels mikro-selektiven Flächenwachstums richtet sich Halbleitermaterial, welches von den Vorläufern gebildet ist, welche der MOCVD-Wachstumskammer zugeführt sind, auf der Wachstumsmaske 130 aus. Dieses Halbleitermaterial bildet auf der Wachstumsmaske keinen Kern (does not nucleate), sondern migriert zu dem Teil der Wachstumsoberfläche 122, welche in dem Wachstumsfenster 134 exponiert ist. Das Halbleitermaterial, welches in dem Wachstumsfenster wächst, hat eine starke Tendenz, eine [111]-Seitenwand zu bilden, an welcher die Wachstumsrate ungefähr null ist. Demgemäß wächst das Halbleitermaterial vornehmlich auf der oberen Oberfläche 146 der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 und die optischer-Wellenleiter-Kernmesa wächst in dem Wachstumsfenster 134 mit der trapezoiden Querschnittsform, welche in 3E gezeigt ist. Die optischer-Wellenleiter-Kernmesa ist durch gerade, glatte, [111]-Seitenwände 144 begrenzt.
  • Wachstum der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 wird bei einer Wachstumstemperatur durchgeführt, bei welcher die Adatome des Halbleitermaterials eine genügende Mobilität haben, dass ihre Oberflächendiffusionslänge größer ist als die Breite w (3H) der [111]-Oberflächen, welche die Seitenwände 144 konstituieren. Solange, wie die Oberflächendiffusionslänge größer ist als die Breite der Seitenwände 144, wächst im Wesentlichen kein Halbleitermaterial an den Seitenwänden.
  • Die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 145 wird gewachsen, bis sie ihre spezifizierte Dicke erreicht. Dann werden die Vorläufer, welche der Wachstumskammer zugeführt werden, auf diejenigen für das p-Typ-Mantelschichtmaterial geändert und die Wachstumstemperatur wird verglichen zu der, welche benutzt wurde, um die optischer-Wellenleiter-Kernmesa zu wachsen, leicht vermindert. Die verminderte Temperatur ist jedoch noch oberhalb der Temperatur, bei welcher die Oberflächendiffusionslänge der Adatome des Halbleitermaterials größer ist als die Breite der Seitenwände 144. Folglich wächst eine dünne Teilschicht (sublayer) 162 der p-Typ-Mantelschicht auf der oberen Oberfläche der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140, wie in 3F gezeigt ist.
  • Nachdem die Teilschicht 162 der p-Typ-Mantelschicht eine Dicke von einigen zehn Nanometern erreicht hat, wird die Wachstumstemperatur auf eine reduziert, bei welcher die Mobilität der Adatome des Halbleitermaterials derart ist, dass ihre Oberflächendiffusionslänge kleiner ist als die Breite der Seitenwände 144. Mikro-selektives Flächenwachstum dauert bei der verminderten Wachstumstemperatur an und das Halbleitermaterial dauert an, keinen Kern auf der Wachstumsmaske 130 zu bilden. Bei der verminderten Wachstumstemperatur erfolgt jedoch Wachstum nicht länger vornehmlich auf der oberen Oberfläche 146 der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140. Folglich wächst der Rest der p-Typ-Mantelschicht 160 auf den Seitenwänden 144 der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 zusätzlich zum Wachsen auf der oberen Oberfläche 146.
  • Wachstum der p-Typ-Mantelschicht 160 bei der verminderten Wachstumstemperatur wird fortgesetzt, bis die p-Typ-Mantelschicht ihre spezifische Dicke erreicht, wie in 3G gezeigt ist. Da die p-Typ-Mantelschicht auf den Seitenwänden 144 wächst, erstreckt sie sich zusätzlich lateral über einen Teil der Wachstumsmaske 130. Die p-Typ-Mantelschicht bildet eine plane Hauptoberfläche 164, an welcher später eine Elektrode angewendet werden kann.
  • Nachdem Wachstum der p-Typ-Mantelschicht 116 vollendet worden ist, wird der Wafer 110 aus der Wachstumskammer entfernt. Die p-Typ-Mantelschicht 116 deckt die Seitenwände 144 der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 ab und schützt daher die Seitenwände vor der Umgebung. Demgemäß schützt die p-Typ-Mantelschicht die Seitenwände vor Beschädigung während nachfolgender Verarbeitung, welche an dem Wafer angewendet wird, wie etwa Elektrodenanwendung, Elektrodenstrukturierung (electrode patterning) und Vereinzelung.
  • 4A ist eine isometrische Ansicht einer exemplarischen Ausführungsform eines optoelektronischen Geräts 100 in Übereinstimmung mit der Erfindung, welches mittels des oben beschriebenen Fabrikationsverfahrens in Übereinstimmung mit der Erfindung fabriziert ist. 4A zeigt nicht die Schichtstruktur der optischer-Wellenleiter-Kernmesa des optoelektronischen Geräts 100, um die Zeichnung zu vereinfachen. 4B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils des optoelektronischen Geräts 100, welche die Schichtstruktur der optischer-Wellenleiter-Kernmesa zeigt.
  • Mit Bezug zunächst auf 4A ist das optoelektronische Gerät 100 aus einer Wachstumsoberfläche 122, einer Wachstumsmaske 130, einer optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 und einer Mantelschicht 160 zusammengesetzt. Die Wachstumsmaske 130 ist auf einer Wachstumsoberfläche 122 lokalisiert und definiert ein längliches Wachstumsfenster 134. Die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 ist in dem Wachstumsfenster lokalisiert und hat eine trapezoide Querschnittsform. Mantelschicht 160 deckt die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 ab und zumindest einen Teil der Wachstumsmaske 130.
