DE4429586A1

DE4429586A1 - DFB-Halbleiterlaser und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE4429586A1
Application number: DE4429586A
Authority: DE
Inventors: Masato Ishino; Masahiro Kitoh; Nobuyuki Otsuka; Yasushi Matsui
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-08-19
Filing date: 1994-08-19
Publication date: 1995-02-23
Also published as: US5960257A; US5539766A; US5764682A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung, einen sog. "distributed feedback semiconductor laser", im folgenden als "DFB-Laser" bezeichnet, der sich als Lichtquelle für die optische Übertragung großer Datenmengen über weite Entfernungen eignet. Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für solch einen Laser.

In jüngerer Zeit sind DFB-Halbleiterlaser im praktischen Ge brauch als Lichtquellen für Datentransfer über große Distanzen bei großer Übertragungskapazität und für Mehrfachkanal-Video transfer für Kabelfernsehen und dergleichen. Einige der Gründe für diesen weiten Anwendungsbereich von DFB-Lasern werden nach folgend beschrieben. Während normale Fabry-Perot-Halbleiterla ser Licht in Mehrfach-Längswellenmoden oszillieren, wird Licht von DFB-Lasern selbst in Hochgeschwindigkeitsmodulation nur in einer einzigen Längswellenmode oszilliert, was auf ein in der Nähe einer aktiven Schicht geformtes Beugungsgitter zurückzu führen ist. Daher ist der Rauschpegel niedrig und die Signale sind gegen Degenerieren, was sonst durch Streuung während der Signalübertragung verursacht werden würde, gut geschützt.

Derzeit werden primär brechungsindexgekoppelte DFB-Laser ver wendet, bei denen das Beugungsgitter gebildet wird durch peri odische Änderung der Dicke einer optischen Wellenleiterschicht, die über oder unter der aktiven Schicht angeordnet ist.

Solch ein brechungsindexgekoppelter DFB-Laser weist zwei Oszil lationsmoden auf: bei einer Wellenlänge, die länger als die Bragg-Wellenlänge ist; und bei einer Wellenlänge, die kürzer als die Bragg-Wellenlänge ist. Die Bragg-Wellenlänge wird durch die Periode des Beugungsgitters und durch den Brechungsindex des Hohlraums bestimmt. Jede der Oszillationsmoden wird bei der Phase an einer Endoberfläche des Hohlraums verwendet. Daher wird eine einzige stabile Längsmodenoszillation erhalten bei etwa 30%. Obwohl eine einzige Längsmodenoszillation bei einer niedrigen Ausgangsleistung erhalten wird, ändert sich die Oszillationsmode bei einer hohen Ausgangsleistung durch Phasen fluktuation, die durch einen axialen Hohlbrenneffekt - der Effekt, das lokale Störstellen zur Phasenfluktuation führen - verursacht wird, wodurch die Ausbeute zum Erhalt einer stabilen Einzellängsmodenoszillation innerhalb einer großen, von einer niedrigen Ausgangsleistung zu einer hohen Ausgangsleistung reichenden Bandbreite reduziert wird. In dem Fall, in dem emittiertes Licht teilweise zu dem Laser zurückgeworfen wird, wechselt der Oszillationszustand, so daß der Rauschpegel an wächst oder die Einzellängsmode-Oszillation sich zu einer Mehrfachlängsmoden-Oszillation verändert. Um eine stabile Einzellängsmode-Oszillation unter solchen Umständen zu errei chen, wird der brechungsindexgekoppelte DFB-Laser für den praktischen Gebrauch in Form eines Moduls gefertigt, der einen eingebauten optischen Isolator beinhaltet. Die niedrige Aus beute und die ,Verwendung des optischen Isolators erhöhen jedoch die Herstellungskosten, so daß eine breitere Verwendung von DFB-Lasern verhindert wird.

Im Brennpunkt der Aufmerksamkeit standen in den letzten Jahren gewinngekoppelte DFB-Laser als ein DFB-Lasertyp, der eine neue Struktur zur Lösung der oben beschriebenen Probleme von brech nungsindexgekoppelten DFB-Lasern aufweist. Beispielhaft sei ein Artikel von Yi Luo et al. in Applied Physics Letters, Vol. 56, Nr. 17, Seiten 1620-1622, 23. April 1990 genannt. In der Struk tur von gewinngekoppelten DFB-Lasern wird die Bragg-Wellenlänge grundsätzlich als die Oszillationswellenlänge verwendet. Daher wird bei hoher Ausbeute eine stabile Einzellängsmode-Oszilla tion unbeeinflußt von der Phasenfluktuation an einer Endober fläche des Hohlraums erhalten. Gewinngekoppelte DFB-Laser werden auch nicht leicht durch die Phasenfluktuation, verur sacht durch den axialen Hohlbrenneffekt, beeinflußt, was eben falls zu einer hohen Ausbeute an Erhalt der stabilen Einzel längsmode-Oszillation bei einer hohen Ausgangsleistung und stabilem Betrieb gegenüber dem zu dem DFB-Laser zurückgeworfe nen Licht führt. In Anbetracht dieser Umstände kann von gewinn gekoppelten DFB-Lasern erwartet werden, daß sie eine Licht quelle sind, die in einer einzigen Oszillationsmode betrieben und mit niedrigeren Kosten hergestellt werden kann. Gewinn gekoppelte DFB-Laser sind im wesentlichen in zwei Strukturen erhältlich. In einer Struktur ist ein Beugungsgitter in einer aktiven Schicht ausgebildet; und in der anderen Struktur bein haltet ein Beugungsgitter eine Absorptionsschicht. Letztere Struktur ist für den praktischen Gebrauch vielversprechender im Hinblick auf Oszillation bei niedrigem Schwellwertniveau und hoher Zuverlässigkeit.

Unter Verweis auf Fig. 1 wird ein Beispiel eines gewinngekop pelten DFB-Lasers 50 mit der letztgenannten Struktur beschrie ben. Fig. 1 ist eine Querschnittsdarstellung des gewinngekop pelten DFB-Lasers 50.

Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält der gewinngekoppelte DFB-Laser 50 ein n-GaAs Substrat 31, eine erste Überzugsschicht 32 aus n- GaAlAs, eine GaAs/GaAlAs SCH-MQW Aktivschicht 33, eine erste Sperrschicht 34 aus p-GaAlAs, eine zweite Sperrschicht 35 aus p-GaAlAs, eine optische Wellenleiterschicht 36 aus p-GaAlAs, eine zweite Überzugsschicht 37 aus p-GaAlAs und ein n-GaAs Absorptions-Beugungsgitter 41. Die Schichten 31 bis 37 sind in dieser Reihenfolge epitaxisch gezogen und das n-GaAs Absorp tions-Beugungsgitter 41 ist zwischen die zweite Sperrschicht 35 aus p-GaAl-As und die optische Wellenleiterschicht 36 aus p- GaAlAs eingebettet. Infolge des n-GaAlAs Absorptions-Beugungs gitters 41 versacht die periodische Änderung des Absorptions koeffizienten die periodischen Änderungen in der Verstärkung, so daß gewinngekoppelte Oszillation erzielt wird.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird ein Herstellungsverfahren für den gewinngekoppelten DFB-Laser 50 beschrieben. In Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen 51 ein epitaxisches Substrat bezeichnet, das die in Bezug auf Fig. 1 genannten Schichten 32 bis 35 aufweist. Auf dem epitaxischen Substrat 51 ist die n-GaAs Absorptions schicht 40 gebildet. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist eine Wider standsschicht 52, die ein periodisches Muster aufweist, auf der n-GaAs Absorptionsschicht 40 durch ein Verfahren unter EB- Bestrahlung gebildet. Dann wird, wie in Fig. 3 gezeigt, das epitaxische Substrat 51 durch Trockenätzung bis auf ein Niveau unterhalb des Bodens der n-GaAs Absorptionsschicht 40 in Berei chen geätzt, die nicht mit der Widerstandsschicht 52 bedeckt sind, wodurch Vorsprünge gebildet werden. Nachdem die Wider standsschicht 52 entfernt worden ist, liegt das GaAs Absorp tions-Beugungsgitter 41 an der Spitze der Vorsprünge. Als nächstes werden die Schichten 36 und 37 (Fig. 1) epitaxisch gezogen, um den gewinngekoppelten DFB-Laser 50 zu erzeugen.

Es ist bekannt, daß das Teilungsverhältnis, d. h. das Verhältnis der Größe des lichtabsorbierenden Bereichs bzw. der lichtabsor bierenden Fläche zur Länge jeder Periode des Beugungsgitters - in Fig. 3 als a/b dargestellt - bevorzugterweise in etwa zwi schen 0,1 bis 0,2 liegt, um zufriedenstellende Eigenschaften des DFB-Lasers 50 zu erhalten. Es ist sehr wichtig, daß das Beugungsgitter gleichmäßig geformt ist, um solch ein bevorzug tes Teilungsverhältnis zu erhalten.

