DE602004006815T2

DE602004006815T2 - Monolithischer Halbleiterlaser und dessen Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE602004006815T2
Application number: DE602004006815T
Authority: DE
Inventors: Takehiro Nishida; Motoharu Miyashita; Tsutomu Yamaguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2008-02-07
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: EP1788679B1; JP2005109102A; TWI239704B; EP1788679A2; US20070264738A1; EP1521341A3; US20050069005A1; EP1788679A3; KR100689207B1; CN1604415A; EP1521341B1; US7602830B2; EP1521341A2; TW200512995A; CN100508312C; KR20050031898A; DE602004006815D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen monolithischen Halbleiterlaser und ein Verfahren zu seiner Herstellung und insbesondere auf einen monolithischen Halbleiterlaser mit einer Streifenstruktur (Strombegrenzungsstruktur) und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
2. Beschreibung des Standes der Technik
JP 2000-011417 beschreibt die Integration von Halbleiterlasern vom Brechungsindexführungstyp, die hinsichtlich der Oszillationswellenlängen variieren, und die Ausbildung einer Halbleiterlaseranordnung durch Anordnen eines ersten Laserelementteils, der auf einem Substrat existiert und einen Laserstrahl mit einer ersten Wellenlänge freisetzt, und eines zweiten Laserelementteils, der parallel dazu existiert und eine andere Wellenlänge freisetzt.
Eine Informations-Lese/Schreib-Vorrichtung oder dergleichen für DVDs und CDs verwendet einen monolithischen Halbleiterlaser, bei dem in das einzelne Substrat mehrere Halbleiterlaser eingesetzt sind, die verschiedene Emissionswellenlängen besitzen. In einem solchen monolithischen Halbleiterlaser ist beispielsweise in das einzelne Substrat ein Halbleiterlaser eingesetzt, dessen Emissionswellenlänge 650 nm beträgt, und einen Halbleiterlaser, dessen Emissionswellenlänge 780 nm beträgt.
Nachdem einer der Halbleiterlaser auf dem Substrat ausgebildet ist, wird der Ort des anderen der Halbleiterlaser unter Verwendung von Ausrichtungsmarkierungen bestimmt, die auf dem Substrat vorgesehen sind, um dadurch den monolithischen Halb leiterlaser herzustellen (K. Nemoto und K. Miura: "A Laser Coupler for DVD/CD Playback Using a Monolithic-integrated Two-wavelength Laser Diode", JSAP International, Nr. 3, S. 9-14 (Januar 2001)).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer Informations-Lese/Schreib-Vorrichtung oder dergleichen für DVDs und CDs werden ein monolithischer Halbleiterlaser und andere Komponenten wie z. B. eine Linse zusammengefügt, wodurch ein optisches System erhalten wird.
In einem monolithischen Halbleiterlaser, der gemäß einem herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellt wird, hängt jedoch der Abstand zwischen Emissionspunkten von zwei Halbleiterlasern von der Genauigkeit der Ausrichtung von Orten ab, wie vorstehend beschrieben. Zwischen verschiedenen Herstellungsserien ist daher der Abstand zwischen den Emissionspunkten, nämlich den relativen Stellen von Streifenstrukturen, unterschiedlich, weshalb es erforderlich ist, die Orte der Linse usw. fein einzustellen.
Die Feineinstellung macht den Montageschritt komplex und erhöht die Herstellungskosten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen monolithischen Halbleiterlaser, bei dem die relativen Stellen von Streifenstrukturen, nämlich der Abstand zwischen Emissionspunkten, konstant bleiben, und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines monolithischen Halbleiterlasers gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Im monolithischen Halbleiterlaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Spalt zwischen Streifenstrukturen (Strombegrenzungsstrukturen) von mehreren Halbleiterlasern, d. h. der Abstand zwischen Emissionspunkten, immer ungefähr konstant.
