DE69009844T2 - Erzeugung von Laser-Spiegelflächen und Integration von optoelektronischen Bauelementen. - Google Patents

Erzeugung von Laser-Spiegelflächen und Integration von optoelektronischen Bauelementen.

Info

Publication number
DE69009844T2
DE69009844T2 DE69009844T DE69009844T DE69009844T2 DE 69009844 T2 DE69009844 T2 DE 69009844T2 DE 69009844 T DE69009844 T DE 69009844T DE 69009844 T DE69009844 T DE 69009844T DE 69009844 T2 DE69009844 T2 DE 69009844T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
epitaxial layer
laser
producing
heterostructure laser
heterostructure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69009844T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69009844D1 (de
Inventor
Gregory Costrini
Chakrapani Gajanan Jambotkar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Application granted granted Critical
Publication of DE69009844D1 publication Critical patent/DE69009844D1/de
Publication of DE69009844T2 publication Critical patent/DE69009844T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/124—Geodesic lenses or integrated gratings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/028—Coatings ; Treatment of the laser facets, e.g. etching, passivation layers or reflecting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0201—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
    • H01S5/0205—Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth during growth of the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0261—Non-optical elements, e.g. laser driver components, heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2272—Buried mesa structure ; Striped active layer grown by a mask induced selective growth
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/026—Deposition thru hole in mask
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/095—Laser devices
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S148/00—Metal treatment
    • Y10S148/106—Masks, special

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf monolithisch integrierte optoelektronische Bauelemente sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben und insbesondere auf ein planares Verfahren für eine In-Situ-Erzeugung von Laserdioden-Spiegelflächen.
  • Die Eigenschaften von Galliumarsenid (GaAs), eine hohe Elektronenbeweglichkeit und einen direkten Energiebandlücken-Übergang aufzuweisen, sind vielversprechend für die Realisierung von elektronischen Bauelementen hoher Geschwindigkeit und von effizienten optischen Bauelementen. Ein optoelektronisches, integriertes Schaltkreis-Bauelement, das monolithisch sowohl optische Bauelemente als auch elektronische Schaltungen integriert, ist Ziel und Gegenstand neuerer, lebhafter Forschungsaktivitäten. Eine derartige Integration wird parasitäre Impedanzen beträchtlich reduzieren und kompakte, multifunktionale Niedrigenergie-Halbleiterbauelemente mit verbesserter Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit ermöglichen.
  • Allgemein sind GaAs-Laser verschiedener Strukturen und Verfahren zur Erzeugung derselben bekannt. Viele dieser bekannten Laser- Strukturen und Verfahren sind jedoch Beschränkungen unterworfen, wobei derartige Verfahren zur Herstellung entweder eines diskreten Bauelements oder eines solchen mit nur einem niedrigen Integrationsgradgeeignet sind. Zum Beispiel beschreibt die am 5. März 1985 veröffentlichte US-A Nr. 4 503 540 mit dem Titel "Phase-locked Semiconductor Laser Device" von H. Nakashima et al einen Halbleiterlaser mit einer Mehrzahl vertikal angeordneter aktiver Bereiche. Durch das Laser-Bauelement wird eine Mehrzahl von Strahlen erzeugt, wobei die Strahlen eine Kohärenz mit gleicher Wellenlänge und gleicher Phase aufweisen, als ob das Laserlicht von einem einzelnen Laser-Element emittiert würde. In ähnlicher Weise beschreibt die US-A Nr. 4 577 321 mit dem Titel "Integrated Quantum Well Lasers for Wave Length Division Multiplexing" von J. K. Carney eine Laser-Struktur, die eine Mehrzahl integrierter Quantentrog-Laser zur Bereitstellung einer Mehrzahl von Lichtstrahlen mit jeweils verschiedener Wellenlänge für die Verwendung beim Multiplexen zur Wellenlängenteilung aufweist.