Es ist erforderlich, daß die Länge jeder Periode des Beugungs gitters in etwa zwischen 0,2 µm und 0,4 µm liegt und der Ab stand des Musters der Widerstandsschicht 52 so mikroskopisch wie 0,1 µm bis 0,2 µm ist. Obwohl es möglich ist, das EB-Be strahlungsverfahren zu verwenden, um solch ein mikroskopisches Muster gleichmäßig zu bilden, ist die Verwendung des EB-Be strahlungsverfahrens wegen der für das Bestrahlen erforderli chen langen Zeit und der hohen Kosten der Vorrichtung nicht praktikabel. Trockenätzen ist Naßätzen im Hinblick auf die Steuerbarkeit überlegen, zerstört jedoch einen Teil der Halb leiterschicht und reduziert die Zuverlässigkeit des endgefer tigten DFB-Lasers.

Es ist praktikabler, die Widerstandsschicht 52, die das peri odische Muster aufweist, durch holografische Bestrahlung zu bilden und die Halbleiterschicht naßzuätzen. Im Falle der holografischen Bestrahlung und des Naßätzens schwanken dennoch der Zwischenabstand des Widerstandsmusters von Fig. 2 und auch die Ätzlänge. Das Beugungsgitter ist daher stark dispergiert in seiner Form in dem Schichtträger und verschwindet sogar in manchen Bereichen. Ebenso ist die Verteilung des Absorptions verhältnisses α stark dispergiert. Aus diesen Gründen ist es schwierig, das Teilungsverhältnis zu kontrollieren. Aufgrund solcher Herstellungsprobleme ist es schwierig, die angestrebten Eigenschaften bei gleichzeitig hoher Ausbeute zu erhalten.

Um diese Probleme zu lösen, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, das beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 4-326788 beschrieben ist. Fig. 4 zeigt im Querschnitt ein Absorptions-Beugungsgitter und dessen Umgebung von einem DFB- Laser, der durch solch ein Verfahren hergestellt worden ist. Nach diesem Verfahren beinhaltet das Absorptions-Beugungsgit ter, wie in Fig. 4 gezeigt, eine Mehrzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen und eine absorptive Quantentopfschicht 56, die auf den Vorsprüngen und Vertiefungen gebildet ist. Die Dicke der absorptiven Quantentopfschicht 56 wechselt in Übereinstimmung mit den Vorsprüngen und den Vertiefungen, um eine periodsche Veränderung des Absorptionsverhältnisses sicherzustellen. In solch einer Struktur ist das teilweise Verschwinden der Ab sorptionsschicht begrenzt. Wegen der auf einer Oberfläche einer optischen Wellenleiterschicht 55 auf einer Aktivschicht 54 ausgebildeten Beugungsgitterschicht verursacht die Streuung der Ätztiefe eine Streuung der Dicke eines Trogbereichs 56V der Absorptionsschicht 56 und ebenso eine Streuung des Abstands zwischen der Absorptionsschicht 56 und der Aktivschicht 54. Es ist deshalb schwierig, den Gewinnkopplungskoeffizienten solch eines DFB-Lasers zu steuern.

Ferner ist die Streuung der Dicke der optischen Wellenleiter schicht verursacht durch Ätzen nachteilig für das Steuern des Brechnungsindex-Kopplungskoeffizienten. Es ist wichtig, zusätz lich zu ätzen, nachdem die Widerstandsschicht entfernt worden ist, um die Höhe d des Vorsprungs, der an der optischen Wellen leiterschicht 55 ausgebildet ist, einzustellen und ebenso, um eine zufriedenstellende epitaxische Schicht auf der Absorp tionsschicht 56 zu bilden. In der in Fig. 4 gezeigten Struktur ist es nahezu unmöglich, ein zusätzliches Ätzen durchzuführen, da solch ein zusätzliches Ätzen die Dicke der optischen Wellen leiterschicht 55 reduzieren oder in extremen Fällen zum Ver schwinden bringen würde. Trockenätzen ist zum Bilden der Ab sorptionsschicht 56 in einer vorteilhaften Gestalt wünschens wert, kann möglicherweise jedoch die Aktivschicht 54 beschädi gen.

Bei anderen gewinngekoppelten DFB-Lasern wird die Verstärkung der Aktivschicht periodisch geändert, ohne das Absorptions- Beugungsgitter zu verwenden. Eine repräsentative Struktur solcher DFB-Laser ist aus dem Optoelectronics Conference Di gest, 1994, Seite 402, bekannt. Bei solchen DFB-Lasern wird ein Gewinn-Beugungsgitter durch Behandeln der Aktivschicht gebil det. Dementsprechend wird eine stärkere Gewinnkopplung als bei der ein Absorptionsbeugungsgitter aufweisenden Struktur erhal ten. Zufriedenstellende Eigenschaften werden erhalten, ohne besondere Vergrößerung des Absorptionsverhältnisses. Eine p-InP Überzugsschicht wird gezogen, nachdem die Aktivschicht geätzt worden ist. Ein Defekt oder eine Anhäufung fremder Substanzen tritt in der Nähe der p-n Übergangszone auf. Solch ein Defekt oder solch eine Anhäufung von fremden Substanzen reduziert die Lichtemissionseffizienz, wenn der elektrische Strom eingeleitet wird, oder verkürzt die Lebensdauer des DFB-Lasers.

Wie oben beschrieben, ist in herkömmlichen DFB-Lasern die Gestalt des Beugungsgitters dispergiert bzw. verschmiert, selbst bei nur einem Laser. Die Eigenschaften der Laser sind daher nicht zufriedenstellend, und die Laser sind nicht zuver lässig. Ferner weisen herkömmliche DFB-Laser eine niedrige Produktionsausbeute auf und sind daher wenig für die Massen produktion geeignet.

Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein DFB- Laser, ein Halbleitersubstrat bzw. einen Halbleiterträger eines ersten Leitfähigkeitstyps auf;
eine Halbleiter-Mehrschichtstruktur, die auf dem Halbleitersub strat gebildet ist und eine Aktivschicht zum Erzeugen von Laserlicht aufweist; und
ein gewinngekoppeltes bzw. verstärkungsgekoppeltes Beugungs gitter, das zwischen dem Halbleitersubstrat und der Halbleiter- Mehrschichtstruktur angeordnet ist.

Das Beugungsgitter beinhaltet eine Mehrzahl von gerundeten oder bogenförmigen, insbesondere gewölbten, Vorsprüngen, die an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats periodisch angeordnet sind, und eine Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht zum Bedecken der Mehrzahl von bogenförmigen Vorsprüngen.

Die Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht weist einen lichtabsor bierenden Bereich, der eine erste Dicke hat an jeder Grenze zwischen zwei benachbarten bogenförmigen Vorsprüngen und einen Licht nicht absorbierenden Bereich auf, der eine zweite Dicke hat an einer Spitze von jedem der bogenförmigen Vorsprünge, die geringer ist als die erste Dicke.

Der lichtabsorbierende Bereich weist eine Bandlücke auf, die schmaler ist als eine Bandlücke der Aktivschicht, und der Licht nicht absorbierende Bereich weist eine Bandlücke auf, die weiter ist als die Bandlücke der Aktivschicht.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ändert sich die Dicke der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht periodisch und nichtlinear entlang eines Hohlraums.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Halblei ter-Mehrschichtstruktur eine optische Wellenleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps auf, die zwischen der Aktivschicht und dem Beugungsgitter angeordnet ist; und eine Überzugsschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die weiter von dem Halblei tersubstrat entfernt angeordnet ist als die Aktivschicht.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Aktiv schicht eine Quantentopfstruktur.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Aktiv schicht eine unter Spannung gesetzte Quantentopfstruktur.

Nach einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung weist ein DFB- Laser ein Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps auf; eine Halbleiter-Mehrschichtstruktur, die auf dem Halblei tersubstrat vorgesehen ist und eine Aktivschicht zum Erzeugen von Laserlicht umfaßt; und ein gewinngekoppeltes Beugungsgit ter, das zwischen dem Halbleitersubstrat und der Halbleiter- Mehrschichtstruktur angeordnet ist.

Das Beugungsgitter weist eine erste Halbleiterschicht, die auf dem Halbleitersubstrat gebildet ist auf; eine Mehrzahl von Vorsprüngen, die periodisch an einer Oberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind; eine Quantentopf-Lichtab sorptionsschicht zum Bedecken der Mehrzahl von Vorsprüngen; und eine zweite Halbleiterschicht, die auf der Quantentopf-Licht absorptionsschicht gebildet ist und eine im wesentlichen glatte äußere Oberfläche aufweist.

Die Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht weist einen lichtabsor bierenden Bereich, der eine erste Dicke an jeder Grenze zwi schen zwei benachbarten Vorsprüngen besitzt und einen Licht nicht absorbierenden Bereich auf, der eine zweite Dicke an einer Spitze von jedem der Vorsprünge hat, die geringer ist als die erste Dicke.

Der lichtabsorbierende Bereich weist eine Bandlücke auf, die schmaler als eine Bandlücke der Aktivschicht ist, und der Licht nicht absorbierende Bereich weist eine Bandlücke auf, die weiter ist als die Bandlücke der Aktivschicht.