"Dieselben Materialien", auf die hierin Bezug genommen wird, sind Halbleitermaterialien, die hinsichtlich Material und/oder Zusammensetzung dieselben sind. "Verschiedene Materialien", auf die hierin Bezug genommen wird, sind Halbleitermaterialien, die hinsichtlich Material und/oder Zusammensetzung unterschiedlich sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A–1G zeigen Querschnittsansichten der Schritte zur Herstellung eines monolithischen Halbleiterlasers gemäß einem für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlichen Beispiel;
1H und 1I zeigen Querschnittsansichten der Schritte zur Herstellung eines anderen monolithischen Halbleiterlasers gemäß einem weiteren für das Verständnis der vorliegenden Erfindung nützlichen Beispiel;
2A–2C zeigen Querschnittsansichten der Schritte zur Herstellung des monolithischen Halbleiterlasers gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3A–3C zeigen Querschnittsansichten der Schritte zur Herstellung des monolithischen Halbleiterlasers gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung; und
4A–4C zeigen Querschnittsansichten der Schritte zur Herstellung des monolithischen Halbleiterlasers gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
1A–1G sind Querschnittsansichten der Schritte zur Herstellung eines monolithischen Halbleiterlasers gemäß diesem Beispiel, der im Allgemeinen mit 100 bezeichnet ist. Der monolithische Halbleiterlaser 100 weist einen ersten Halbleiterlaser, dessen Emissionswellenlänge 780 nm ist, und einen zweiten Halbleiterlaser, dessen Emissionswellenlänge 650 nm ist, auf (siehe 1G).
Die Schritte zur Herstellung des monolithischen Halbleiterlasers 100 werden nun mit Bezug auf 1A–1G beschrieben. Diese Schritte umfassen die folgenden Schritte 1 bis 7.
Schritt 1: Wie in 1A gezeigt, wird ein GaAs-Substrat 1 vom n-Typ vorbereitet. Auf dem GaAs-Substrat 1 werden dann eine untere n-AlGaInP Hüllschicht 2, eine aktive AlGaAs-Schicht (mit der Emissionswellenlänge von 780 nm) 3 und eine obere p-AlGaInP-Hüllschicht 4 aufeinander gestapelt. Eine GaInP-Ätzstoppschicht 5 wird in die obere p-AlGaInP-Hüllschicht 4 eingefügt. Ferner wird auf der oberen p-AlGaInP-Hüllschicht 4 eine p-GaAs-Kappenschicht 6 ausgebildet.
Die aktive AlGaAs-Schicht 3 besitzt eine Zusammensetzung, die die Emissionswellenlänge von 780 nm bereitstellt.
Die jeweiligen Halbleiterlaser 2 bis 6 werden beispielsweise unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens ausgebildet.
Schritt 2: Wie in 1B gezeigt, werden mittels eines photolithographischen Verfahrens und eines Ätzverfahrens die so ausgebildeten Halbleiterschichten 2 bis 6 außer innerhalb des Bereichs, in dem der erste Halbleiterlaser ausgebildet werden soll, entfernt.
Schritt 3: Wie in 1C gezeigt, werden beispielsweise durch ein MOCVD-Verfahren Halbleiterschichten zum Ausbilden des zweiten Halbleiterlasers aufeinander gestapelt. Diese Halbleiterschichten weisen dieselben Zusammensetzungen, dieselben Verunreinigungskonzentrationen und dieselben Schichtdicken wie jene der Halbleiterschichten auf, die zum Ausbilden des ersten Halbleiterlasers verwendet werden, mit Ausnahme einer aktiven AlGaInP-Schicht 13. Die aktive AlGaInP-Schicht 13 weist eine solche Zusammensetzung auf, die die Emissionswellenlänge von 650 nm bereitstellt.
Schritt 4: Wie in 1D gezeigt, werden mittels eines photolithographischen Verfahrens und eines Ätzverfahrens die so ausgebildeten Halbleiterschichten 2 bis 6 außer innerhalb des Bereichs, in dem der zweite Halbleiterlaser ausgebildet werden soll, entfernt, was ähnlich zu Schritt 2 (1B) ist. Dies führt zu einer gestapelten Struktur wie der in 1D gezeigten.
Schritt 5: Wie in 1E gezeigt, werden Photoresist-Schichten 7 auf den Halbleiterschichten, die als erster Halbleiterlaser und zweiter Halbleiterlaser verwendet werden, ausgebildet und strukturiert. In diesem Schritt werden die Photoresist-Schichten 7 auf den beiden Sätzen von Halbleiterschichten gleichzeitig unter Verwendung einer gemeinsamen Photomaske strukturiert.
Anstelle der Photoresist-Schichten 7 können andere strukturierte Schichten, die gegen Ätzen resistent sind, verwendet werden.