  • In dem gezeigten Beispiel ist die Wachstumsoberfläche 122 die Hauptoberfläche einer n-Typ-Mantelschicht 120, welche epitaktisch auf einem Substrat 112 gewachsen ist. In einer Ausführungsform ist das Material von Substrat 112 ein Einzelkristall n-Typ-Indiumphosphit (InP), die n-Typ-Mantelschicht 120 ist eine Schicht eines n-Typ InP und hat eine Dicke von ungefähr 2 μm, und Wachstumsoberfläche 122 hat eine [100]-kristalline Orientierung.
  • In dem gezeigten Beispiel ist die Wachstumsmaske 130 aus länglichen, rechteckigen Maskenstreifen 132 zusammengesetzt. Maskenstreifen 132 sind Bereiche von Siliciumdioxid (SiO2), welche entgegengesetzte parallele Kanten haben, welche ein längliches Wachstumsfenster 134 definieren. Wachstumsfenster 134 hat eine Breite in dem Bereich von ungefähr 1 μm bis ungefähr 3 μm und typischerweise in dem Bereich von ungefähr 1,5 μm bis ungefähr 2 μm. Die tatsächliche Breite des Wachstumsfensters ist durch die spezifizierte Breite des Quantentopf-Bereiches (154 in 4B), dem Abstand zwischen der Wachstumsoberfläche 122 und dem Quantentopf-Bereich, und dem Winkel zwischen Seitenwänden 144 und Wachstumsoberfläche 122 bestimmt. Maskenstreifen 132 haben jeweils eine Breite in dem Bereich von ungefähr 3 μm bis ungefähr 11 μm. In dem gezeigten Beispiel haben die Maskenstreifen 132 eine Dicke von ungefähr 500 nm, was ähnlich (±150 nm) zu der Höhe der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 ist. Die entgegengesetzten Kanten der Wachstumsstreifen sind parallel zu der [011]-kristallinen Richtung der Wachstumsoberfläche 122 ausgerichtet.
  • Ein alternatives Material von Wachstumsmaske 130 ist Siliciumnitrid (Si3N4).
  • Die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 ist auf der Wachstumsoberfläche 120 der n-Typ-Mantelschicht 120 in dem Wachstumsfenster 134, welches mittels der Wachstumsmaske 130 definiert ist, lokalisiert. Die optischer-Wellenleiter-Kernmesa ist aus einer oder mehreren Schichten von einem oder mehreren Halbleitermaterialien zusammengesetzt, welche einen größeren Brechungsindex haben als sowohl die n-Typ-Mantelschicht 120 als auch die p-Typ-Mantelschicht 160. In einer Ausführungsform war der Brechungsindexkontrast zwischen der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 und den Mantelschichten 120 und 160 ungefähr –0,2. Die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 hat eine trapezoide Querschnittsform als ein Resultat ihrer Fabrikation mittels mikro-selektiven Flächenwachstums, welches [111]-Oberflächen bildet, welche ihre Seitenwände 144 konstituieren.
  • Die p-Typ-Mantelschicht 160 deckt die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 und zumindest ein Teil der Wachstumsmaske 130 ab (covers). Insbesondere kontaktiert die Mantelschicht 160 die Seitenwände 144 der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140. In dem gezeigten Beispiel ist das Material der Mantelschicht 160 p-Typ InP. Die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 ist somit von n-Typ-Mantelschicht 120 und p-Typ-Mantelschicht 160 umgeben, welche einen größeren Brechungsindex haben als die Materialien der optischer-Wellenleiter-Kernmesa. Somit konstituieren die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 und die Mantelschichten 120 und 160 kollektiv einen optischen Wellenleiter.
  • In dem gezeigten Beispiel ist die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 strukturiert, um den aktiven Bereich des optoelektronischen Geräts 100 bereitzustellen. 4B zeigt die Struktur eines Beispiels von solch einer optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140, welche zusammengesetzt ist aus, in Anordnung, einer n-Typ-Pufferschicht 151, einer Lochblockierungsschicht 152 (hole blocking layer), einer substratseitigen Separationsschicht 153, einer Quantentopf-Struktur 154, einer entferntseitigen Separationsschicht 155 und einer Elektronenblockierungsschicht 156. Die n-Typ-Pufferschicht 151 ist auf der Wachstumsoberfläche 122 der n-Typ-Mantelschicht 120 lokalisiert. Blockierungsschichten 152 und 156 sind Schichten von Halbleitermaterialien, welche signifikant höher in einer Bandlückeenergie sind als die Halbleitermaterialien von Separationsschicht 153 und 155. Die Struktur, welche aus der Lochblockierungsschicht 152, Separationsschichten 153 und 155 und Elektronenblockierungsschicht 156 zusammengesetzt ist, formt eine separate Einschließungs-Heterostruktur (confinement heterostruktur) (SCH) 159, welche Stromträger (current carriers) (d. h. Elektronen und Löcher) in oder auf die Quantentopf-Struktur 154 einschließt oder beschränkt (confines).
  • n-Typ-Pufferschicht 151 ist eine Schicht von n-Typ InP ungefähr 100 nm dick, welche in dem Wachstumsfenster 134 auf der Wachstumsoberfläche 122 der n-Typ-Mantelschicht 120 gewachsen ist.