Die erste Halbleiterschicht weist eine Bandlücke auf, die schmaler ist als die Bandlücke der zweiten Halbleiterschicht.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist jeder der Vor sprünge gebogen oder bogenförmig, insbesondere gewölbt, und die Dicke der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht ändert sich periodisch und nichtlinear längs eines Hohlraums.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung besitzt die aktive Schicht Quantentopfstruktur.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat die aktive Schicht eine unter Spannung gesetzte Quantentopfstruktur.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein DFB-Laser eine Aktivschicht zur Erzeugung von Laserlicht auf; und ein gewinngekoppeltes Beugungsgitter.

Das Beugungsgitter weist eine Mehrzahl von regelmäßig angeord neten Vorsprüngen und Vertiefungen auf; und eine Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht weist eine Mehrzahl von Teilen oder Bereichen auf, die jeweils in den Vertiefung angeordnet sind. Die Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht hat eine Bandlücke, die schmaler als eine Bandlücke der Aktivschicht ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Vorsprünge und die Vertiefungen an einer Oberfläche einer InP-Schicht angeord net, und die Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht wird durch InAsP gebildet.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat jeder Teil der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht eine Größe längs des Hohl raums, die nicht größer als 20% von einer Periode des Beugungs gitters ist.

Unter noch einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Ver fahren zur Herstellung eines DFB-Lasers folgende Schritte auf:
Bildung eines gewinngekoppelten Beugungsgitters auf einem Halbleitersubstrat; und
Bildung einer Halbleiter-Mehrschichtstruktur, die eine Aktiv schicht zur Erzeugung von Laserlicht auf dem Beugungsgitter aufweist.

Der Schritt der Bildung des Beugungsgitters weist folgende Schritte auf:
Bildung einer Mehrzahl von bogenförmigen Vorsprüngen, die an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats durch Photolithogra phie und Ätzen regelmäßig angeordnet sind; und
Bedecken der Mehrzahl von bogenförmigen Vorsprüngen mit einer Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht, die einen lichtabsorbie renden Bereich, der eine erste Dicke hat an jeder Grenze zwi schen zwei benachbarten bogenförmigen Vorsprüngen und einen Licht nicht absorbierenden Bereich aufweist, der eine zweite Dicke hat, die ,geringer als die erste Dicke ist an einer Spitze von jedem der bogenförmigen Vorsprünge, wobei der lichtabsor bierende Bereich so ausgebildet ist, daß er eine Bandlücke aufweist, die schmaler als eine Bandlücke der Aktivschicht ist und wobei der Licht nicht absorbierende Bereich so ausgebildet ist, daß er eine Bandlücke aufweist, die weiter als die Band lücke der Aktivschicht ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Schritt der Bildung der Mehrzahl der bogenförmigen Vorsprünge die Schritte des Bildens von scharfkantigen Vorsprüngen und Vertiefungen, die an der Oberfläche des Halbleitersubstrats regelmäßig an geordnet sind, durch ein erstes Ätzen; und Runden der scharfen Kanten der Vorsprünge durch ein zweites Ätzen.

Unter noch einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung eines DFB-Lasers die folgenden Schritte auf:
Bilden eines gewinngekoppelten Beugungsgitters auf einem Halb leitersubstrat; und
Bilden einer Halbleiter-Mehrschichtstruktur, die eine Aktiv schicht zur Erzeugung von Laserlicht auf dem Beugungsgitter aufweist.

Der Schritt des Bildens des Beugungsgitters umfaßt die folgen den Schritte:
Abscheiden einer ersten Halbleiterschicht auf dem Halbleiter substrat;
Bilden einer Mehrzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen, die an einer Oberfläche der ersten Halbleiterschicht regelmäßig an geordnet sind, durch Photolithographie und Ätzen;
Bedecken der Mehrzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen mit einer Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht mit einem lichtabsor bierenden Bereich, der eine erste Dicke hat bei jeder der Vertiefungen zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen und einem Licht nicht absorbierenden Bereich, der eine zweite Dicke hat, die geringer als die erste Dicke ist an einer Spitze von jedem der Vorsprünge, wobei der lichtabsorbierende Bereich so ausge bildet ist, daß er eine Bandlücke aufweist, die schmaler als eine Bandlücke der Aktivschicht ist und wobei der Licht nicht absorbierende Bereich so ausgebildet ist, daß er eine Bandlücke aufweist, die weiter als die Bandlücke der Aktivschicht ist; und
Abscheiden einer zweiten Halbleiterschicht auf der Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht, um eine Bandlücke zu erhalten, die weiter als eine Bandlücke der ersten Halbleiterschicht ist.

Nach noch einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung eines DFB-Lasers folgende Schritte auf:
Bilden eines gewinngekoppelten Beugungsgitters auf einem Halb leitersubstrat; und
Bilden einer Halbleiter-Mehrschichtstruktur mit einer Aktiv schicht zum Erzeugen von Laserlicht auf dem Beugungsgitter.

Der Schritt des Bildens des Beugungsgitters umfaßt folgende Schritte:
Bilden einer Mehrzahl von periodisch angeordneten Vorsprüngen und Vertiefungen durch Photolithographie und Ätzen; und
Erwärmen der Vorsprünge und Vertiefungen mit einer Gasphasenat mosphäre, die AsH₃ aufweist, wodurch eine Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht, gebildet aus InAsP, gebildet wird, so daß eine Mehrzahl von Teilen der Quantentopf-Lichtabsorptio nsschicht jeweils in den Vertiefungen angeordnet ist.

Auf diese Weise schafft die Erfindung einen DFB-Laser, der hinsichtlich seiner Zuverlässigkeit verbessert, leichter in Massenproduktion herzustellen und dessen Produktionsausbeute hoch ist, und es wird ein Verfahren zur Herstellung solch eines DFB-Lasers gelehrt.

Weiter Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt eines herkömmlichen DFB-La sers mit einem gewinngekoppelten Beugungsgit ter;

Fig. 2 einen Querschnitt des herkömmlichen DFB-Lasers von Fig. 1 zur Veranschaulichung eines Herstel lungsschrittes dafür;

Fig. 3 einen Querschnitt des herkömmlichen DFB-Lasers von Fig. 1 zur Veranschaulichung eines anderen Herstellungsschritts dafür;

Fig. 4 einen Teil-Querschnitt eines anderen herkömm lichen DFB-Lasers mit einem gewinngekoppelten Beugungsgitter;

Fig. 5 einen Querschnitt eines DFB-Lasers nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6A ein Diagramm einer Wellenlänge an einem licht absorbierenden Ende in Lagerelation zu einer Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht des DFB- Lasers von Fig. 5;

Fig. 6B eine Darstellung der Verteilung des Absorp tionsverhältnisses α in Bezug zur Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht des DFB-Lasers nach Fig. 5;

Fig. 7A eine Querschnitts-Detailsicht eines gewinnge koppelten Beugungsgitters des in Fig. 5 darge stellten DFB-Lasers;

Fig. 7B eine Querschnitts-Detailsicht eines gewinnge koppelten Beugungsgitters eines anderen DFB- Lasers;

Fig. 8A und 8B Querschnitts-Teilsichten des in Fig. 7B darge stellten DFB-Lasers;

Fig. 8C eine Darstellung der Verteilung des Absorp tionsverhältnisses α des in Fig. 7B gezeigten DFB-Lasers;

Fig. 9A bis 9C Querschnitte des in Fig. 5 gezeigten DFB-Lasers zur Veranschaulichung der Herstellungsschritte dafür;

Fig. 10 einen Querschnitt eines DFB-Lasers nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 11A bis C Querschnitte des in Fig. 10 gezeigten DFB-La sers zur Darstellung der Herstellungsschritte dafür;

Fig. 12A und B Querschnitte eines DFB-Lasers nach einem drit ten Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Dar stellung von Herstellungsschritten dafür;

Fig. 13A bis C Querschnitte eines DFB-Lasers nach einer vier ten Ausführungsform der Erfindung zur Darstel lung von Herstellungsschritten dafür; und

Fig. 13D eine Darstellung der Verteilung des Absorp tionsverhältnisses α des DFB-Lasers nach den Fig. 13A bis 13C.

Beispiel 1

Anhand der Fig. 5 bis 9C wird nachfolgend ein DFB-Laser nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Fig. 5 ist eine Querschnittssicht eines DFB-Lasers 10 nach dem ersten Ausführungsbeispiel.

Der DFB-Laser 10 ist aus InP/InGaAsP-Materialien gefertigt, die für eine Lichtquelle für optische Kommunikation geeignet sind.

Wie in Fig. 5 dargestellt, weist der DFB-Laser 10 ein n-InP Substrat 1 (n = 1·10¹⁸ cm^-3) und eine Halbleiter-Mehrschicht struktur 7 auf, die auf dem n-InP Substrat 1 ausgebildet ist.

Ein gewinngekoppeltes Beugungsgitter ist zwischen dem n-InP Substrat 1 und der Halbleiter-Mehrschichtstruktur 7 angeordnet.