  • Bislang sind Halbleiterlaser, die ein Paar von mechanisch gespaltenen Spiegelflächen verwenden, und Verfahren zur Herstellung derselben bekannt. Eine derartige Erzeugung von Spiegelflächen durch mechanisches Spalten erfordert übermäßige Waferhandhabung und Bedienereingriffe, was leicht zum Aufbringen von Verunreinigungen auf die gespaltenen Spiegelflächen führt. Weiterhin kann mechanisches Spalten auch den Abmessungen der Resonatorhohlraumlänge von Laserdiodenstrukturen eine untere Grenze setzen, die zuverlässig reproduzierbar sind. Ein Artikel mit dem Titel "Optoelectronic Integrated Transmitter with a Microcleaved Facet Aluminum Gallium Arsenide/Gallium Arsenide Quantum Well Laser" von H. Nobuhara et al, Seiten 650 bis 653, Technical Digest, 1985 IEDM, IEEE beschreibt ein Laserbauelement mit einer mikro-gespaltenen Fläche und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Gemäß dieses Artikels werden nach der Erzeugung der Laser-Heterostruktur und der damit verknüpften FET-Treiberschaltungen und als ein letzter Schritt des Herstellungsprozesses die Spiegelflächen des Laserbauelements durch einen Ätzprozeß mit einem verbesserten Verfahren zum Unterätzen gebildet.
  • Viele Forschungsbemühungen waren darauf gerichtet, ein Halbleiterbauelement mit monolithisch integrierten Laserdioden, Photomonitoren, Laser-Treiberschaltungen, logischen und anderen elektronischen Schaltkreisen herzustellen. Ein Artikel mit dem Titel "Monolithic Integration of a Laser Diode, Photo Monitor, and Electric Circuit on a Semi-insulating GaAs Substrate" von H. Matsueda et al, Seiten 779 bis 781, Applied Optics Volume 23, Nummer 6, (März 1984) beschreibt ein optoelektronisches Bauelement mit einer monolithisch integrierten Laserdiode, einem Photomonitor und Treiberschaltungen. Die beschriebenen Spiegelflächen der Laserdiode wurden durch Schaffung einer chemisch geätzten Vertiefung gebildet, nachdem die Laserdioden-Struktur erzeugt war. In dem Artikel wird erkannt, daß die Herstellung von Laser-Spiegelflächen ein herausforderndes technisches Problem ist.
  • Noch ein weiterer Artikel mit dem Titel "Monolithic Integration of an InGaAsP/InP Laser Diode with Heterojunction Bipolar Transistors" von J. Shibata et al, Seiten 191 bis 193, Applied Physics Letter, Volume 45, Nr. 4, (August 1984), beschreibt eine monolithische Integration einer vergrabenen Heterostruktur-Laserdiode zusammen mit auf Heterostruktur-Bipolartransistoren (HBTs) basierenden Treiberschaltungen. Die Laserdiode wurde in einer üblichen Weise hergestellt, wobei die Spiegelflächen später bei der Erzeugung eines Laserstreifens durch Ätzen gebildet wurden.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Spiegelflächen für eine Heterostruktur-Laserdiode bereitzustellen.
  • Eine weitere Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen planaren Prozeß zur Herstellung von Laserdioden- Strukturen bereitzustellen, der für eine hohe monolithische Integration von weiteren optischen Bauelementen, Treiberschaltungen, logischen und anderen elektronischen Schaltkreisen horizontal danebenliegend geeignet sind.
  • Es ist allgemein eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes optoelektronisches Laser-Bauelement bereitzustellen.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Prozeß bereitzustellen, der dazu geeignet und in der Lage ist, eine Laser-Struktur mit geringen Abmessungen herzustellen, wobei die Spiegelflächen in-situ erzeugt werden.
  • Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Prozeß zur Erzeugung verbesserter Spiegelflächen mit der gewünschten optischen Qualität und im wesentlichen frei von Verunreinigungen bereitzustellen.