  • Lochblockierungsschicht 152 ist eine Schicht eines n-Typ-Halbleitermaterials, welches eine Bandlückeenergie hat, welche höher ist als die Materialien der angrenzenden Schichten, d. h. der n-Typ-Pufferschicht 151 und der substratseitigen Separationsschicht 153. In einer Ausführungsform war die Lochblockierungsschicht 152 eine Schicht von n-Typ-Aluminium-Indiumarsenid (AlInAs) ungefähr 40 nm dick.
  • Substratseitige Separationsschicht 153 ist eine Schicht eines Halbleitermaterials, welches eine Bandlückeenergie hat, die ähnlich ist der der Barrierenschichten der Quantentopf-Struktur 154. Kein Dotierungsmaterial (dopant) wurde dem Material der substratseitigen Separationsschicht während des Wachstums hinzugefügt. In einer Ausführungsform war die substratseitige Separationsschicht 153 eine Schicht von AlGaInAs mit Al-, Ga- und In-Anteilen von 0,325, 0,175 bzw. 0,5, ungefähr 50 nm dick.
  • Die Quantentopf-Struktur 154 ist aus N Quantentopf-Schichten 157 mit ineinandergesetzten (interleaved) N + 1-Barrierenschichten 158 zusammengesetzt, wobei N eine positive ganze Zahl ist. In dem gezeigten Beispiel ist N = 7. Das Materisal der Quantentopf-Schichten hat eine wesentlich niedrigere Bandlückeenergie als das der Barrierenschichten. Kein Dotierungsmaterial ist den Materialien der Quantentopf-Struktur während des Wachstums hinzugefügt. In einer Ausführungsform war die Quantentopf-Struktur 154 aus sieben Quantentopf-Schichten 157, jede ungefähr 9 nm dick, und acht Barrierenschichten 158, jede ungefähr 8 nm dick, zusammengesetzt. Das Material der Quantentopf-Struktur 154 war AlGaInAs mit Al-, Ga- und In-Anteilen von 0,18, 0,22 bzw. 0,6, in Quantentopf-Schichten 157 und 0,32, 0,22 bzw. 0,46 in Barrierenschichten 158.
  • Die entferntseitige (remote-side) Separationsschicht 155 ist eine Schicht eines Halbleitermaterials, welches eine Bandlückeenergie hat, welche ähnlich der der Barrierenschichten 158 der Quantentopf-Struktur 154 ist. Kein Dotierungsmaterial ist dem Material der entferntseitigen Separationsschicht während des Wachstums hinzugefügt. In einer Ausführungsform war die entferntseitige Separationsschicht 155 eine Schicht von AlGaInAs mit Al-, Ga- und In-Anteilen von 0,325, 0,175 bzw. 0,5, ungefähr 50 nm dick.
  • Elektronen-Blockerierungsschicht 156 ist eine Schicht von p-Typ-Halbleitermaterial, welches eine Bandlückeenergie hat, welche höher ist als die der Materialien der angrenzenden Schichten, d. h. der entferntseitigen Separationsschicht 155 und der p-Typ-Mantelschicht 160. In einer Ausführungsform war die Elektronen-Blockierungsschicht 156 eine Schicht von p-Typ-Aluminiumindiumarsenid (AlInAs) ungefähr 40 nm dick.
  • Mit Bezug wiederum auf 4A, hat das optoelektronische Gerät 100 zusätzlich eine Elektrode 172, welche auf der Oberfläche des Substrats 112 entfernt von der n-Typ-Mantelschicht 120 lokalisiert ist, eine Elektrode 174, welche auf der Oberfläche 164 der p-Typ-Mantelschicht 160 lokalisiert ist, und entgegengesetzte Facetten 176 und 178, welche orthogonal zu der langen Achse der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 angeordnet sind. Facetten 176 und 178 sind typischerweise mittels Spaltens (cleaving) gebildet. In einer Ausführungsform des optoelektronischen Geräts 100, in welcher Facetten 176 und 178 hoch reflektiv sind, führt ein Strom, welcher zwischen den Elektroden 174 und 172 fließt, dazu, dass das optoelektronische Gerät 100 als ein Laser arbeitet und kohärentes Licht erzeugt, welches durch die Facetten emittiert wird. In einer Ausführungsform des optoelektronischen Geräts 100, in welcher Facetten 176 und 178 mit einem anti-reflektiven Material beschichtet sind, führt ein Strom, welcher zwischen den Elektroden 174 und 172 fließt, dazu, dass das optoelektronische Gerät 100 als ein optisches Verstärkungsmedium (optical gain medium) arbeitet und Licht erzeugt, welches durch die Facetten emittiert wird. In einer anderen Ausführungsform des optoelektronischen Geräts 100, in welcher die Facetten 176 und 178 mit einem anti-reflektiven Material beschichtet sind, führt eine Spannung, welche zwischen den Elektroden 172 und 174 angelegt wird, dazu, dass das optoelektronische Gerät 100 als ein optoelektronischer Modulator bezüglich von Licht operiert, welches durch den optischen Wellenleiter passiert, von welchem die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 einen Teil bildet.