Schritt 6: Wie in 1F gezeigt, wird die p-GaAs-Kappenschicht 6 durch Nassätzen entfernt, das eine Lösung verwendet, die durch Mischen von Weinsäure und Wasserstoffperoxid erhalten wird. Ein Nassätzmittel unter Verwendung einer Lösung aus Weinsäure ermöglicht eine Verbesserung der Ätzselektivität zwischen As enthaltenden Halbleitern und P enthaltenden Halbleitern. Aufgrund dessen stoppt das Ätzen fast bei der Ankunft an der P enthaltenden Halbleiteroberfläche (die die obere p-AlGaInP-Hüllschicht 4 ist).
Schritt 7: Wie in 1G gezeigt, wird unter Verwendung eines Ätzmittels, das Schwefelsäure enthält, die obere p-AlGaInP-Hüllschicht 4 geätzt, bis die GaInP-Ätzstoppschicht 5 freigelegt wird.
Die Verwendung eines Ätzmittels auf Schwefelsäurebasis erhöht die Ätzselektivität zwischen der AlGaInP-Schicht (der oberen Hüllschicht), der GaInP- (der Ätzstoppschicht) und der GaAs-Schicht (der Kappenschicht). Wenn die obere p-AlGaInP-Hüllschicht 4 unter Verwendung der p-GaAs-Kappenschicht 6 als Maske geätzt wird, stoppt daher das Ätzen ungefähr, wenn die GaInP-Ätzstoppschicht 5 freigelegt wird.
Das Einfügen der GaInP-Ätzstoppschicht 5 steuert folglich die Formen der Streifen vom Leistentyp in der Tiefenrichtung.
Durch die vorstehend beschriebenen Schritte 1 bis 7 wird der monolithische Halbleiterlaser 100 hergestellt, der den ersten Halbleiterlaser 101 und den zweiten Halbleiterlaser 102 umfasst, die verschiedene Emissionswellenlängen aufweisen.
Metallelektroden werden auf der hinteren Oberfläche des GaAs-Substrats 1 und auf der vorderen Oberfläche der p-GaAs-Kappenschicht 6 ausgebildet, die hier nicht beschrieben werden.
Wenn das Herstellungsverfahren gemäß dem Beispiel verwendet wird, werden Leistenstrukturen für die zwei Halbleiterlaser 101 und 102 mit Streifenstrukturen vom Leistentyp gleichzeitig hergestellt. Dies stellt sicher, dass der relative Abstand zwischen den Emissionspunkten A und B, in denen die Laser mit 650/780 nm emittiert werden, immer konstant bleibt. Selbst wenn der Ort der Photomaske in Schritt 5 abgelenkt wird, bleibt der relative Abstand unverändert, während die Orte der Emissionspunkte A und B verlagert werden.
Im Allgemeinen wird der Ort eines optischen Systems, das eine Linse und dergleichen enthält, in Abhängigkeit von den Orten der Emissionspunkte innerhalb einer optischen Vorrichtung, die einen monolithischen Halbleiterlaser beinhaltet, fein eingestellt.
In dem monolithischen Halbleiterlaser 100, der gemäß dem Herstellungsverfahren gemäß dem Beispiel hergestellt wird, ist jedoch, da der relative Abstand zwischen den zwei Emissionspunkten konstant bleibt, eine solche Feineinstellung des optischen Systems nicht erforderlich.
Es ist insbesondere zu beachten, dass der erste Halbleiterlaser und der zweite Halbleiterlaser gleichzeitig geätzt werden, was die Herstellungsschritte verringert.
1H und 1I zeigen Querschnittsansichten der Schritte zur Herstellung eines anderen monolithischen Halbleiterlasers 150 gemäß einem weiteren Beispiel. In 1H und 1I bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie jene in 1A–1G dieselben oder entsprechende Abschnitte.
Gemäß diesem Herstellungsverfahren werden die jeweiligen Halbleiterschichten gemäß den vorstehend beschriebenen Schritten 1 bis 4 (1A–1D) ausgebildet. Die GaInP-Ätzstoppschicht 5 wird jedoch nicht ausgebildet.
Nachdem eine Resist-Maske 18 ausgebildet worden ist, werden dann Protonen 19 durch ein Ionenimplantationsverfahren implantiert, wie in 1H gezeigt.
Wie in 1I gezeigt, werden folglich die Widerstandswerte in Teilen der oberen p-AlGaInP-Hüllschicht 4 und der p-GaAs-Kappenschicht 6 hoch, wodurch Schichten 8 mit hohem Widerstand gebildet werden. Metallelektroden (nicht dargestellt) werden auf der vorderen und der hinteren Oberfläche nach der Entfernung der Resist-Maske 18 ausgebildet und der monolithische Halbleiterlaser 150 ist folglich fertig gestellt.