  • Diese und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende, detailliertere Beschreibung eines planaren Prozesses zum Erzeugen eines optoelektronischen Bauelements einschließlich Laserdioden-Spiegelflächen offensichtlich werden, wobei die besonders neuartigen Prozeßschritte beinhalten: Bereitstellen eines halbisolierenden Galliumarsenid-Substrats mit darauf befindlichen Schichten aus n-dotiertem Galliumarsenid, n-dotiertem Aluminium-Galliumarsenid und undotiertern Galliumarsenid; Strukturieren und Ätzen der undotierten Galliumarsenidschicht in einen Formkern mit im wesentlichen senkrechten Wänden; Aufbauen von Isolator-Seitenwänden an den vertikalen Wänden; Entfernen des Formkerns, wodurch die Innenwandflächen der Isolator-Seitenwände freigelegt werden und die Isolator-Seitenwände freistehend zurückbleiben; Entfernen des Aluminium-Galliumarsenids unter Verwendung der Isolator-Seitenwand als Maske; und Bilden einer Laserdiode innerhalb des Bereichs zwischen den Isolator-Seitenwänden sowie Erzeugen der Spiegelflächen mit den Innenwandflächen der Isolator-Seitenwände.
  • Das Wesen, das Prinzip und der Nutzen der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Erfindung besser verständlich werden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen gesehen wird.
  • Details der Erfindung werden in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
  • FIG. 1A bis 1H Querschnittsansichten eines Teils eines Laserdioden-Bauelements sind, welche die Schritte bei der Herstellung des Bauelements gemäß des Verfahrens der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung einer Laserdiode 1, wobei Spiegelflächen 13 in-situ erzeugt werden (siehe FIG. 1G). Die vorliegende Erfindung, welche die In-Situ-Erzeugung von Spiegelflächen 13 einschließt, macht die Herstellung qualitativ hochwertiger, monolithischer Laserstrukturen möglich und erleichtert die monolithische Integration optoelektronischer und elektronischer Funktionsbaugruppen auf dem gleichen Halbleiterchip. In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zuerst die Laserdioden-Heterostruktur 1 gebildet, wobei die Spiegelflächen 13 im wesentlichen gleichzeitig in-situ erzeugt werden, und daraufhin folgt die Herstellung von Laser-Treiberschaltungen, logischen und anderen elektronischen Schaltkreisen, wobei im wesentlichen eine koplanare Endstruktur auf einem monolithischen Halbleiterchip erzeugt wird.
  • Bezugnehmend auf FIG. 1A beginnt der bevorzugte Prozeß gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem halb-isolierenden Substrat 2 aus Galliumarsenid (GaAs). Eine GaAs-Schicht 4 von etwa 0,25 um Dicke und mit einer n-Silizium-Dotierstoffkonzentration von etwa 2 10¹&sup8; cm&supmin;³ wird auf dem Substrat 2 abgeschieden. Auf der GaAs- Schicht 4 wird eine dünne Schicht 6 aus Aluminium-Galliumarsenid (AlGaAs) von etwa 0,025 um Dicke und mit einer n-Silizium-Dotierstoffkonzentration von vorzugsweise etwa 2 10¹&sup8; cm&supmin;³ abgeschieden. Eine undotierte GaAs-Schicht 8 mit einer Dicke von etwa 3,5 um wird dann auf die Oberseite der Schicht 6 aufgebracht. Die Schichten 4, 6 und 8 werden vorzugsweise durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder alternativ durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) abgeschieden.
  • Daraufhin wird eine SiOx-Schicht 10 mit einer ungefähren Dicke von 0,1 um auf der Schicht-Struktur der FIG. 1A durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) abgeschieden.
  • Auf die Oberseite der Schicht 10 wird eine Photoresistschicht 12 mit einer Dicke von ungefähr 1 um aufgebracht. Dann wird die Photoresistschicht 12 durch eine übliche Photomaskierung strukturiert, und die SiOx-Schicht 10 wird durch reaktives Ionenätzen (RIE) mit CF&sub4; geätzt. Wie in FIG. 1B der bevorzugten Ausführungsform dargestellt, wird daraufhin die undotierte Schicht 8 durch RIE mit CCl&sub2;F&sub2; und He geätzt, um einen Formkern 9 mit im wesentlichen senkrechten Wänden 44 zu bilden, wobei die AlGaAs-Schicht 6 als Ätzstopp wirkt.
  • Die Photoresistschicht 12 wird dann entfernt, und darauf wird eine deckende Isolatorschicht 14, zum Beispiel SixNy, mit einer ungefähren Dicke von 0,2 um abgeschieden. Unter Verwendung von gerichtetem RIE-Ätzen mit CF&sub4; wird daraufhin die isolierende SixNy-Schicht 14 geätzt, um Isolator-Seitenwände 14 mit im wesentlichen senkrechten Wänden 44 zu bilden. Die Struktur in diesem Stadium des Prozesses ist die in FIG. 1C gezeigte.