  • In dem optoelektronischen Gerät 100 bilden die n-Typ-Mantelschicht 120, die p-Typ-Mantelschicht 160 und die Wachstumsmaske 130 einen Kondensator, welcher ein Hauptbeitragender zu der Zwischenelektrode-Kapazität (inter-electrode capacitance) des optoelektronischen Geräts 100 ist, d. h. der Kapazität zwischen Elektroden 172 und 174. Die Wachstumsmaske konstituiert das Dielektrikum (dielectric) des Kondensators. Maskenstreifen 172, so dünn wie ungefähr 50 nm, decken die Wachstumsoberfläche 122 zuverlässig ab und arbeiten daher effektiv als Wachstumsmaske 130 in dem mikro-selektivem Flächenwachstumsprozess, welcher oben beschrieben ist. Benutzen einer dünnen Wachstumsmaske kann jedoch zu einer hohen Zwischenelektrode-Kapazität führen, welche die maximale Modulationsgeschwindigkeit des optoelektronischen Geräts limitiert. In dem gezeigten Beispiel des optoelektronischen Geräts 100 hat die Wachstumsmaske 130 eine Dicke, welche größer ist als die minimale Dicke, welche erfordert ist, um die Wachstumsoberfläche 122 zuverlässig abzudecken. Eine Dicke, welche ähnlich derjenigen der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 ist, d. h. eine Dicke von ungefähr (500 ± ~150) nm, vermindert die Zwischenelektrode-Kapazität des optoelektronischen Geräts 100 auf einen Level, welcher vergleichbar mit dem eines konventionellen eingebettete-Heterostruktur-optoelektronischen Geräts mit einer 3 μm-dicken InP:Fe-Kappenschicht ist. Solche Geräte können bei einer Modulationsgeschwindigkeit größer als 10 Gb/s moduliert werden.
  • Ein Teil der p-Typ-Mantelschicht 160 grenzt an die n-Typ-Pufferschicht 151 und die n-Typ-Lochblockierungsschicht 152 (4B) an. Diese Anordnung lenkt jedoch Strom nicht von der Quantentopf-Struktur 154 (divert) weg, weil die Anschaltspannung des p-n-Übergangs (p-n-junction) zwischen der p-Typ-Mantelschicht und den n-Typ-Abschnitten der optischer-Wellenleiter-Tafel 140 größer ist als die des p-i-n-Übergangs, welcher die Quantentopf-Struktur umfasst.
  • Fabrikation des optoelektronischen Geräts 100, welches in 4A gezeigt ist, wird nun in größerem Detail mit Bezug wiederum auf 3A–3H beschrieben.
  • Mit Bezug zunächst auf 3A ist das Substrat 112 Teil eines Wafers 110 (3D) von n-Typ InP, einige hundert μm dick. Das Material des Substrats ist typischerweise mit Schwefel (S) dotiert. Die kristalline Orientierung auf der Hauptoberfläche 114 des Substrats ist [100].
  • Während das Material von Substrat 112 nominal dasselbe ist wie das der n-Typ-Mantelschicht 120 (3B), ist seine kristalline Qualität und Reinheit typischerweise unterhalb derjenigen, welche in der Mantelschicht eines optoelektronischen Geräts benötigt ist. Demgemäß wird Wafer 110 auf dem Empfänger (susceptor) in einer MOCVD-Wachstumskammer montiert und die n-Typ-Mantelschicht 120 wird epitaktisch auf der Hauptoberfläche 114 des Substrats 112 bei einer Wachstumstemperatur von ungefähr 640°C gewachsen. Die n-Typ-Mantelschicht ist eine Schicht von InP, welche n-Typ mit Silicium dotiert ist. Typische Vorläufer, welche benutzt werden, um die n-Typ-Mantelschicht zu wachsen, sind Trimethylindium (CH3)3In) und Phosphin (PH3) mit Disilan (Si2H6) als dem Siliciumvorläufer. Das Wachstum setzt sich fort, bis die n-Typ-Mantelschicht 120 eine Dicke von ungefähr 2 μm erreicht. Die Oberfläche der n-Typ-Mantelschicht stellt eine Wachstumsoberfläche 122 bereit, deren kristalline Orientierung [100] ist.
  • Wenn InP-Wafer mit einer kristallinen Qualität und Reinheit, welche vergleichbar mit der einer epitaktisch gewachsenen Schicht verfügbar sind, kann das Substrat 112 als die n-Typ-Mantelschichts des optoelektronischen Geräts dienen. In diesem Fall braucht keine n-Typ-Mantelschicht epitaktisch auf dem Substrat gewachsen zu werden und die Hauptoberfläche 114 der Substrate stellt die Wachstumsoberfläche 122 bereit, auf welcher die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 mittels mikro-selektiven Flächenwachstums gewachsen wird.
  • Eine Maskenschicht (als solches nicht gezeigt) wird dann auf der Wachstumsoberfläche 122 deponiert. In dem gezeigten Beispiel wird die Maskenschicht auf der Oberfläche der n-Typ-Mantelschicht 120 deponiert. In einer Ausführungsform war das Material der Maskenschicht Siliciumdioxid (SiO2), welches unter Benutzung von Silan und Sauerstoff als Vorläufer gebildet ist. Wie oben bemerkt, wird die Maskenschicht typischerweise mit einer Dicke von einigen hundert nm deponiert, um die Zwischenelektrode-Kapazität des optoelektronischen Geräts zu vermindern. Die Dicke ist beträchtlich dicker als die minimale Dicke, welche benötigt wird, um die Wachstumsoberfläche 122 zuverlässig abzudecken. In einer Ausführungsform hatte die Maskenschicht eine Dicke von 500 nm.