Im monolithischen Halbleiterlaser 150 ist ebenso der relative Abstand zwischen den Streifenstrukturen von zwei Halbleiterlasern 103 und 104, d. h. der relative Abstand zwischen den Emissionspunkten C und D, konstant.
Ferner werden in einem Schritt die Schichten mit hohem Widerstand gleichzeitig für den ersten und den zweiten Halbleiterlaser ausgebildet.
Obwohl dieses Beispiel erfordert, dass die unteren Hüllschichten und die oberen Hüllschichten des ersten und des zweiten Halbleiterlasers 101 und 102 alle aus dem Halbleitermaterial mit demselben Material und derselben Zusammensetzung hergestellt werden, können verschiedene Halbleitermaterialien mit unterschiedlichem Material und/oder unterschiedlichen Zusammensetzungen zwischen dem ersten Halbleiterlaser 101 und dem zweiten Halbleiterlaser 102 verwendet werden. Dies bleibt in den folgenden Ausführungsformen ähnlich.
Genauer weist der erste Halbleiterlaser 101 eine Struktur auf, in der die aktive Schicht 3, die eine Einzelschicht oder Mehrfachschicht aus Al_x1Ga_1-x1As (0 ≤ x1 ≤ 1) ist, zwischen der unteren und der oberen Hüllschicht 2 und 4 aus (Al_x2Ga₁__x2)_y2In_1-y2P (0 ≤ x2 ≤ 1, 0 ≤ y2 ≤ 1) liegt, während der zweite Halbleiterlaser 102 eine Struktur aufweist, in der die aktive Schicht 13, die eine Einzelschicht oder Mehrfachschicht aus (Al_x3Ga_1-x3)_y3In_1-y3P (0 ≤ x3 ≤ 1, 0 ≤ y3 ≤ 1) ist, zwischen der unteren und der oberen Hüllschicht 2 und 4 aus (Al_x2Ga_1-2x)_y2In_1-y2P (0 ≤ x2 ≤ 1, 0 ≤ y2 ≤ 1) liegt. Die untere und die obere Hüllschicht des ersten Halbleiterlasers 101 können aus (Al_x2Ga_1-x2)_y2In_1-y2P (0 ≤ x2 ≤ 1, 0 ≤ y2 ≤ 1) bestehen und die untere und die obere Hüllschicht des zweiten Halbleiterlasers 102 können aus (Al_x4Ga_1-x4)_y4In_1-y4P (0 ≤ x4 ≤ 1, 0 ≤ y4 ≤ 1) bestehen, das vom Material des ersten Halbleiterlasers 101 verschieden ist. Dies ist dasselbe in den folgenden Ausführungsformen.
Als Materialien des ersten und des zweiten Halbleiterlasers kann ein Material auf AlGaN-Basis, ein Material auf GaInNAs-Basis oder ein Material auf AlGaInNAs-Basis zusätzlich zu einem Material auf AlGaAs-Basis und einem Material auf AlGaInP-Basis verwendet werden. Als Materialien der aktiven Schichten kann ein Material auf AlGaInAsP-Basis oder ein Material auf AlGaInAs-Basis zusätzlich zu einem Material auf AlGaAs-Basis und einem Material auf AlGaInP-Basis verwendet werden. Die aktiven Schichten können eine Einzelschicht oder Mehrfachschicht sein. Dies ist in den folgenden Ausführungsformen dasselbe.
Ausführungsform 1
2A–2C zeigen Querschnittsansichten von Schritten zur Herstellung eines monolithischen Halbleiterlasers gemäß dieser Ausführungsform, der im Allgemeinen mit 200 bezeichnet ist. Der monolithische Halbleiterlaser 200 besitzt zwei Halbleiterlaser 201 und 202, die verschiedene Emissionswellenlängen aufweisen (die Emissionswellenlängen sind beispielsweise 780 nm und 650 nm) (2C).
In dem monolithischen Halbleiterlaser 200 gemäß der Ausführungsform 1 sind die Zusammensetzungen und dergleichen der anderen Schichten als der aktiven Schichten zwischen den zwei Halbleiterlasern 201 und 202 unterschiedlich. Die Verwendung von Stoppschichten macht es möglich, auch in diesen Strukturen mit hoher Genauigkeit zu ätzen.