  • Nun wird die SiOx-Schicht 10 vorzugsweise durch Naßätzen mit gepufferter HF entfernt. Die darunterliegende GaAs-Schicht 8 wird dann durch RIE mit CCl&sub2;F&sub2; und He entfernt, wobei die AlGaAs- Schicht 6 als Ätzstopp verwendet wird. Unter Verwendung der Isolator-Seitenwände 14 als Maske wird die AlGaAs-Schicht 6 vorzugsweise durch RIE mit BCl&sub3; entfernt, wodurch die im wesentlichen senkrechten Innenwandflächen 45 der Isolator-Seitenwände 14 freigelegt werden und die Isolator-Seitenwände 14 freistehend zurückbleiben (siehe FIG. 1D). Die Isolator-Seitenwände 14 erleichtern die Erzeugung von Spiegelflächen 13 für die Heterostruktur-Laserdiode 1, die als nächstes beschrieben wird.
  • Gemäß der bevorzugten Ausführungsform wird dann ein Diodenlaser 1 in dem Bereich 15 zwischen den Isolator-Seitenwänden 14 gebildet. Dabei werden die Spiegelflächen 13 für den Diodenlaser 1 im wesentlichen gleichzeitig mit der Erzeugung der Laserdiode 1 an der Grenzschicht der Isolator-Seitenwände 14 und des Diodenlasers 1 längs der vertikalen Innenwandflächen 45 gebildet. Unter Bezugnahme auf FIG. 1E für die Erzeugung der Spiegelflächen 13 und des Diodenlasers 1 im einzelnen wird durch MOCVD selektiv in den Bereichen 15 und 17 (FIG. 1D) eine AlGaAs-Schicht 16 mit einer bevorzugten n-Silizium-Dotierstoffkonzentration von etwa 5 10¹&sup7; cm³ und einer ungefähren Dicke von etwa 1,5 um aufgebracht. Auf der Oberseite der Schicht 16 wird eine aktive Schicht 18 aus GaAs mit einer bevorzugten p-Zink-Dotierstoffkonzentration von ungefähr 1 10¹&sup7; cm&supmin;³ und einer Dicke von etwa 0,25 um abgeschieden. Dem folgt eine AlGaAs-Schicht 20 mit einer bevorzugten p-Zink- Dotierstoffkonzentration von etwa 5 10¹&sup7; cm³ und einer Dicke von etwa 1,5 um. Es folgt eine GaAs-Schicht 22 mit einer bevorzugten p-Zink-Dotierstoffkonzentration von 5 10¹&sup9; cm³ und einer Dicke von etwa 0,1 um zur Vervollständigung der Laserdioden-Heterostruktur 1.
  • Wie erkennbar ist, werden mit der Abscheidung der aktiven Schicht 18 im wesentlichen gleichzeitig in-situ die Spiegelflächen 13 längs der vertikalen Innenwandflächen 45 gebildet. Es sollte klar erkannt werden, daß die Spiegelflächen 13 im wesentlichen sofort auf die Entfernung des Formkerns 9 folgend gebildet werden. Folglich sind die vertikalen Innenwandflächen 45 und Spiegelflächen 13 im wesentlichen frei von Verunreinigungen, die ansonsten durch irgendwelche zwischenliegenden Prozeßzwischenschritte eingebracht werden könnten. Des weiteren beträgt die Dicke der Isolator-Seitenwände 14 vorzugsweise etwa die Hälfte der Wellenlänge des emittierten Lichts der Laserdiode 1. Solchermaßen resultiert die Laserdiode 1 mit den in-situ erzeugten Spiegelflächen 13 gemäß des vorliegenden neuartigen Prozesses in einer kompakten Gesamtstruktur.