  • Der Wafer 110 wird dann aus der Wachstumskammer entfernt und wird einer Fotolithographie und Ätzen ausgesetzt, um die Maskenschicht zu strukturieren (pattern), um die in 3C und 3D gezeigten Maskenstreifen 132 zu definieren. Angrenzende der Maskenstreifen konstituieren kollektiv eine Wachstumsmaske 130, welche ein längliches Wachstumsfenster 134 auf der Wachstumsoberfläche 122 definiert. Angrenzende der Maskenstreifen 132 sind um einen Abstand separiert und somit hat das Wachstumsfenster 134 eine Breite in dem Bereich von ungefähr 1 μm und ungefähr 3 μm, und typischerweise in dem Bereich von ungefähr 1,5 μm bis 2 μm.
  • Maskenstreifen 132 haben eine Breite in dem Bereich von ungefähr 3 μm, bis ungefähr 11 μm und typischerweise in dem Bereich von ungefähr 5 μm bis ungefähr 11 μm. Da Halbleitermaterial, das auf die Wachstumsmaske 130 niedersinkt (alights), zu der oberen Oberfläche 146 der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 (3E) migriert, wachsend in dem Wachstumsfenster 134, führen Maskenstreifen, welche zu breit sind, zu einer Wachstumsrate, welche so schnell ist, dass die Dicke des gewachsenen Materials schwierig zu kontrollieren ist. Eine hohe Wachstumsrate ist insbesondere gegen das Ende des Prozesses eines Wachsens der optischer-Wellenleiter-Kernmesa problematisch, weil die obere Oberfläche 146 der Tafel klein in einer Fläche ist. Folglich ist so die Wachstumsrate groß und beschleunigt. Andererseits erlauben Maskenstreifen 132, welche zu schmal sind, dass sich die p-Typ-Mantelschichten 160, welche auf der optischer-Wellenleiter-Kernmesa in angrenzenden Wachstumsfenstern 134 gewachsen sind, verschmelzen bzw. sich zusammenmischen (merge), was auch unerwünscht ist.
  • Sobald Wachstumsmasken 130 gebildet worden sind, wird der Wafer 110 zu der Wachstumskammer zurückgebracht. Der Wafer wird auf eine Wachstumstemperatur von ungefähr 640°C aufgeheizt und die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 wird mittels mikro-selektiven Flächenwachstums in dem Wachstumsfenster 134 gewachsen, welches auf der Wachstumsoberfläche 122 mittels der Wachstumsmaske 130 definiert ist. Wachstum einer Ausführungsform der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140, welche die in 4B gezeigte Schichtstruktur hat, wird beschrieben.
  • n-Typ-Pufferschicht 151 ist eine Schicht von InP, welche auf der Wachstumsoberfläche 122 gewachsen ist. In dem gezeigten Beispiel ist die Wachstumsoberfläche 122 die Oberfläche der n-Typ-Mantelschicht 120. Die n-Typ-Pufferschicht ist n-Typ mit Silicium dotiert. Typische Vorläufer, welche benutzt werden, um die n-Typ-Pufferschicht zu wachsen, sind Trimethylindium ((CH3)3In) und Phosphin (PH3) mit Disilan (Si2H6) als dem Siliciumvorläufer. Wachstum wird fortgesetzt, bis die n-Typ-Pufferschicht 151 eine Dicke von ungefähr 100 nm erreicht.
  • Die n-Typ-Pufferschicht 151 wird so dünn wie möglich gefertigt, um die Gesamtdicke der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 zu vermindern. Vermindern der Dicke der Tafel 140 vermindert die maximale Wachstumsrate der Tafel, d. h. die Wachstumsrate während der Deposition der Teilschicht 162 der p-Typ-Mantelschicht 160, wenn die Fläche der oberen Oberfläche 146 der Tafel ein Minimum ist. Es ist wünschenswert, die maximale Wachstumsrate zu vermindern, um eine Kontrolle der Schichtdicke zu erhöhen und die kristalline Qualität des gewachsenen Materials zu maximieren. Material, welches bei einer hohen Wachstumsrate wächst, kann aufgrund von Verspannung (strain) von geringer kristalliner Qualität sein.
  • In einer Ausführungsform, in welcher der Prozess eines Definierens der Wachstumsmaske 130 in einer Schicht von Maskenmaterial die kristalline Qualität der Wachstumsoberfläche 122 nicht herabstuft und keinen Rest des Maskenmaterials in dem Wachstumsfenster 134 belässt, braucht die n-Typ-Pufferschicht 151 nicht gewachsen zu werden. In diesem Fall wird die Lochblockierungsschicht 152 direkt auf der Wachstumsoberfläche 122 gewachsen. Weglassen der n-Typ-Pufferschicht 151 vermindert wünschenswerterweise die Dicke der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140.
  • Die Zufuhr von Phosphin zu der Wachstumskammer wird abgeschnitten und Zuführungen von Trimethylaluminium ((CH3)3Al) und Arsin (AsH3) werden begonnen, um die Lochblockierungsschicht 152 aus (of) AlInAs auf der n-Typ-Pufferschicht 151 (oder auf der Wachstumsoberfläche 122, wie oben bemerkt) zu wachsen. Die Vorläuferflussraten sind eingestellt, um das AlInAs mit einem Aluminiumanteil herzustellen, welcher Gitterübereinstimmung (lattice matching) zwischen der Lochblockierungsschicht und dem InP der n-Typ-Pufferschicht 151 bereitstellt. Das Wachstum wird fortgesetzt, bis die Lochblockierungsschicht 152 eine Dicke von ungefähr 40 nm erreicht.