Die Halbleiter-Mehrschichtstruktur 7 weist eine n-InGaAsP optische Wellenleiterschicht 3 (n = 1·10¹⁸ cm^-3; Dicke: 100 nm) auf, die eine Bandlücken-Wellenlänge λg = 1,05 µm besitzt, eine nichtdotierte InGaAsP verspannte MQW (multiple quantum well) Aktivschicht 4, eine p-InP Überzugsschicht 5 (p = 1·10¹⁸ cm^-3) und eine p-InGaAs Kontaktschicht 6 (p = 5·10¹⁸ cm^-3; Dicke 0,5 µm). Die unter Spannung gesetzte MQW InGaAsP Aktivschicht 4 umfaßt zehn InGaAsP Sperrschichten (Dicke: 10 nm) mit λg = 1,05 µm und zehn InGaAsP Topf schichten (Dicke: 6 nm; Fluchtungs fehler-Verhältnis des Gitters: +0,7%) mit λg = 1,40 µm, die alternierend laminiert sind. Die Gewinnspitzenwellenlänge der vorgespannten InGaAsP MQW Aktivschicht ist 1,31 µm.

Auf einer Oberfläche des n-InP Substrats 1, die nicht das Beugungsgitter aufweist, ist eine Elektrode 11 vom n-Typ an geordnet. Auf der p-InGaAs Kontaktschicht 6 ist eine p-Typ Elektrode 12 angeordnet. Ein elektrischer Strom fließt zwischen den Elektroden 11 und 12.

Um eine einzelnen Lateralmode zu erhalten, ist die Aktivschicht 4 in Form eines Streifens mit einer Breite von beispielsweise 1,2 µm vorgesehen und erstreckt sich in einer Richtung einer Hohlraumlänge. Jeder Streifen der Aktivschicht 4 kommt zwischen zwei Stromblockierschichten (nicht dargestellt) zu liegen, die durch eine p-InP Schicht und eine n-InP Schicht gebildet wer den. Die Stromblockierschichten beschränken den Strom, der zwischen den Elektroden 11 und 12 fließt, wodurch der Strom effektiv in die streifenförmige Aktivschicht 4 eingeleitet wird.

Das gewinngekoppelte Beugungsgitter weist eine Mehrzahl von bogenförmigen, bevorzugt gewölbten, an einer äußeren Oberfläche des n-InP Substrats 1 periodisch ausgebildeten Vorsprüngen (eine Periode oder Teilung: 200,7 nm) und eine kontinuierliche Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 auf, die die bogenförmi gen Vorsprünge bedeckt. Jeweils zwei benachbarte bogenförmige Vorsprünge werden durch eine Vertiefung begrenzt, die einen scharfkantigen Boden hat. Das Niveau einer Spitze der bogen förmigen Vorsprünge und das Niveau des Bodens der Vertiefungen sind ungefähr 50 nm voneinander beabstandet.

Die Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 wird aus n-InGaAs (n = 1·10¹⁸ cm^-3) gefertigt und weist eine Bandlückenwellenlänge λg von 1,68 µm auf. Die Dicke der Quantentopf-Lichtabsorptions schicht 2 ändert sich periodisch und nichtlinear längs des Hohlraums und ist 30 nm im Maximum und mehrere Nanometer oder weniger im Minimum. Die dicksten Bereiche der Quantentopf-Li chtabsorptionsschicht 2 korrespondieren mit den Böden der Vertiefungen und die dünnsten Bereiche korrespondieren mit den Spitzen der bogenförmigen Vorsprünge.

Die Bandlücke der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 ändert sich wegen eines Quanteneffekts in Übereinstimmung mit der Dicke davon. Deshalb ändert sich die Bandlücke der Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht 2 ebenfalls periodisch und nichtlinear längs des Hohlraums. Bei dem DFB-Laser 10 dieses Ausführungs beispiels haben jeder der dicksten Bereiche eine Bandlücke, die so eingestellt ist, daß es den dicksten Bereichen möglich ist, Laserlicht zu absorbieren, und die dünnsten Bereiche haben jeder eine Bandlücke, die so eingestellt ist, daß die dünnsten Bereiche am Absorbieren von Laserlicht gehindert sind, d. h. kein Laserlicht absorbieren können. Auf diese Weise dienen die Vertiefungen zwischen den bogenförmigen Vorsprüngen als die lichtabsorbierenden Bereiche und die Spitzenbereiche der bogen förmigen Vorsprünge, die dünner als die lichtabsorbierenden Bereiche sind, dienen als die Licht nicht absorbierenden Berei che. Daher funktioniert das gewinngekoppelte optische Gitter.

Das Diagramm von Fig. 6A zeigt die Wellenlänge λa an der licht absorbierenden Kante (nämlich die Wellenlänge, bei der das Lichtabsorptionsverhältnis 0 ist) der Quantentopf-Lichtabsorp tionsschicht 6, deren Dicke sich periodisch regelmäßig ändert. Das Schaubild von Fig. 6B zeigt die Verteilung des Lichtab sorptionsverhältnisses α der Quantentopf-Lichtabsorptions schicht 2 in Lagerelation dazu. Die Quantentopf-Lichtabsorp tionsschicht 2 hat eine zweidimensionale Quantentopfstruktur, und deren Bandlücke ändert sich in Übereinstimmung mit ihrer Dicke drastisch. Daher ändert sich die Wellenlänge λa an der lichtabsorbierenden Kante der Quantentopf-Lichtabsorptions schicht 2 ebenfalls periodisch.

Wie in Fig. 6A dargestellt, beträgt die Wellenlänge λa der lichtabsorbierenden Schicht der dicksten Bereiche der Quanten topf-Lichtabsorptionsschicht 2 1,4 µm, während die der dünnsten Bereiche 1,05 µm beträgt. Solch eine große Differenz in der Wellenlänge an der Lichtabsorptionskante wird erreicht durch diese Art der Nutzung der Quantentopfeffekte. Im Falle, daß die Oszillationswellenlänge des DFB-Lasers 10 1,31 µm beträgt, wird das Laserlicht nur durch einen Bereich der Quantentopf-Licht absorptionsschicht 2 absorbiert, der die Wellenlänge λa von 1,31 µm oder mehr aufweist. Solch ein Bereich dient als ein lichtabsorbierender Bereich, und der Rest ist transparent für das Laserlicht und dient daher als ein nichtabsorbierender Bereich für Licht. Da das Lichtabsorptionsverhältnis der Quan tentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 sich periodisch längs des Hohlraums ändert, ändert sich auch die Verstärkung für das Laserlicht periodisch. Somit wird Laserlicht mit einer spe ziellen Wellenlänge erhalten, die zu der Periode des Beugungs gitters korrespondiert, wodurch die Einzellongitudinalmode- Oszillation erzielt wird.

Das Lichtabsorptionsverhältnis ist bevorzugterweise verteilt als eine Deltafunktion durch die rasche Änderung der Bandlücke der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2, wie dies in Fig. 6B dargestellt ist. In der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 des DFB-Lasers 10 nach diesem Ausführungsbeispiel wird das gewinngekoppelte Beugungsgitter mit einem Teilungsverhältnis von etwa 0,2 oder weniger bei einer hohen Ausbeute erhalten. Solch ein Beugungsgitter hat einen niedrigen Verlust und einen hohen Gewinnkopplungskoeffizienten.

Obwohl die Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 in diesem Ausführungsbeispiel aus n-InGaAs gefertigt ist, können auch p- InGaAs oder InGaAsP verwendet werden. Die optische Wellenlei terschicht 3 kann durch eine n-InP Überzugsschicht ersetzt werden.

In den Fig. 7A und 7B ist die Beziehung zwischen der Gestalt der Oberfläche, auf der eine Quantentopf-Lichtabsorptionssch icht 2′ gebildet ist, und dem Teilungsverhältnis gezeigt. Das Teilungsverhältnis ist, wie vorstehend erwähnt, das Verhältnis der Größe des lichtabsorbierenden Bereichs längs des Hohlraums zur Länge oder zu einer Periode des Beugungsgitters (200,7 nm).

Das Diagramm nach Fig. 7A zeigt die Verteilung des Lichtabsorp tionsverhältnisses α der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 des DFB-Lasers 10 nach Fig. 5 in Lagerelation zu dem Quer schnitt davon. Das Diagramm nach Fig. 7B zeigt die Verteilung des Lichtabsorptionsverhältnisses α einer Quantentopf-Licht absorptionsschicht 2′ eines anderen DFB-Lasers in Lagerelation zu dem Querschnitt davon. Wie in Fig. 7A dargestellt, sind die Vorsprünge, die an der Oberfläche des Substrats 1 des DFB- Lasers 10 gebildet sind, bogenförmig. Solch eine Gestalt der Vorsprünge hat die folgenden Vorteile gegenüber den sägezahn förmigen Vorsprüngen, wie sie in Fig. 7B gezeigt sind.

Die beiden Formen der Vorsprünge werden verglichen unter der Annahme, daß die Quantentopf-Lichtabsorptionsschichten 2 und 2′ eine Dicke von beispielsweise 30 nm bei den dicksten Bereichen in beiden Strukturen haben.