  • Um die Laserdioden-Heterostruktur 1 und die Spiegelflächen 13 zu demaskieren, wird durch PECVD eine SixNy-Schicht 24 abgeschieden. Die SixNy-Schicht 24 wird durch ein übliches Photomaskierungsverfahren strukturiert und unter Verwendung von CF&sub4; geätzt, wobei ein SixNy-Bereich 46 zurückbleibt, der die Laserdiode 1 und die Spiegelflächen 13 bedeckt, wie in FIG. 1F dargestellt. Unter Verwendung des SixNy-Bereichs 46 als Maske werden freiliegende Bereiche der Schichten 16, 18, 20 und 22 vorzugsweise durch BCl&sub3;- Plasmaätzen entfernt, wobei die GaAs-Schicht 4 unbedeckt zurückbleibt, wie in FIG. 1G dargestellt. Kontakte zum Laserbauelement 1 werden durch die GaAs-Schicht 4 und durch Strukturieren und Ätzen durch den SixNy-Bereich 46 und Abscheiden eines p-Kontakt- Metallkomplexes, z.B. Titan/Platin/Gold, hergestellt.
  • Wenn das Laserbauelement 1 demaskiert ist, können weitere optoelektronische Bauelemente, die verschiedene Funktionen erfüllen, wie Lasertreiber, wobei Heterostruktur-Bipolartransistoren (HBTs) verwendet werden, optische Wellenleiter und logische Schaltungen horizontal längs neben dem Laserbauelement 1 liegend in einer monolithisch integrierten Weise auf dem halbisolierenden Substrat 2 über der n-dotierten GaAs-Schicht 4 hergestellt werden. Insbesondere wird eine GaAs-Schicht 26 mit einer n-Dotierstoffkonzentration von etwa 2 10¹&sup8; cm&supmin;³ und einer bevorzugten Dicke von etwa 1,3 um selektiv längs neben dem Bereich des Laserbauelements 1 liegend durch MOCVD abgeschieden, wodurch eine endfertige planare Waferoberfläche sichergestellt wird. Auf der Schicht 26 wird selektiv eine AlxGa1-xAs-Schicht 28 mit einem x- Wert von etwa 0,3 und einer Dicke von ungefähr 0,4 um abgeschieden. Die Schicht 28 ist auf gewünschte optische Eigenschaften zugeschnitten, um für die kohärente optische Ausgabe des Laserbauelements 1 über die Spiegelflächen 13 als ein optischer Wellenleiter zu wirken. Die Eigenschaften der Schicht 28 sind abhängig von der speziellen Anwendung. Um zum Beispiel die Ausgabe des Laserbauelements 1 an eine Faseroptik zu koppeln, sollten die Abmessungen und die Zusammensetzung der Schicht 28 derart sein, daß die Lichtkopplungseffizienz für den speziellen Faseroptik-Querschnitt maximiert ist. Für eine derartige Anwendung ist die Schicht 28 vorzugsweise n-dotiert und besitzt einen höheren Brechungsindex als jener ihrer umgebenden Schichten. Die Schichten 307 32, 34, 36 und 38 können dann selektiv entsprechend bekannter Festlegung von Prozeßschritten durch MOCVD abgeschieden werden, um Heterostruktur-Bipolartransistoren horizontal längs neben der Laserdiode 1 liegend zu bilden, und verbunden werden, um als (nicht gezeigte) Laserbauelement-Treiber und logische Schaltkreise zu wirken. Bezüglich bekannter Prozesse zur Herstellung von HBTs siehe zum Beispiel obenerwähnten Artikel von J. Shibata et al und einen Artikel mit dem Titel "Transport and Related Properties of (GA, Al)As/GaAs Double Heterostructure Bipolar Junction Transistors" von S. Tiwari et al, RC 11792, (1986), IBM Thomas J. Watson Research Center.
  • Der erfindungsgemäße Prozeß führt zu einem Halbleiterchip mit einer planaren Waferoberfläche, wie in FIG. 1H dargestellt, und mit darauf monolithisch integriertem Laserbauelement 1 mit in- situ gebildeten Spiegelflächen 13, Wellenleitern, Laser-Treibern, logischen und anderen elektronischen Schaltkreisen.
  • Zusammengefaßt können hochintegrierte (LSI) Chips mit Mehrfachfunktionen, die Laserstrukturen, Wellenleiter, weitere optische Bauelemente, Laser-Treiber, logische und andere elektronische Schaltkreise einschließen, gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Derartige LSI-Chips mit Mehrfachfunktionen bieten eine höhere Leistungsfähgikeit und eine größere Wirtschaftlichkeit.