  • Zufuhr von Trimethylgallium ((CH3)3Ga) wird begonnen, um die substratseitige Separationsschicht 153 von AlGaInAs auf der Lochblockierungsschicht 152 zu wachsen. Die Vorläuferflussraten werden eingestellt, um das AlGaInAs mit Al-, Ga- und In-Anteilen von 0,325, 0,175 bzw. 0,5 zu produzieren. Material dieser Zusammensetzung entspricht einer Gitterübereinstimmung (lattice matched) mit InP. Kein Dotierungsmaterial wird dem Material der substratseitigen Separationsschicht während des Wachstums zugefügt. Das Wachstum wird fortgesetzt, bis die substratseitige Separationsschicht 153 eine Dicke von ungefähr 50 nm erreicht.
  • Als nächstes wird die Quantentopf-Struktur 154 gewachsen. Die Vorläuferflussraten werden zunächst eingestellt, um eine Barriereschicht 158 auf der substratseitigen Separationsschicht 153 zu wachsen. Barriereschicht 158 ist eine Schicht von AlGaInAs mit Al-, Ga- und In-Anteilen von 0,32, 0,22 bzw. 0,46. Material dieser Zusammensetzung hat eine Bandlückeenergie, welche ähnlich derjenigen des AlGaInAs der substratseitigen Separationsschicht 153 ist, hat jedoch eine verschiedene Gitterkonstante, so dass die Barrierenschicht angespannt ist (strained). Kein Dotierungsmaterial wird dem Material der Quantentopf-Struktur während des Wachstums hinzugefügt. Das Wachstum wird fortgesetzt, bis die Barriereschicht 158 eine Dicke von ungefähr 8 nm erreicht.
  • Die Vorläuferflussraten werden dann eingestellt, um eine Quantentopf-Schicht 157 auf der Barrierenschicht 158 zu wachsen. Quantentopf-Schicht 157 ist eine Schicht von AlGaInAs mit Al-, Ga- und In-Anteilen von 0,18, 0,22 bzw. 0,6. Material mit dieser Zusammensetzung hat eine Bandlückeenergie, welche wesentlich geringer ist als diejenige der Barrierenschicht 158. Solches Material hat auch eine Gitterkonstante, welche sich von der des AlGaInAs der substratseitigen Separationsschicht in der entgegengesetzten Richtung von der Barrierenschicht 158 unterscheidet, so dass auch die Quantentopf-Schicht angespannt ist. Das Wachstum wird fortgesetzt, bis die Quantentopfschicht 157 eine Dicke von ungefähr 9 nm erreicht.
  • Der Prozess, ähnlich zu dem gerade beschriebenen, eines Wachsens einer Barrierenschicht 158 gefolgt von einer Quantentopf-Schicht 157 wird sechs Mal wiederholt, um insgesamt sieben Barriereschichten und sieben Quantentopfschichten zu wachsen. Der Prozess, ähnlich zu dem gerade beschriebenen, eines Wachsens einer Barrierenschicht 158, wird einmal durchgeführt, um eine achte Barrierenschicht zu wachsen. Dies komplettiert das Wachsen der Quantentopf-Struktur 154.
  • Die Vorläuferflussraten werden dann eingestellt, um die entferntseitige Separationsschicht 155 auf der Quantentopf-Struktur 154 zu wachsen. Die Vorläuferflussraten werden eingestellt, um AlGaInAs mit Al-, Ga- und In-Anteilen von 0,325, 0,175 bzw. 0,5 zu produzieren. Material dieser Zusammensetzung hat eine Gitterübereinstimmung mit InP aber hat keine Übereinstimmung mit der Barrierenschicht 158 (mis-matched). Kein Dotierungsmaterial wird dem Material der entferntseitigen Separationsschicht während des Wachstums hinzugefügt. Das Wachstum wird fortgesetzt, bis die entferntseitige Separationsschicht 155 eine Dicke von ungefähr 50 nm erreicht.
  • Die Zufuhr von Trimethylgallium zu der Wachstumskammer wird abgeschnitten und eine Zufuhr von Dimethylzink ((CH3)2Zn) wird begonnen, um die Elektronenblockierungsschicht 156 von p-Typ AlInAs auf der entferntseitigen Separationsschicht 155 zu wachsen, wie in 3E gezeigt ist. Die Vorläuferflussraten werden eingestellt, um das AlInAs mit einem Aluminiumanteil zu produzieren, welche eine Gitterübereinstimmung mit InP bereitstellt. Das Wachstum wird fortgesetzt, bis die Elektronenblockierungsschicht 156 eine Dicke von ungefähr 40 nm erreicht. Dies komplettiert die Fabrikation der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140.
  • Die Zuführungen von Trimethylaluminium und Arsin (AsH3) in die Wachstumskammer werden abgeschnitten, eine Zufuhr von Phosphin (PH3) wird begonnen und die Wachstumstemperatur wird auf ungefähr 620°C vermindert, um eine Teilschicht (sublayer) 162 der p-Typ-Mantelschicht 160 zu wachsen, wie in 3F gezeigt ist. Teilschicht 162 ist eine dünne Schicht von p-Typ InP und wird auf der Elektronenblockierungsschicht 156 mittels mikro-selektiven Flächenwachstums gewachsen. Teilschicht 162 wächst auf der oberen Oberfläche 146 der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140.