In der Struktur von Fig. 7B liegt ein Bereich Tc, der eine Schwellwertdicke zum Trennen des lichtabsorbierenden Bereichs von dem nicht absorbierenden Bereich hat, relativ weit von der tiefsten Stelle der Vertiefung entfernt. Dies ist gleichbedeu tend damit, daß das Teilungsverhältnis (W1/Periodenlänge) vergleichsweise groß ist. Ein hohes Teilungsverhältnis ver größert insgesamt das Lichtabsorptionsverhältnis für das Laser licht, wodurch die Quanteneffizienz reduziert und der Strom am Oszillationsschwellwert vergrößert werden. Ferner ändert sich im Falle nach Fig. 7B die Dicke der Quantentopf-Lichtabsor ptionsschicht 2′ linear und langsam längs des Hohlraums. Dies ist ein Indiz dafür, daß das Lichtabsorptionsverhältnis α sich langsam ändert.

In der Struktur von Fig. 7A liegt der Bereich Tc verhältnis mäßig nahe bei dem Boden der Vertiefung. Daher wird ein kleines Teilungsverhältnis (W2/Periodenlänge: beispielsweise 0,2 oder weniger) erzielt, ohne daß ein mikroskopisches Muster für das Beugungsgitter durch Ätzen gebildet werden muß. Ferner ändert sich die Dicke der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 nicht linear und rasch längs des Hohlraums. Dies ist ein Indiz dafür, daß das Lichtabsorptionsverhältnis α sich schnell ändert.

Bei der Herstellung der in Fig. 7B dargestellten Struktur treten die folgenden Probleme auf, falls sich die Verfahrens parameter ändern:

Fig. 8A zeigt eine Querschnittsansicht eines Substrats 1′, in dem die an der Oberfläche davon geformten Vorsprünge ungleiche Höhen haben infolge einer Änderung der Verfahrensparameter. Fig. 8B zeigt eine Querschnittsansicht des in Fig. 8A darge stellten Substrats 1′ und eine auf dem Substrat 1′ gebildete Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2′. Wie in Fig. 8B zu erkennen ist, ändert sich die Dicke der Quantentopf-Lichtab sorptionsschicht 2′ unregelmäßig und langsam. Die Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht 2′ ist zu dünn, um das Laserlicht im Bereich A zu absorbieren; sie ist jedoch ausreichend dick, um das Laserlicht im Bereich B zu absorbieren. Im Schaubild nach Fig. 8C ist die Verteilung des Lichtabsorptionsverhältnisses alpha der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2′ in Positions relation dazu dargestellt. Da die Dicke der Quantentopf-Licht absorptionsschicht 2′ sich vergleichsweise langsam längs des Hohlraums ändert, ist es in der Struktur von Fig. 8B schwierig, die Dicke für das Absorbieren von Laserlicht zu dünn zu machen. Daher kann das Beugungsgitter leicht defekt werden, was von der Form der Vorsprünge des Substrats 1′ abhängt.

Im Falle der Struktur nach Fig. 7A ändert sich die Dicke der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 vergleichsweise schnell. Daher kann, selbst wenn sich die Form der Vorsprünge an der Oberfläche des Substrats 1 bis zu einem gewissen Grad ändert, das Lichtabsorptionsverhältnis alpha nicht wie in Fig. 8C dargestellt verteilt sein. Somit weist die Struktur nach Fig. 7A zahlreiche Vorteile gegenüber der Struktur nach Fig. 7B auf.

Wie vorstehend erwähnt, kann die Quantentopf-Lichtabsorptio nsschicht 2 durch InGaAsP gebildet werden. Die gleichen Effekte können durch Einstellen der Zusammensetzung und der Dicke erzielt werden. Die optische Wellenleiterschicht 3 kann auf der Aktivschicht 4 (die optische Wellenleiterschicht 3 ist vom p- Typ) ausgebildet sein. In diesem Fall kommt die Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht 2 zwischen der optischen Wellenleiter schicht 3 und der p-InP Überzugsschicht 5 zu liegen. Der Leit fähigkeitstyp von jeder der Schichten, einschließlich des Substrats 1, kann das genaue Gegenteil zu dem vorstehend be schriebenen Leitfähigkeitstyp sein.

In diesem Ausführungsbeispiel kann der Grad der Brechungsindex kopplung auf einfache Weise gesteuert werden durch Verändern der Zusammensetzung und der Dicke der n-InGaAsP optischen Wellenleiterschicht 3. Wie dies von Kudo et al. in 13th IEEE International Semiconductor Laser Conference Digest, 1992, auf Seite 16, beschrieben ist, kann ein effektiver Linienbreite- Verbreiterungsfaktor weitgehend reduziert werden durch Optimie rung des Grads der Brechungsindexkopplung. Daraus resultierend können die Spektraleigenschaften beachtlich verbessert werden.

Unter Verweis auf die Fig. 9A bis 9C wird ein Verfahren zur Herstellung des DFB-Lasers 10 beschrieben.

Zuerst wird auf dem n-InP Substrat 1 eine Widerstandsschicht (nicht dargestellt) in einem Beugungsmuster mit einer Peri odenlänge von 200,7 nm durch holographische Bestrahlung gebil det, und dann wird die äußerste Oberfläche des n-InP Substrats 1 geätzt durch eine verdünnte Lösung von Bromwasser mittels Überätzen (erste Ätzung oder Trockenätzung). Nachdem die Wider standsschicht entfernt ist, existieren an der Oberfläche des n- InP Substrats 1 sägezahnförmige Vorsprünge, wie in Fig. 9A gezeigt, und bogenförmige Vorsprünge, wie in Fig. 9B gezeigt.

Als nächstes wird das n-InP Substrat 1 in eine Gemischlösung von H₂SO₄, H₂O₂ und H₂O (Mischungsverhältnis von 5 : 1 : 1) für drei Minuten eingetaucht (zweite Ätzung oder Naßätzung). Als ein Ergebnis der zweiten Ätzung sind alle sägezahnförmigen Vor sprünge gerundet, wie dies in Fig. 9B zu erkennen ist. Somit ist eine Mehrzahl von bogenförmigen Vorsprüngen in großer Formgleichheit längs des Hohlraums angeordnet.

Als nächstes werden auf dem n-InP Substrat 1 durch MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) gezogen:
die Si-dotierte n-InGaAs Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 (n = 1_*10¹⁸ cm^-3) mit der Bandlückenwellenlänge λg = 1,68 µm,
die Si-dotierte n-InGaAsP optische Wellenleitungsschicht 3 (n = 1_*10¹⁸ cm^-3; Dicke: 100 nm) mit der Bandlückenwellenlänge λg = 1,05 µm,
die nichtdotierte InGaAsP unter Spannung gesetzte MQW Aktiv schicht 4,
die p-InP Überzugsschicht 5 (p = 1_*10¹⁸ cm^-3) und
die p-InGaAs Kontaktschicht 6 (p = 5_*10¹⁸ cm^-3; Dicke: 0,5 µm). Die InGaAsP gespannte MQW Aktivschicht 4 wird gebildet durch alternierendes Laminieren von zehn InGaAsP Grenzschichten (Dicke: 10 nm) mit λg = 1,05 µm und zehn InGaAsP Topfschichten (Dicke: 6 nm; Fluchtungsfehler-Verhältnis des Gitters: +0,7%) mit λg = 1,40 µm.

Danach wird die Elektrode 11 vom n-Typ auf der Oberfläche des n-InPSubstrats 1, die nicht die Quantentopf-Lichtabsorptio nsschicht 2 aufweist, gebildet, und die Elektrode 12 vom p-Typ wird auf der p-InGaAs Kontaktschicht 6 gebildet. Auf diese Weise wird der DFB-Laser mit einer Hohlraumstruktur produziert, der in Fig. 9C dargestellt ist. Vor der Bildung der Elektroden 11 und 12 können andere Verfahrensschritte, wie Mesa-Ätzen oder Bildung einer Strombegrenzungsstruktur, durchgeführt werden.

In dem vorstehend beschriebenen Verfahren wird das Ätzen in zwei Schritten durchgeführt: dem ersten oder Trockenätzen und dem zweiten oder Naßätzen. Wegen der bogenförmigen Vorsprünge, die im wesentlichen vollständig durch das zweite Ätzen geformt werden, werden die lichtabsorbierenden Bereiche der Quanten topf-Lichtabsorptionsschicht 2, die ein hohes Lichtabsorptions verhältnis haben, selektiv bei den Vertiefungen gebildet. Selbst wenn die nächste Umgebung an der Oberfläche des Sub strats 1 durch das erste (Trocken-) Ätzen beschädigt worden ist, kann der beschädigte Bereich durch das zweite (Naß-) Ätzen entfernt werden. Daher kann ein hochzuverlässiger DFB-Laser produziert werden.

Ferner wird das Absorptionsbeugungsgitter durch Ätzen der Oberfläche des Substrats 1 gebildet. Solch ein Schritt schützt die Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 und die optische Wellenleiterschicht 3 vor Deformation und Verschwinden wegen Ätzens und reduziert deshalb eine Streuung des Gewinnkopplungs koeffizienten und des Brechungsindexkopplungskoeffizienten.