Durch ungefähr dieselben Schritte (1A–1D) wie die in dem vorstehend beschriebenen Beispiel angewendeten wird eine gestapelte Struktur wie die in 2A gezeigte auf einem n-GaAs-Substrat 1 hergestellt.
Als erster Halbleiterlaser werden auf dem n-GaAs-Substrat 1 eine untere n-AlGaInP-Hüllschicht 21, eine aktive AlGaAs-Schicht 22, eine GaInP-Ätzstoppschicht 23, eine obere p-AlGaInP-Hüllschicht (erste obere Hüllschicht) 24 und eine p-GaAs-Kappenschicht 25 aufeinander gestapelt.
Als zweiter Halbleiterlaser werden unterdessen auf dem n-GaAs-Substrat 1 eine untere n-AlGaInP-Hüllschicht 31, eine aktive AlGaInP-Schicht 32, eine GaInP-Ätzstoppschicht 23, eine obere p-AlGaInP-Hüllschicht (zweite obere Hüllschicht) 24, obere p-AlGaAs-Hüllschichten 33, 34, eine p-GaAs-Kappenschicht 25 aufeinander gestapelt. Die mit verschiedenen Bezugszeichen bezeichneten Schichten (beispielsweise die mit 33 und 34 bezeichneten) weisen verschiedene Zusammensetzungen auf. Ferner werden die jeweiligen Halbleiterschichten beispielsweise durch ein MOCVD-Verfahren ausgebildet.
Danach werden Photoresist-Schichten auf den Halbleiterschichten, die als erster und zweiter Halbleiterlaser 201 und 202 verwendet werden, ausgebildet und strukturiert, wodurch eine Resist-Maske 30 ausgebildet wird. In diesem Schritt werden die Photoresist-Schichten auf den beiden Sätzen von Halbleiterschichten gleichzeitig unter Verwendung einer gemeinsamen Photomaske strukturiert.
Unter Verwendung der Resist-Maske 30 als Ätzmaske werden die Strukturen somit den halben Weg in die oberen p-AlGaInP-Hüllschichten 24 durchgeätzt.
Im ersten Halbleiterlaser 201 und zweiten Halbleiterlaser 202, wie vorstehend beschrieben, weisen die Halbleiterlaser über den Ätzstoppschichten 23 verschiedene Zusammensetzungen und verschiedene Schichtdicken auf.
Wenn das Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, werden trotzdem sogar die verschiedenen Zusammensetzungen der Halbleiterlaser durch ein solches Ätzverfahren geätzt, das ungefähr gleiche Ätzgeschwindigkeiten verwirklicht.
Genauer werden während ECR-Ätzen, das ein Mischgas eines Chloridgases und eines Sauerstoffgases als Ätzgas verwendet, die Halbleiterlaser auf AlGaAs-Basis und die Halbleiterlaser auf AlGaInP-Basis mit ungefähr gleichen Ätzgeschwindigkeiten geätzt.
Durch beispielsweise ECR-Ätzen werden die Strukturen den halben Weg in die oberen p-AlGaInP-Hüllschichten 24 durchgeätzt, wie in 2B gezeigt.
Nach der Entfernung der Resist-Maske 30 werden die oberen p-AlGaIn2-Hüllschichten 24 unter Verwendung eines Ätzmittels auf Schwefelsäurebasis geätzt, bis die GaInP-Ätzstoppschichten 23 freigelegt werden. In diesem Fall dienen die GaAs-Kappenschichten 25 als Ätzmaske.
Wie vorstehend beschrieben, stoppt während des Ätzens unter Verwendung eines Ätzmittels auf Schwefelsäurebasis das Ätzen fast, wenn die GaInP-Ätzstoppschichten 23 freigelegt werden.
Durch diese Schritte werden Streifenstrukturen vom Leistentyp wie die in 2C gezeigten hergestellt. Danach werden Metallelektroden (nicht dargestellt) auf der vorderen und hinteren Oberfläche ausgebildet, wodurch der monolithische Halbleiterlaser 200 fertig gestellt wird.
In diesem monolithischen Halbleiterlaser 200 ist der Spalt zwischen den Streifen vom Leistentyp der zwei Halbleiterlaser 201 und 202, nämlich der relative Abstand zwischen Emissionspunkten E und F, konstant.