  • Die verminderte Wachstumstemperatur, welche benutzt wird, um die Teilschicht 162 der p-Typ-Mantelschicht zu wachsen, ist noch oberhalb der Temperatur, bei welcher die Adatome des Halbleitermaterials genügende Mobilität haben, dass ihre Oberflächendiffusionslänge größer ist als die Breite w (3H) der [111]-Oberflächen, welche die Seitenwände 144 konstituieren. Somit wächst die Teilschicht 162 vornehmlich auf der oberen Oberfläche der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140, wie gerade beschrieben ist. Die Wachstumstemperatur von ungefähr 620°C kann benutzt werden, weil dem Material, welches gewachsen wird, Aluminium fehlt. Es gibt somit keinen Bedarf, eine Wachstumstemperatur von ungefähr 640°C zu benutzen, welche benötigt ist, wenn Aluminium enthaltene Materialien gewachsen werden, um zu verhindern, dass Aluminium an die Wachstumsmaske 130 anklebt (sticking). Die Wachstumstemperatur von 620°C ist intermediär zwischen der Wachstumstemperatur, welche benutzt wird, um die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 zu wachsen, und der Wachstumstemperatur, welche benutzt wird, um den Rest der p-Typ-Mantelschicht 160 zu wachsen. Das Wachstum der Teilschicht 162 wird fortgesetzt, bis sie eine Dicke von einigen Nanometern erreicht. In einer Ausführungsform wurde das Wachstum fortgesetzt, bis die Teilschicht 162 eine Dicke von ungefähr 40 nm erreichte.
  • Die Wachstumstemperatur wird dann auf ungefähr 600°C vermindert. Wenn die Temperatur fällte, vermindern sich die Adatome des Halbleitermaterials in ihrer Mobilität, so dass ihre Oberflächendiffusionslänge kleiner wird als die Breite der [111]-Oberflächen, welche die Seitenwände 144 konstituieren. Bei der verminderten Wachstumstemperatur wird das mikro-selektive Flächenwachstum fortgesetzt, aber das Wachstum erfolgt nicht länger vornehmlich auf der oberen Oberfläche 140 der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140. Stattdessen wächst die p-Typ-Mantelschicht 160 zusätzlich auf den Seitenwände 144 der Tafel. Wachstum der p-Typ-Mantelschicht 160 bei der verminderten Wachstumstemperatur wird fortgesetzt, bis die p-Typ-Mantelschicht ihre spezifizierte Dicke erreicht, wie in 3D gezeigt ist. In einer Ausführungsform wird das Wachstum fortgesetzt, bis die p-Typ-Mantelschicht 160 eine Dicke von 2 μm erreichte.
  • Nachdem das Wachstum der p-Typ-Mantelschicht 160 vollendet worden ist, wird der Wafer 110 aus der Wachstumskammer entfernt. Die p-Typ-Mantelschicht 160 deckt die Seitenwände 144 der optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 ab und erstreckt sich über einen Teil der Wachstumsmaske 130. Demgemäß schützt die p-Typ-Mantelschicht die Seitenwände 144 vor Schädigung während eines nachfolgenden Verarbeitens, welches an dem Wafer angewendet wird. Dieses Verarbeiten umfasst die Deposition und Strukturierung (patterning) von Elektroden 172 und 174, Spalten, um Facetten 176 und 178 zu bilden, und Vereinzelung in individuelle optoelektronische Geräte.
  • Die Erfindung ist oben mit Bezug auf ein Beispiel beschrieben, in welchem einige der Halbleitermaterialien, welche benutzt werden, um die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 zu fabrizieren, Aluminium aufweisen. Dies ist jedoch nicht kritisch für die Erfindung. Keines der Halbleitermaterialien, welches benutzt ist, um die optischer-Wellenleiter-Kernmesa zu fabrizieren, braucht Aluminium aufzuweisen. Zum Beispiel kann die Quantentopf-Struktur 154 Quantentopf-Schichten 157 von InGaAsP haben. Laser, welche solche Quantentopf-Strukturen haben, haben eine niedrigere T0 als diejenigen, welche oben beschrieben sind, in welchen die Quantentopf-Struktur 154 Quantentopf-Schichten 157 von AlGaInAs hat.
  • Die Erfindung ist oben mit Bezug auf Beispiele beschrieben, in welchen die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 strukturiert ist, den aktiven Bereich eines optoelektronischen Geräts bereitzustellen. Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch nicht auf optoelektronische Geräte und ihre Fabrikation beschränkt. Die Erfindung umfasst zusätzlich transparenter-Wellenleiter-Geräte und ihre Fabrikation. Solche Ausführungsformen der Erfindung stellen transparenter-optischer-Wellenleiter bereit, in welchen die optischer-Wellenleiter-Kernmesa 140 eine trapezoide Querschnittsform hat, ihr aber die Schichtstruktur, welche in 4B gezeigt ist, fehlt. Stattdessen ist die optischer-Wellenleiter-Kernmesa als eine homogene Tafel (mesa) eines Halbleitermaterials strukturiert, welches einen Brechungsindex hat, welcher größer als der der Mantelschichten 120 und 160 ist. Beispiele von geeigneten Halbleitermaterialien umfassen AlInAs, AlGaInAs und InGaAsP.
  • Die Erfindung ist oben mit Bezug auf Beispiele beschrieben, in welchen die entgegengesetzten Kanten der Wachstumsmaske 130 beschrieben sind, als dass sie parallel zu der [011]-kristallinen Richtung der Wachstumsoberfläche 122 ausgerichtet sind. Obwohl optimale Ergebnisse mit dieser Ausrichtung der Wachstumsmaske erreicht werden, ist jedoch das mikro-selektive Flächenwachstum nicht kritisch von der Ausrichtung abhängig und Ergebnisse, welche zur Benutzung in verschiedenen Anwendungen akzeptabel sind, werden trotz einer Abweichung von der beschriebenen parallelen Beziehung erreicht.