Beispiel 2

Mit Bezug auf die Fig. 10 und 11A bis 11C wird in einem zweiten Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ein DFB-Laser 20 beschrieben. Die Fig. 10 ist eine Querschnittsansicht eines DFB-Lasers 20 gemäß dem zweiten Beispiel. Mit denjenigen im ersten Beispiel identische Teile tragen identische Bezugszei chen.

Der DFB-Laser 20 umfaßt eine optische n-InGaAsP Wellenleiter schicht 21 (z. B. λg = 1,10 Mm; Dicke: 40 nm) zwischen dem n-InP Substrat 1 und der n-InGaAs Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2, und das Beugungsgitter ist an der äußeren Oberfläche der optischen n-InGaAsP Wellenleiterschicht 21 ausgebildet. Obwohl das Beugungsgitter nach Fig. 10 bogenförmige Vorsprünge auf weist, kann das Beugungsgitter sägezahnförmige Vorsprünge aufweisen. Der DFB-Laser 20 hat mit Ausnahme der oben genannten Punkte dieselbe Struktur wie der DFB-Laser 10.

Die optische Wellenleiterschicht 21 hat eine engere Bandlücke als diejenige der optischen Wellenleiterschicht 3 und hat so einen höheren Brechungsindex als die optische Wellenleiter schicht 3. Wie in Fig. 10 dargestellt ist, ändert sich die Dicke der optischen Wellenleiterschicht 21 periodisch entlang des Hohlraums. Die Periode einer solchen Änderung entspricht der Periode der Änderung der Dicke der Quantentopf-Lichtab sorptionsschicht 2 entlang des Hohlraums, aber ist um 180° phasenverschoben.

Die periodische Änderung des effektiven Brechungsindex bezüglich des Laserlichtes kann durch das Einstellen der Dicke und der Zusammensetzung der beiden optischen Wellenleiter schichten 21 und 3 kompensiert werden. Durch Kompensieren solch einer periodischen Änderung kann die Brechungsindexkopplung außer Acht gelassen werden, und so wird eine reinere Gewinn kopplung erhalten. Wenn die Brechungsindexkopplung nicht außer Acht gelassen werden kann, tritt möglicherweise das Problem eines brechungsindexgekoppelten Lasers auf, nämlich die un erwünschte Phasenschwankung aufgrund des axialen Hohlbrennens. Beim DFB-Laser 20 dieses Beispiels ist eine Halbleiterschicht zum Kompensieren der periodischen Änderung des Brechungsindex auf dem Substrat 1 vorgesehen. Eine solche Struktur schränkt die Kopplung des Brechungsindex weitgehend ein und verhindert so die Phaseninstabilität der Oszillationsmode beachtlich, die durch die Streuung der Phasenschwankung an der Endoberfläche verursacht wird, und das axiale Hohlbrennen. Als Konsequenz hiervon wird die Einzelmodenoszillation mit hoher Ausbeute bei hoher Ausgangsleistung erreicht, und darüberhinaus ist die Chirp-Modulation gering.

Das Beugungsgitter ist nicht direkt an der Oberfläche des n-InP Substrats 1 ausgebildet, sondern an der Oberfläche der opti schen n-InGaAsP Wellenleiterschicht 21, die widerstandsfähiger gegen Wärme ist als das Substrat 1. Demgemäß kann das Beugungs gitter während des Erwärmens, welches während des Prozesses des Anwachsens der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 durch geführt wird, vor einer Deformation geschützt werden, und so wird die Streuung bzw. Verschmierung in der Form des Beugungs gitters eingeschränkt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 11A bis 11C wird ein Verfahren zur Herstellung des DFB-Lasers 20 beschrieben.

Zunächst wird auf dem n-InP Substrat 1 die Si-dotierte n-In- GaAsP optische Wellenleiterschicht 21 (n = 1_*10¹⁸ cm^-3; Dicke: 40 nm) mit λg = 1,10 µm durch MOVPE ausgebildet. Als nächstes wird in einem Beugungsmuster mit einer Teilung von 200,7 nm eine Widerstandsschicht (nicht gezeigt) durch holographische Be strahlung ausgebildet, und dann wird die obere Oberfläche der optischen n-InGaAsP Wellenleiterschicht 21 durch eine verdünnte Lösung von Bromwasser mittels Überätzen (erstes Ätzen oder Trockenätzen) geätzt. Wenn die Widerstandsschicht entfernt worden ist, existieren sägezahnförmige Vorsprünge, die in Fig. 11A gezeigt sind, und bogenförmige Vorsprünge, die in Fig. 11B gezeigt sind, an der Oberfläche der optischen n-InGaAsP Wellen leiterschicht 21.

Als nächstes wird die optische n-InGaAsP Wellenleiterschicht 21 in einer Mischlösung von H₂SO₄, H₂O₂ und H₂O (Mischungsverhältnis von 1 : 1 : 50) für drei Minuten eingetaucht (zweite Ätzung oder Naßätzung). Als Resultat des zweiten Ätzens sind alle sägezahnförmigen Vorsprünge, wie in Fig. 11B gezeigt, bogenför mig. Daraus resultierend ist eine Mehrzahl von bogenförmigen Vorsprüngen entlang des Hohlraums mit großer Gleichförmigkeit angeordnet.

Als nächstes wird die Tiefe des Beugungsgitters durch Ellipso metrie, einer Beugungsgitter-Meßmethode, oder dergleichen gemessen. Danach werden auf der optischen Wellenleiterschicht 21 die Si-dotierte n-InGaAs Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 (n = 1_*10¹⁸ cm^-3) mit einer Bandlückenwellenlänge λg = 1,68 µm, die Si-dotierte n-InGaAsP optische Wellenleiterschicht 3 (n = 1_*10¹⁸ cm^-3; Dicke: 100 nm) mit einer Bandlückenwellenlänge λg = 0,92 bis 1,1 µm, die undotierte gespannte MQW Aktivschicht 4, die p-InP Überzugsschicht 5 (p = 1_*10¹⁸ cm^-3) und die p-InGaAs Kontaktschicht 6 (p = 5_*10¹⁸ cm^-3; Dicke: 0,5 µm) durch MOVPE gezogen. Die Zusammensetzung der optischen Wellenleiterschicht 3 ist durch die Tiefe des Beugungsgitters bestimmt. Die unter Spannung gesetzte InGaAsP MQW Aktivschicht 4 wird durch ab wechselndes Laminieren von 10 InGaAsP Sperrschichten (Dicke: 10 nm) mit derselben Zusammensetzung wie diejenige der optischen Wellenleiterschicht 3 und 10 InGaAsP Topfschichten (Dicke: 6 nm; Fluchtungsfehler-Verhältnis des Gitters: +0,7%) mit λg= 1,40 µm ausgebildet.

Danach wird auf einer Oberfläche des n-InP Substrats 1, die die optische Wellenleitschicht 21 nicht aufweist, die Elektrode 11 vom n-Typ ausgebildet, und die p-Typ Elektrode 12 wird auf der p-InGaAs Kontaktschicht 6 ausgebildet. Auf diese Weise wird der DFB-Laser 20 mit Hohlraumstruktur, wie in Fig. 11C dargestellt, hergestellt. Vor der Ausbildung der Elektroden 11 und 12 können andere Verfahren, wie z. B. Mesa-Ätzen oder Ausbildung einer Strombegrenzungsstruktur, durchgeführt werden, falls dies notwendig ist.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren werden die Vorsprünge bei hoher Formeinheitlichkeit im Wafer ausgebildet. Zusätzlich kann die Zusammensetzung der optischen Wellenleiterschicht 3 nach dem Überprüfen der Form der Vorsprünge an der Oberfläche der optischen Wellenleiterschicht 21 eingestellt werden. Ein sol cher Schritt erlaubt die Kompensation der periodischen Änderung des Brechungsindex mit höherer Präzision. Die Einstellung des Brechungsindex kann auf der Dicke der optischen Wellenleiter schicht 21 basierend, anstatt auf deren Zusammensetzung, durchgeführt werden.

Beispiel 3

Bezugnehmend auf die Fig. 12A und 12B wird ein DFB-Laser 30 in einem dritten Beispiel nach der Erfindung zusammen mit einem Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben. Fig. 12A ist eine Querschnittsansicht des Substrats 1 eines DFB-Lasers 30 gemäß dem zweiten Beispiel, und die Fig. 12B ist eine Querschnitts ansicht des DFB-Lasers 30. Mit denjenigen im ersten Beispiel identische Elemente haben die gleichen Bezugszeichen.

Zur Herstellung des DFB-Lasers 30 wird zuerst eine obere Ober fläche des n-InP Substrats 1 in die Form, wie in Fig. 12A gezeigt, in der Weise geätzt, wie sie in dem ersten und dem zweiten Beispiel beschrieben ist. Dann wird das Substrat in einen MOVPE Apparat hineingebracht und bei einer Temperatur von 600°C ungefähr 10 Minuten in einem Gasgemisch (Druck: 60 Torr) von PH₃ (200 sccm) und AsH₃ (100 sccm) erhitzt, wobei das Gasge misch durch Wasserstoff auf 10% verdünnt ist.