Gemäß dieser Ausführungsform umfassen der erste Halbleiterlaser 201 und der zweite Halbleiterlaser 202 die GaInP-Ätzstoppschichten 23 und die oberen Hüllschichten 24, die unmittelbar auf den GaInP-Ätzstoppschichten 23 ausgebildet werden und eine hohe Ätzselektivität gegen die GaInP-Ätzstoppschichten 23 aufweisen. Daher ist es möglich, das Ätzen der Halbleiterlaser über den GaInP-Ätzstoppschichten 23 genau zu steuern.
Da die Halbleiterschichten unter den GaInP-Ätzstoppschichten 23 nicht geätzt werden, können überdies die Zusammensetzungen von ihnen ohne Betrachtung des Ätzschritts gewählt werden.
Alternativ können im monolithischen Halbleiterlaser 200 anstelle des Ausbildens der Streifen vom Leistentyp Schichten mit hohem Widerstand ausgebildet werden, um die Streifenstrukturen zu erhalten.
Ausführungsform 2
3A–3C zeigen Querschnittsansichten von Schritten zur Herstellung eines monolithischen Halbleiterlasers gemäß dieser Ausführungsform, der im Allgemeinen mit 300 bezeichnet ist. Der monolithische Halbleiterlaser 300 umfasst zwei Halbleiterlaser 301 und 302, die verschiedene Emissionswellenlängen aufweisen (die Emissionswellenlängen sind beispielsweise 780 nm und 650 nm). (3C).
Im monolithischen Halbleiterlaser 300 werden Streifen vom Leistentyp so ausgebildet, dass die Streifen vom Leistentyp verschiedene Tiefen zwischen den zwei Halbleiterlasern 301 und 302 aufweisen, und die Brechungsindizes der Streifen vom Leistentyp werden eingestellt.
Im monolithischen Halbleiterlaser 300 wird zuerst durch ungefähr dieselben Schritte (1A–1D) wie die in dem vorher beschriebenen Beispiel angewendeten eine gestapelte Struktur wie die in 3A gezeigte auf einem n-GaAs-Substrat 1 hergestellt.
Als erster Halbleiterlaser werden auf dem n-GaAs-Substrat 1 eine untere n-AlGaInP-Hüllschicht 41, eine aktive AlGaAs-Schicht 42, eine GaInP-Atzstoppschicht 43, eine obere p-AlGaInP-Hüllschicht (erste obere Hüllschicht) 44 und eine p-GaAs-Kappenschicht 45 aufeinander gestapelt.
Als zweiter Halbleiterlaser werden andererseits auf dem n-GaAs-Substrat 1 eine untere n-AlGaInP-Hüllschicht 51, eine aktive AlGaInP-Schicht 52, eine obere n-AlGaAs-Hüllschicht 53, eine GaInP-Atzstoppschicht 43, eine obere p-AlGaInP-Hüll schicht (zweite obere Hüllschicht) 44, obere p-AlGaAs-Hüllschichten 54, 55, eine p-GaAs-Kappenschicht 45 aufeinander gestapelt. Die mit verschiedenen Bezugszeichen bezeichneten Schichten (beispielsweise die mit 54 und 55 bezeichneten) weisen verschiedene Zusammensetzungen auf. Ferner werden die jeweiligen Halbleiterschichten beispielsweise durch ein MOCVD-Verfahren ausgebildet.
Danach werden Photoresist-Schichten auf den Halbleiterschichten, die als erster und zweiter Halbleiterlaser 301 und 302 verwendet werden, ausgebildet und strukturiert, wodurch eine Resist-Maske 40 ausgebildet wird. In diesem Schritt werden die Photoresist-Schichten auf den beiden Sätzen von Halbleiterlasern gleichzeitig unter Verwendung einer gemeinsamen Photomaske strukturiert.
Unter Verwendung der Resist-Maske 40 als Ätzmaske werden die Strukturen den halben Weg in die oberen p-AlGaAs-Hüllschichten 44 durchgeätzt, wie in 3B gezeigt. Dieses Ätzen kann ECR-Ätzen sein, das in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform 1 verwendet wird.
Wie in der Ausführungsform 1 werden die p-AlGaInP-Hüllschichten 44 dann unter Verwendung eines Ätzmittels auf Schwefelsäurebasis geätzt, bis die GaInP-Ätzstoppschichten 43 nach der Entfernung der Resist-Maske 40 freigelegt werden. In diesem Fall dienen die GaAs-Kappenschichten 45 als Ätzmaske. Das Ätzen stoppt fast, wenn die GaInP-Ätzstoppschichten 43 freigelegt werden.