  • Obwohl oben zwecks einer klaren Erläuterung und Darstellung der vorliegenden Erfindung eine einzelne, isolierte Laserstruktur detailliert erläutert und beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann aus den obenerwähnten Hinweisen und Darstellungen verständlich, daß eine große Zahl derartiger Laserstrukturen gleichzeitig hergestellt werden kann und daß derartige Laserstrukturen zusammen mit anderen optischen Bauelementen, elektronischen Schaltkreisen und Funktionsbaugruppen angeordnet werden kann, um einen nutzbringenden optoelektronischen Chip zu erzeugen, der das Wesentliche der vorliegenden Erfindung beinhaltet.
  • Obgleich die bevorzugte Ausführungsform der Anmelder für ihre Erfindung unter Verwendung von Galliumarsenid gezeigt und beschrieben ist, ist es klar, daß andere Alternativen, zum Beispiel andere III-V-Verbindungen, ebenso einsetzbar sind.
  • Obwohl die oben beschriebenen Schritte zur Festlegung einer Struktur in den FIG. 1A bis 1H anhand üblicher photolithographischer Techniken gezeigt und beschrieben sind, versteht es sich, daß andere lithographische Techniken, wie Elektronenstrahl- Lithographie und/oder Röntgenstrahl-Lithographie, verwendet werden können, um die Strukturen in dem vorliegenden, offenbarten Verfahren festzulegen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Heterostruktur-Lasers mit Spiegelflächen (13), das folgende Schritte enthält:
Bereitstellen eines halbisolierenden Substrats (2) mit einer über dem Substrat (2) liegenden, ersten Epitaxialschicht (4) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer über der ersten Epitaxialschicht (4) liegenden, zweiten Epitaxialschicht (6) des ersten Leitfähigkeitstyps und einer über der zweiten Epitaxialschicht (6) liegenden, dritten, undotierten Epitaxialschicht (8);
Strukturieren und Ätzen der dritten, undotierten Epitaxialschicht (8) in einen Formkern (9) mit im wesentlichen senkrechten Wänden (44);
Aufbauen von Isolator-Seitenwänden (14) an den senkrechten Wänden (44);
Entfernen des Formkerns (9), wodurch Innenwandflächen (45) der Isolator-Seitenwände (14) freigelegt werden und die Isolator-Seitenwände freistehend zurückbleiben;
Entfernen der zweiten Epitaxialschicht (6) unter Verwendung der Isolator-Seitenwände als Maske; und
Bilden des Heterostruktur-Lasers, der innerhalb des Bereichs (15) zwischen den Isolator-Seitenwänden (14) über der ersten Epitaxialschicht (4) liegt, wodurch die Spiegelflächen (13) an der Grenzschicht des Heterostruktur-Lasers und der Isolator-Seitenwände (14) erzeugt werden.
2. Verfahren zur Herstellung eines Heterostruktur-Lasers nach Anspruch 1, wobei die erste Epitaxialschicht (4) aus GaAs besteht.
3. Verfahren zur Herstellung eines Heterostruktur-Lasers nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Epitaxialschicht (6) aus AlGaAs besteht.
4. Verfahren zur Herstellung eines Heterostruktur-Lasers nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die dritte, undotierte Epitaxialschicht (8) aus GaAs besteht.
5. Verfahren zur Herstellung eines Heterostruktur-Lasers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolator-Seitenwände durch Abscheiden einer deckenden Siliziumnitrid- Schicht, die den Formkern überdeckt, und durch Ätzen der Siliziumnitrid-Schicht unter Verwendung von reaktivem Ionenätzen aufgebaut werden.
6. Verfahren zur Herstellung eines Heterostruktur-Lasers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Epitaxialschicht, die zweite Epitaxialschicht, die dritte Epitaxialschicht und der Heterostruktur-Laser durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung gebildet werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Heterostruktur-Laser aus einer Laserdiode besteht.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zur Herstellung eines optoelektronischen integrierten Schaltkreis-Bauelements verwendet wird und des weiteren folgende Schritte enthält:
Bilden weiterer optoelektronischer Bauelemente längs neben dem Heterostruktur-Laser, wobei die Oberseiten der weiteren optoelektronischen Bauelemente im wesentlichen koplanar mit der Oberseite des Heterostruktur-Lasers sind.
9. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen integrierten Schaltkreis-Bauelements nach Anspruch 8, wobei das Bilden der weiteren optoelektronischen Bauelemente die Erzeugung eines optischen Wellenleiters beinhaltet.
10. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen integrierten Schaltkreis-Bauelements nach Anspruch 8, wobei das Bilden der weiteren optoelektronischen Bauelemente die Erzeugung von Heterostruktur-Bipolartransistoren beinhaltet.
DE69009844T 1989-04-19 1990-03-13 Erzeugung von Laser-Spiegelflächen und Integration von optoelektronischen Bauelementen. Expired - Fee Related DE69009844T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/340,195 US4933302A (en) 1989-04-19 1989-04-19 Formation of laser mirror facets and integration of optoelectronics

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69009844D1 DE69009844D1 (de) 1994-07-21
DE69009844T2 true DE69009844T2 (de) 1995-01-05

Family

ID=23332294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69009844T Expired - Fee Related DE69009844T2 (de) 1989-04-19 1990-03-13 Erzeugung von Laser-Spiegelflächen und Integration von optoelektronischen Bauelementen.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4933302A (de)
EP (1) EP0394167B1 (de)
JP (1) JPH0685458B2 (de)
DE (1) DE69009844T2 (de)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01220492A (ja) * 1988-02-26 1989-09-04 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置及びその製造方法
US5057022A (en) * 1989-03-20 1991-10-15 Miller Robert O Method of making a silicon integrated circuit waveguide
EP0416190B1 (de) * 1989-09-07 1994-06-01 International Business Machines Corporation Verfahren zur Spiegelpassivierung bei Halbleiterlaserdioden
EP0450255B1 (de) * 1990-04-06 1994-07-06 International Business Machines Corporation Verfahren zur Erzeugung der Stegstruktur eines selbstausrichtenden Halbleiterlasers
US5155560A (en) * 1991-07-22 1992-10-13 Eastman Kodak Company Semiconductor index guided laser diode having both contacts on same surface
JP2817703B2 (ja) * 1996-04-25 1998-10-30 日本電気株式会社 光半導体装置
JP2003258367A (ja) * 2002-03-05 2003-09-12 Mitsubishi Electric Corp 光送信器および光モジュール
US8045595B2 (en) * 2006-11-15 2011-10-25 Cree, Inc. Self aligned diode fabrication method and self aligned laser diode
US7813400B2 (en) * 2006-11-15 2010-10-12 Cree, Inc. Group-III nitride based laser diode and method for fabricating same
US7656493B2 (en) * 2007-07-31 2010-02-02 Arthur Alan R Pixel well electrodes

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5269285A (en) * 1975-12-05 1977-06-08 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor laser device
US4054363A (en) * 1975-12-15 1977-10-18 Tokyo Institute Of Technology Multi-hetero-structure waveguide type optical integrated circuitry
JPS54115087A (en) * 1978-02-28 1979-09-07 Nec Corp Double hetero junction laser of stripe type
US4230997A (en) * 1979-01-29 1980-10-28 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Buried double heterostructure laser device
JPS5680195A (en) * 1979-12-05 1981-07-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor laser device
US4348763A (en) * 1980-08-07 1982-09-07 Hewlett-Packard Company Multiple stripe leaky mode laser
US4440841A (en) * 1981-02-28 1984-04-03 Dai Nippon Insatsu Kabushiki Kaisha Photomask and photomask blank
JPS57176785A (en) * 1981-04-22 1982-10-30 Hitachi Ltd Semiconductor laser device
JPS57207387A (en) * 1981-06-16 1982-12-20 Nec Corp Semiconductor optical function element
JPS58213490A (ja) * 1982-06-07 1983-12-12 Fujitsu Ltd 半導体発光素子及びその製造方法
JPS5922988A (ja) * 1982-07-28 1984-02-06 Res Assoc Residual Oil Process<Rarop> 重質油の熱改質方法
DE3233093C2 (de) * 1982-09-07 1984-11-29 Gerhard 2000 Schenefeld Grosskreuz Vorrichtung zum gleichzeitigen Abfüllen eines flüssigen oder festen, fließfähigen Mediums in mehrere Gebinde, wie Behälter, Fässer, Packungen od.dgl.