  • 5A und 5B sind Graphen, welche einige Performanzcharakteristiken einer Ausführungsform eines optoelektronischen Geräts in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigen, welches als ein eingebettete-Heterostruktur-Laser konfiguriert ist. Der Laser erzeugte Licht bei einer Wellenlänge von 1350 nm und hatte eine Hohlraumlänge, d. h. Abstand zwischen Facetten 176 und 178 (4A), von 300 μm. Das Material der Quantentopf-Struktur war AlGaInAs.
  • 5A zeigt die Variation von optischer Ausgabeleistung und Vorwärtsspannungsabfall (forward voltage drop) mit Strom zwischen Elektroden 174 und 172 (4A) bei zehn verschiedenen Temperaturen, 0°C–90°C in 10°-Intervallen. Der Laser hatte einen Schwellwertstrom von weniger als 4 mA bei 0°C und weniger als 20 mA bei einer Temperatur von 90°C. Der 0°C-Schwellwertstrom ist ungefähr 30% kleiner als ein konventioneller (1A–1C). InGaAsP-BH-Laser.
  • 5B zeigt die Variation des c-w-Schwellwertstroms und eine differentielle Quantum-Effizienz mit der Temperatur. Die Variation sowohl des Schwellwertstroms als auch der Effizienz mit der Temperatur ist relativ gering aufgrund der höheren charakteristischen Temperaturen, welche beim Benutzen von AlGaInAs als dem Material der Quantentopf-Struktur erhalten sind. Beispiellaser, welche in Übereinstimmung mit der Erfindung unter Benutzen von AlGaInAs als das Material der Quantentopf-Struktur fabriziert sind, hatten charakteristische Temperaturen von T0 (Schwellwertstrom) = 55°K und T1 (Effizienz) = 190°K. Ein andererseits ähnlicher Laser, welcher in Übereinstimmung mit der Erfindung unter Benutzung von InGaAsP als das Material der Quantentopf-Struktur fabriziert ist, hatte charakteristische Temperaturen von T0 = 45°K und T1 = 145°K.
  • Die Offenbarung beschreibt die Erfindung im Detail unter Benutzung von illustrativen Ausführungsformen. Die Erfindung ist jedoch mittels der angehängten Ansprüche definiert und ist nicht auf die genauen beschriebenen Ausführungsformen begrenzt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • Kudo et al. [0020]
    • Kudo et al. [0020]
    • Kudo et al. [0021]

Claims (7)

  1. Gerät, aufweisend: eine Wachstumsoberfläche (122); eine Wachstumsmaske (132) auf der Wachstumsoberfläche, wobei die Wachstumsmaske ein längliches Wachstumsfenster (134) definiert; eine optischer-Wellenleiter-Kernmesa (140), welche in dem Wachstumsfenster lokalisiert ist und eine trapezoide Querschnittsform hat; und eine Mantelschicht (160), welche die optischer-Wellenleiter-Kernmesa abdeckt und sich über zumindest einen Teil der Wachstumsmaske erstreckt.
  2. Gerät, aufweisend: eine Wachstumsoberfläche (122); eine Wachstumsmaske (132) auf der Wachstumsoberfläche, wobei die Wachstumsmaske ein längliches Wachstumsfenster (134) definiert; eine optischer-Wellenleiter-Kernmesa (140), welche in dem Wachstumsfenster lokalisiert ist und eine trapezoide Querschnittsform hat; und eine Mantelschicht (160), welche die optischer-Wellenleiter-Kernmesa abdeckt und sich über zumindest einen Teil der Wachstumsmaske erstreckt, wobei die Mantelschicht (160) eine Teilschicht (162) aufweist, welche bei einer intermediären Wachstumstemperatur gewachsen ist, und ein Rest der Mantelschicht bei einer zweiten Wachstumstemperatur gewachsen ist, welche kleiner ist als die intermediäre Wachstumstemperatur
  3. Gerät gemäß Anspruch 1 oder 2, in welchem: die Wachstumsoberfläche eine [100]-kristalline Orientierung hat; und die optischer-Wellenleiter-Kernmesa Seitenwände aufweist, welche eine [111]-kristalline Orientierung haben.
  4. Gerät gemäß Anspruch 3, in welchem die Wachstumsmaske entgegengesetzte Kanten aufweist, welche parallel zu der [011]-kristallinen Richtung der Wachstumsoberfläche ausgerichtet sind.
  5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem die optischer-Wellenleiter-Kernmesa homogen in einer Struktur ist und einen größeren Brechungsindex hat als die Mantelschicht.
  6. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, in welchem: das Gerät ein optoelektronisches Gerät ist; und die optischer-Wellenleiter-Kernmesa eine Quantentopfstruktur (154) aufweist.
  7. Gerät nach einem der vorangehenden Ansprüchen, in welchem: die Mantelschicht eine erste Mantelschicht ist; das Gerät zusätzlich eine zweite Mantelschicht (120) aufweist; und die Wachstumsoberfläche eine Oberfläche der zweiten Mantelschicht ist.
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Bertone et al. in "Etching of InP-based MQW-structure in a MOCVD-reactor by chlorinated compounds", 195, J. Chryst. Growth, 624 (1998)
Kudo et al.

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