Durch diese Schritte werden Streifenstrukturen vom Leistentyp wie die in 3C gezeigten hergestellt. Danach werden Metallelektroden (nicht dargestellt) auf der vorderen und der hinteren Oberfläche ausgebildet, wodurch der monolithische Halbleiterlaser 300 fertig gestellt wird.
Wenn das Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, werden die Halbleiterlaser 301 und 302, in denen die Streifen vom Leistentyp verschiedene Tiefen aufweisen, in dieser Weise auf demselben Substrat in einer solchen Weise hergestellt, dass die Spalte zwischen den Leisten ungefähr konstant gehalten werden.
Ausführungsform 3
4A–4C zeigen Querschnittsansichten von Schritten zur Herstellung eines monolithischen Halbleiterlasers gemäß dieser Ausführungsform, der im Allgemeinen mit 400 bezeichnet ist. Der monolithische Halbleiterlaser 400 besitzt zwei Halbleiterlaser 401 und 402, die verschiedene Emissionswellenlängen aufweisen (die Emissionswellenlängen sind beispielsweise 780 nm und 650 nm). (4C).
In dem monolithischen Halbleiterlaser 400 weisen die zwei Halbleiterlaser 401 und 402 verschiedene Höhen auf (nämlich die Höhen von der Oberfläche eines GaAs-Substrats 1 bis zu den Oberflächen von GaAs-Kappenschichten 50).
Im monolithischen Halbleiterlaser 400 wird zuerst durch ungefähr dieselben Schritte (1A–1D) wie die im vorher beschriebenen Beispiel angewendeten eine gestapelte Struktur wie die in 4A gezeigte auf dem n-GaAs-Substrat 1 hergestellt.
Als erster Halbleiterlaser 401 werden auf dem n-GaAs-Substrat 1 eine untere n-AlGaInP-Hüllschicht 61, eine aktive AlGaAs-Schicht 62, eine GaInP-Ätzstoppschicht 63, eine obere p-AlGaInP-Hüllschicht (erste obere Hüllschicht) 64 und eine p-GaAs-Kappenschicht 65 aufeinander gestapelt.
Als zweiter Halbleiterlaser 402 werden andererseits auf dem n-GaAs-Substrat 1 eine untere n-AlGaInP-Hüllschicht 71, eine aktive AlGaInP-Schicht 72, eine obere n-AlGaAs-Hüllschicht 73, eine GaInP-Ätzstoppschicht 63, eine obere p-AlGaInP-Hüllschicht (zweite obere Hüllschicht) 64, obere p-AlGaAs-Hüllschichten 74, 75, eine p-GaAs-Kappenschicht 65 aufeinander gestapelt. Die mit verschiedenen Bezugszeichen bezeichneten Schichten (beispielsweise die mit 74 und 75 bezeichneten) weisen verschiedene Zusammensetzungen auf. Ferner werden die jeweiligen Halbleiterschichten beispielsweise durch ein MOCVD-Verfahren ausgebildet.
Wie in 4A gezeigt, weisen gemäß dieser Ausführungsform der erste Halbleiterlaser 401 und der zweite Halbleiterlaser 402 verschiedene Höhen auf und folglich besteht eine abgestufte Oberfläche.
Danach werden Photoresist-Schichten auf den Halbleiterschichten, die als erster und zweiter Halbleiterlaser 401 und 402 verwendet werden, ausgebildet und strukturiert, wodurch eine Resist-Maske 50 ausgebildet wird. In diesem Schritt werden die Photoresist-Schichten auf den beiden Sätzen von Halbleiterschichten gleichzeitig unter Verwendung einer gemeinsamen Photo-Maske strukturiert. In dieser Weise werden, selbst wenn der erste und der zweite Halbleiterlaser verschiedene Höhen aufweisen und eine Oberfläche besteht, die in einem gewissen Ausmaß abstuft ist, die beiden Photoresist-Schichten gleichzeitig strukturiert.
Unter Verwendung der Resist-Maske 50 als Ätzmaske werden die Strukturen den halben Weg in die oberen p-AlGaAs-Hüllschichten 64 durchgeätzt, wie in 4B gezeigt. Dieses Ätzen kann ECR-Ätzen sein, das in der vorher beschriebenen Ausführungsform 1 verwendet wird.