Als Folge der Erhitzung wird eine InAsP Quantentopf-Lichtab sorptionsschicht 22 selektiv nur in jeder der Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen gezogen. Ein solches Ziehen erfolgt auf die folgende Weise: Während der Erhitzung wird Phosphor (P) von den Vorsprüngen isoliert, wodurch Indium (In) zurückbleibt. Dann werden die Indiumatome über die Oberfläche des Substrats 1 diffundiert, um die Vertiefungen zu erreichen und sie werden mit Arsenid (A) Atomen und Phosphoratomen aus der Gasphase verbunden.

Als nächstes werden noch im MOVPE Apparat eine n-InP Überzugsschicht 3 (n= 1_*10^-18 cm^-3; Dicke 100 nm), die undotierte unter Spannung gesetzte InGaAsP MQW Aktivschicht 4, die p-InP Überzugsschicht 5 (p = 1_*10^-18 cm^-3) und die p-InGaAs Kontakt schicht 6 (p = 5_*10^-18 cm^-3; Dicke: 0,5 µm) gezogen. Die gespannte MQW InGaAsP Aktivschicht 4 wird durch abwechselnde Laminierung von zehn InGaAsP Sperrschichten (Dicke: 10 nm) und zehn InGaAsP Topfschichten (Dicke: 6 nm; Fluchtungsfehlerverhältnis des Gitters: +0,7%) ausgebildet.

Danach wird die Elektrode 11 vom n-Typ auf einer Oberfläche des n-InP Substrats 1 ausgebildet, welche die InAsP Quantentopf-Li chtabsorptionsschicht 22 nicht aufweist, und die Elektrode 12 vom p-Typ wird auf der p-InGaAs Kontaktschicht 6 ausgebildet. Auf diese Weise wird ein DFB-Laser 30 mit einer Hohlraumstruk tur, wie sie in Fig. 12B gezeigt ist, hergestellt.

Die Bandlücke der InAsP Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 22 wird mittels des Strömungsverhältnisses des PH₃ Gases und des AsH₃ Gases eingestellt. Wenn sich das Strömungsverhältnis än dert, ändert sich das As Verhältnis bezüglich der InAsP Quan tentopf-Lichtabsorptionsschicht 22. Wenn solch ein As Verhält nis zu niedrig ist, wird die Lichtabsorptionsfunktion der Schicht 22 verschlechtert. Demgemäß enthält die InAsP Quanten topf-Lichtabsorptionsschicht 22 vorzugsweise As zu einer rela tiv hohen Molfraktion. Zum Beispiel hat die InAsP Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht 22 in dem Fall, daß das Strömungsver hältnis von PH₃ : AsH₃ = 10 : 1 ist, eine Bandlücke, die so einge stellt ist, daß die Schicht 22 Laserlicht mit einer Wellenlänge von 1,3 µm stark absorbiert.

Ein ernstliches Problem beim Ätzverfahren zur Ausbildung der Vorsprünge und Vertiefungen ist die Streuung oder Schwankung in der Form der Vorsprünge. Es gibt keine wesentliche Schwankung in der Form der Vertiefungen. Da die InAsP Quantentopf-Licht absorptionsschicht 22 nur in den Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen gezogen wird, werden bei dem Verfahren dieses Beispiels die Eigenschaften des gewinngekoppelten Beugungs gitters nicht durch Schwankungen der Form der Vorsprünge beein flußt.

Darüberhinaus kann die Größe des Absorptionsbereichs der InAsP Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 22 entlang des Hohlraums 10 nm oder weniger sein. Obwohl es extrem schwierig ist, die Lichtabsorptionsschicht mit einer Größe von 20 nm oder weniger entlang des Hohlraums durch gewöhnliche Photolitographie aus zu bilden, erlaubt das Verfahren dieses Beispiels die einheitliche Ausbildung von solchen mikroskopischen Lichtabsorptionsberei chen.

Somit kann ein gewinngekoppeltes Beugungsgitter mit einem einheitlichen und geringen Teilungserhältnis und einem hohen Lichtabsorptionsverhältnis ausgebildet werden.

Die Vorsprünge an der Oberfläche des Substrats 1 können, wie in Fig. 9A gezeigt, sägezahnförmig sein. Die n-InP Überzugsschicht 3 kann aus n-InGaAsP gebildet sein, wobei in diesem Fall die Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 22 aus einem Material, einschließlich Gallium, gebildet ist oder das Gallium (Ga) enthält.

Das Verfahren zum Ziehen der Quantentopf-Lichtabsorptionssch icht 22 dieses Beispiels ist für die Ausbildung eines Beugungs gitters an der Oberfläche der aktiven Schicht verwendbar.

Beim ersten bis dritten Beispiel nutzt der DFB-Laser InGaAsP/ InP Materialien, um Laserlicht mit einer Oszillationswel lenlänge von 1,3 µm zu erhalten.

Die Erfindung ist auch auf einen DFB-Laser anwendbar, der aus AIGaAs/GaAs oder anderen Materialien gebildet ist, um Laser licht in anderen Bereichen von Oszillationswellenlängen zu erhalten.

Beispiel 4

Anhand der Fig. 13A bis 13C wird ein Verfahren zum Herstellen eines DFB-Lasers nach einem vierten Beispiel der Erfindung beschrieben. Dieser DFB-Laser hat eine andere Form des Beu gungsgitters als der DFB-Laser 10 der Fig. 5. Das Teilungsver hältnis dieses DFB-Lasers ist höher als dasjenige des DFB- Lasers 10.

Auf dem n-InP Substrat 1 wird eine Widerstandsschicht (nicht gezeigt) in einem Beugungsmuster mit einer Teilung von 200,7 nm ausgebildet, und dann wird eine obere Oberfläche des n-InP Substrats 1 mit einer verdünnten Lösung aus Bromwasser geätzt mit Überätzen. Wenn die Widerstandsschicht entfernt worden ist, existieren sowohl bogenförmige Vorsprünge, gezeigt in Fig. 13A, als auch sägezahnförmige Vorsprünge (nicht gezeigt) an der Oberfläche des n-InP Substrats 1. Danach wird die Tiefe der Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen durch Ellipsometrie, eine Methode zur Messung der Beugungsvermögens, oder dergleichen gemessen.

Als nächstes wird, wie in Fig. 13B gezeigt, eine n-InP Schicht 24 mit einer Dicke von einigen zehn Nanometern auf den Vor sprüngen gezogen. Die Dicke der n-InP Schicht 24 wird basierend auf der Tiefe der oben gemessenen Vertiefungen bestimmt. Wo die Vertiefung relativ tief ist, wird die InP-Schicht 24 so ausge formt, daß sie relativ dick ist. Auf diese Weise wird die Streuung in der Form der Vorsprünge und der Vertiefungen kom pensiert. Da die n-InP Schicht 24 eine Sägezahnform hat, wie sie in Fig. 9A gezeigt ist, um die bogenförmigen Vorsprünge, die in Fig. 13A gezeigt sind, abzudecken, kann das Beugungs gitter sogar dann in der Form vergleichmäßigt werden, wenn die Form wegen des Ätzens schwankt.

Als nächstes wird, wie in Fig. 13C gezeigt ist, die InGaAs Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 auf der n-InP Schicht 24 gezogen. Die InGaAs Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht 2 hat eine Dicke von 30 nm bei den Vertiefungen und ist an der Spitze der Vorsprünge unterbrochen. In Fig. 13D ist die Verteilung des Lichtabsorptionsverhältnisses des Beugungsgitters in Lagerela tion dazu dargestellt. Wegen der gleichmäßigen Form des Beu gungsgitters in dem gesamten Hohlraum ist das Lichtabsorptions verhältnis gleichmäßig verteilt.

Wie bisher beschrieben, werden die Charakteristika eines gew inngekoppelten Beugungsgitters bei einem DFB-Laser gemäß der Erfindung sogar dann stabil aufrechterhalten, wenn die Verfah rensparameter instabil schwanken. Demgemäß wird eine stabile Laseroszillation nicht durch die Streuung der Phasenschwankung an der Endoberfläche des Hohlraums, axiales Hohlbrennen, zu rückgeworfenes Laserlicht oder dergleichen gestört, und somit kann Laserlicht, das stabil oszilliert in einer einzelnen longitudinalen Mode, erzeugt werden.

Mit einem Verfahren zur Herstellung eines DFB-Lasers gemäß der Erfindung kann mit hoher Ausbeute ein DFB-Laser hergestellt werden, der wegen der gleichmäßigen Charakeristika des gewinn gekoppelten Beugungsgitters stabil in einer einzelnen longitu dinalen Mode oszilliert.