Wie in der Ausführungsform 1 werden die p-AlGaInP-Hüllschichten 64 dann unter Verwendung eines Ätzmittels auf Schwefelsäurebasis geätzt, bis die GaInP-Ätzstoppschichten 63 nach der Entfernung der Resist-Maske 50 freigelegt werden. In diesem Fall dienen die GaAs-Kappenschichten 65 als Ätzmaske. Das Ätzen stoppt fast, wenn die GaInP-Stoppschichten 63 freigelegt werden.
Durch diese Schritte werden Streifenstrukturen vom Leistentyp wie die in 4C gezeigten hergestellt. Danach werden Metallelektroden (nicht dargestellt) auf der vorderen und der hinteren Oberfläche ausgebildet, wodurch der monolithische Halbleiterlaser 400 fertig gestellt wird.
In dieser Weise werden, wenn das Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, die Halbleiterlaser 401 und 402, in denen die Streifen vom Leistentyp verschiedene Höhen aufweisen, auf demselben Substrat hergestellt.
Alternativ können im monolithischen Halbleiterlaser 400 anstelle des Ausbildens der Streifen vom Leistentyp Schichten mit hohem Widerstand ausgebildet werden, um die Streifenstrukturen zu erhalten.
Obwohl das Vorangehende die Ausführungsformen 1 bis 3 in Bezug auf einen monolithischen Halbleiterlaser beschrieben hat, der zwei Halbleiterlaser umfasst, ist die vorliegende Erfindung auf einen monolithischen Halbleiterlaser anwendbar, der drei oder mehr Halbleiterlaser umfasst. Obwohl das Vorangehende derartige Halbleiterlaser beschrieben hat, die Emissionswellenlängen von 780 nm und 650 nm aufweisen, ist die vorliegende Erfindung außerdem auch auf Halbleiterlaser anwendbar, die andere Emissionswellenlängen aufweisen.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer monolithischen Haibleiterlaserstruktur (200) mit mehreren Halbleiterlasern (201, 202), die unterschiedliche Emissionswellenlängen aufweisen, mit: einem Schritt des Vorbereitens eines Halbleitersubstrates (1), einem Schritt des Stapelns einer ersten Halbleiterschicht, die eine erste Doppel-Heterostruktur aufweist, bei der eine aktive Schicht (22) zwischen einer oberen und einer unteren Hüllschicht (24, 21) angeordnet ist, innerhalb eines ersten Bereichs auf dem Halbleitersubstrat (1), einem Schritt des Stapelns einer zweiten Halbleiterschicht, die eine zweite Doppel-Heterostruktur aufweist, bei der eine aktive Schicht (32) zwischen einer oberen und einer unteren Hüllschicht (24, 31) angeordnet ist, innerhalb eines zweiten Bereichs auf dem Halbleitersubstrat (1), einem Schritt des Ausbildens einer ersten und zweiten Ätzstoppschicht (23) jeweils in einem oberen Abschnitt von sowohl der ersten Doppel-Heterostruktur als auch der zweiten Doppel-Heterostruktur, einem Strukturierungsschritt des Ausbildens einer ätzresistenten Musterschicht (30) auf der ersten Doppel-Heterostruktur, die innerhalb des ersten Bereichs ausgebildet ist, und der zweiten Doppel-Heterostruktur, die innerhalb des zweiten Bereichs ausgebildet ist, und einem Streifenausbildungsschritt des gleichzeitigen Ausbildens von Streifenstrukturen in der ersten Halbleiterschicht der ersten Doppel-Heterostruktur und der zweiten Halbleiterschicht der zweiten Doppel-Heterostruktur unter Verwendung der Musterschicht (30), dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Doppel-Heterostruktur die erste Ätzstoppschicht (23) unmittelbar auf der ersten aktiven Schicht (22) gestapelt ist, und die obere Hüllschicht (24) unmittelbar auf der ersten Ätzstoppschicht (23) gestapelt ist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem der Strukturierungsschritt einen Schritt des gleichzeitigen Belichtens der Resist-Schichten, die auf der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht ausgebildet sind, unter erwendung einer Fotomaske aufweist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Streifenausbildungsschritt einen Ätzschritt des gleichzeitigen Ätzens der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht unter Verwendung der Musterschicht (30) als einer Ätzmaske, wodurch die Ätzstoppschichten (23) freigelegt werden, aufweist.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, bei dem der Ätzschritt durch einen Nassätzschritt realisiert wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei dem der Ätzschritt ein Schritt des Ausführens einer Nassätzung nach einem Trockenätzschritt ist und dadurch die Ätzstoppschichten freigelegt werden.