Claims

1. DFB-Halbleiteriaser mit

- einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps;
- einer Halbleiter-Mehrschichtstruktur (7), die auf dem Halbleitersubstrat (1) gebildet ist und eine Aktivschicht (4) zum Erzeugen von Laserlicht aufweist; und
- einem gewinngekoppelten Beugungsgitter, das zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der Halbleiter-Mehrschichtstruktur (7) ausgebildet ist, wobei
- das Beugungsgitter eine Mehrzahl von bogenförmigen Vorsprüngen, die an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) periodisch angeordnet sind, und eine Quan tentopf-Lichtabsorptionsschicht (2) zum Bedecken der Mehrzahl von bogenförmi gen Vorsprüngen aufweist,
- die Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht (2) einen lichtabsorbierenden Bereich aufweist, der eine erste Dicke hat an jeder Grenze zwischen zwei benachbarten bogenförmigen Vorsprüngen und einen Licht nicht absorbierenden Bereich auf weist, der eine zweite Dicke an einer Spitze von jedem der bogenförmigen Vor sprünge hat, die geringer ist als die erste Dicke,
- der lichtabsorbierende Bereich eine Bandlücke aufweist, die schmaler ist als eine Bandlücke der Aktivschicht (4), und der Licht nicht absorbierende Bereich eine Bandlücke aufweist, die weiter ist als die Bandlücke der Aktivschicht (4).

2. DFB-Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dicke der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht (2) periodisch und nichtlinear entlang eines Hohlraums ändert.

3. DFB-Halbleiterlaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter- Mehrschichtstruktur (7) eine optische Wellenleiterschicht (3) des ersten Leitfähig keitstyps, die zwischen der Aktivschicht (4) und dem Beugungsgitter angeordnet ist und eine Überzugsschicht (5) eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, die weiter von dem Halbleitersubstrat (1) entfernt angeordnet ist als die Aktivschicht (4).

4. DFB-Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Aktivschicht (4) eine Quantentopfstruktur aufweist.

5. DFB-Halbleiteriaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Aktivschicht (4) eine unter Spannung gesetzte Quantentopfstruktur aufweist.

6. DFB-Halbleiterlaser mit

- einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps;
- einer Halbleiter-Mehrschichtstruktur (7), die auf dem Halbleitersubstrat (1) ausge bildet ist und eine Aktivschicht zum Erzeugen von Laserlicht aufweist; und
- einem gewinngekoppelten Beugungsgitter, das zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der Halbleiter-Mehrschichtstruktur (7) ausgebildet ist, wobei das Beugungsgitter aufweist:
- eine erste Halbleiterschicht, die auf dem Halbleitersubstrat (1) gebildet ist;
- eine Mehrzahl von Vorsprüngen, die periodisch an einer Oberfläche der ersten Halbleiterschicht ausgebildet sind;
- eine Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht (2) zum Bedecken der Mehrzahl von Vorsprüngen; und
- eine zweite Halbleiterschicht, die auf der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht (2) gebildet ist und eine im wesentlichen glatte äußere Oberfläche aufweist, wobei
- die Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht (2) einen lichtabsorbierenden Bereich aufweist, der eine erste Dicke an jeder Grenze zwischen zwei benachbarten Vor sprüngen besitzt und einen Licht nicht absorbierenden Bereich aufweist, der eine zweite Dicke an einer Spitze von jedem der Vorsprünge hat, die geringer ist als die erste Dicke,
- der lichtabsorbierende Bereich weist eine Bandlücke auf, die schmaler als eine Bandlücke der Aktivschicht (4) ist, und der Licht nicht absorbierende Bereich weist eine Bandlücke auf, die weiter ist als die Bandlücke der Aktivschicht (4) und
- die erste Halbleiterschicht weist eine Bandlücke auf, die schmaler ist als eine Bandlücke der zweiten Halbleiterschicht.

7. DFB-Halbleiterlaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Vor sprünge gerundet, insbesondere bogenförmig, ist und die Dicke der Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht (2) sich periodisch und nichtlinear längs eines Hohlraums ändert.

8. DFB-Halbleiterlaser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivschicht (4) eine Quantentopfstruktur besitzt.

9. DFB-Halbleiterlaser nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivschicht (4) eine unter Spannung gesetzte Quantentopfstruktur besitzt.

10. DFB-Halbleiterlaser mit

- einer Aktivschicht (4) zur Erzeugung von Laserlicht; und
- einem verstärkungsgekoppelten Beugungsgitter, wobei das Beugungsgitter aufweist:
- eine Mehrzahl von periodisch angeordneten Vorsprüngen und Vertiefungen; und
- eine Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht (2) mit einer Mehrzahl von Bereichen, die jeweils in den Vertiefungen ausgebildet sind.

11. DFB-Halbleiterlaser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge und Vertiefungen an einer Oberfläche einer InP-Schicht angeordnet sind und die Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht (2) aus InAsP gebildet ist.

12. DFB-Halbleiterlaser nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Teil der Quantentopf-Lichtabsorptionsschicht (2) eine Größe längs des Hohlraums aufweist, die nicht größer als 20% von einer Periode des Beugungsgitters ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines DFB-Lasers mit folgenden Schritten:

- Bildung eines gewinngekoppelten Beugungsgitters auf einem Halbleitersubstrat (1); und
- Bildung einer Halbleiter-Mehrschichtstruktur (7), die eine Aktivschicht (4) zur Erzeugung von Laserlicht auf dem Beugungsgitter aufweist,

wobei der Schritt der Bildung des Beugungsgitters folgende Schritte umfaßt:

- Bildung einer Mehrzahl von bogenförmigen Vorsprüngen, die an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) periodisch angeordnet sind, durch Photolithographie und Ätzen; und
- Bedecken der Mehrzahl von bogenförmigen Vorsprüngen mit einer Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht (2), die einen lichtabsorbierenden Bereich, der eine erste Dicke hat an jeder Grenze zwischen zwei benachbarten bogenförmigen Vorsprün gen und einen Licht nicht absorbierenden Bereich aufweist, der eine zweite Dicke an einer Spitze von jedem der bogenförmigen Vorsprünge hat, die geringer als die erste Dicke ist, wobei der lichtabsorbierende Bereich so ausgebildet ist, daß er eine Bandlücke aufweist, die schmaler als eine Bandlücke der Aktivschicht (4) ist und wobei der Licht nicht absorbierende Bereich so ausgebildet ist, daß er eine Band lücke aufweist, die weiter als die Bandlücke der Aktivschicht (4) ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bildung der Mehrzahl der bogenförmigen Vorsprünge folgende Schritte aufweist:

- Bilden von scharfkantigen Vorsprüngen und Vertiefungen, die an der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) periodisch angeordnet sind, durch ein erstes Ätzen; und
- Runden der scharfen Kanten der Vorsprünge durch ein zweites Ätzen.

15. Verfahren zur Herstellung eines DFB-Lasers mit folgenden Schritten:

- Bilden eines gewinngekoppelten Beugungsgitters auf einem Halbleitersubstrat (1); und
- Bilden einer Halbleiter-Mehrschichtstruktur (7), die eine Aktivschicht (4) zur Erzeugung von Laserlicht auf dem Beugungsgitter aufweist, wobei der Schritt des Bildens des Beugungsgitters die folgenden Schritte aufweist:
- Abscheiden einer ersten Halbleiterschicht auf dem Halbleitersubstrat (1);
- Bilden einer Mehrzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen, die an einer Oberfläche der ersten Halbleiterschicht regelmäßig angeordnet sind, durch Photolithographie und Ätzen;
- Bedecken der Mehrzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen mit einer Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht (2) mit einem lichtabsorbierenden Bereich, der eine erste Dicke hat bei jeder der Vertiefungen zwischen zwei benachbarten Vorsprüngen und einem Licht nicht absorbierenden Bereich, der eine zweite Dicke an einer Spitze von jedem der Vorsprünge hat, die geringer als die erste Dicke ist, wobei der lichtabsorbierende Bereich so ausgebildet ist, daß er eine Bandlücke aufweist, die schmaler als eine Bandlücke der Aktivschicht (4) ist und wobei der Licht nicht ab sorbierende Bereich so ausgebildet ist, daß er eine Bandlücke aufweist, die weiter als die Bandlücke der Aktivschicht (4) ist; und
- Abscheiden einer zweiten Halbleiterschicht auf der Quantentopf-Lichtabsorptions schicht (2), um eine Bandlücke zu erhalten, die weiter als eine Bandlücke der ersten Halbleiterschicht ist.

16. Verfahren zur Herstellung eines DFB-Lasers mit folgenden Schritten:

- Bilden eines verstärkungsgekoppelten Beugungsgitters auf einem Halbleitersubstrat (1); und
- Bilden einer Halbleiter-Mehrschichtstruktur (7) mit einer Aktivschicht (4) zum Erzeugen von Laserlicht auf dem Beugungsgitter, wobei der Schritt des Bildens des Beugungsgitters folgende Schritte aufweist:
- Bilden einer Mehrzahl von periodisch angeordneten Vorsprüngen und Vertiefungen durch Photolithographie und Ätzen; und
- Erwärmen der Vorsprünge und Vertiefungen mit einer Gasphasenatmosphäre, die AsH₃ aufweist, wodurch eine aus InAsP gebildete Quantentopf-Lichtabsorptions schicht (2) gebildet wird, 50 daß eine Mehrzahl von Bereichen der Quantentopf- Lichtabsorptionsschicht (2) jeweils in den Vertiefungen angeordnet ist.