JPS6062175A (ja) * 1983-09-14 1985-04-10 Oki Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法
US4577321A (en) * 1983-09-19 1986-03-18 Honeywell Inc. Integrated quantum well lasers for wavelength division multiplexing
NL8304008A (nl) * 1983-11-22 1985-06-17 Philips Nv Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling.
JPS60229389A (ja) * 1984-04-26 1985-11-14 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子
JPS61265888A (ja) * 1985-05-20 1986-11-25 Nec Corp 半導体レ−ザの製造方法
JPS6298787A (ja) * 1985-10-25 1987-05-08 Fujitsu Ltd 半導体レ−ザの製造方法
US4791647A (en) * 1986-06-17 1988-12-13 Nec Corporation Semiconductor laser
US4839308A (en) * 1986-07-21 1989-06-13 Gte Laboratories Incorporated Method of making an external-coupled-cavity diode laser

Also Published As

Publication number Publication date
EP0394167A2 (de) 1990-10-24
EP0394167A3 (de) 1991-08-21
EP0394167B1 (de) 1994-06-15
US4933302A (en) 1990-06-12
JPH0685458B2 (ja) 1994-10-26
DE69009844D1 (de) 1994-07-21
JPH02299283A (ja) 1990-12-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69204828T2 (de) Herstellung von Laserdioden mit durch Spaltung erzeugten Stirnflächen auf einem vollständigen Wafer.
DE69010485T2 (de) Verfahren zur Erzeugung der Stegstruktur eines selbstausrichtenden Halbleiterlasers.
DE2347802C2 (de) Verfahren zur Herstellung eines dielektrischen optischen Wellenleiters, sowie die hiernach hergestellten optischen Wellenleiter
DE3731312C2 (de) Verfahren zum Vereinzeln von monolithisch hergestellten Laserdioden
DE68909779T2 (de) Methode zur Verbesserung der Ebenheit geätzter Spiegelfacetten.
DE3689067T2 (de) Verfahren zur herstellung von optischen halbleiterstrukturen.
DE102014101530B4 (de) Halbleiterlaser und geätzte-Facetten integrierte Vorrichtungen, welche H-förmige Fenster haben
DE69300772T2 (de) Mittels MOCVD auf einem strukturiertem Substrat aufgewachsene Laser mit vergrabener Heterostruktur.
DE68913934T2 (de) Verstimmbarer Halbleiterdiodenlaser mit verteilter Reflexion und Verfahren zum Herstellen eines derartigen Halbleiterdiodenlasers.
DE69017332T2 (de) Verfahren zum Herstellen einer eine Mesa enthaltenden Halbleiteranordnung.
DE69009844T2 (de) Erzeugung von Laser-Spiegelflächen und Integration von optoelektronischen Bauelementen.
DE69029207T2 (de) Optische Halbleitervorrichtung
DE60034607T2 (de) Oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator (VCSEL) unter Verwendung von vergrabenen Bragg-Reflektoren und Herstellungsverfahren
DE69102263T2 (de) Halbleiteranordnung mit einer auf einem strukturierten Substrat aufgewachsenen Schichtstruktur.
DE69020717T2 (de) Verfahren zur Herstellung von selbststabilisierten Halbleitergittern.
DE3855551T2 (de) Halbleiter-Laservorrichtung und deren Herstellungsverfahren
EP0332116B1 (de) Verfahren zum monolithischen Herstellen von stirnflächenkoppelbaren optoelektronischen und/oder optischen Bauelementen mit Stegwellenleiterstruktur
DE3650133T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit versenktem Heteroübergang.
DE69203784T2 (de) Gewinngekoppelter Halbleiterlaser mit verteilter Rückkoppelung.
DE3714512C2 (de)
DE3887567T2 (de) Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung.
EP0390061B1 (de) Verfahren zur Herstellung monolithisch integrierter optoelektronischer Module
US5863809A (en) Manufacture of planar photonic integrated circuits
DE3886751T2 (de) Methode zum Ätzen von Spiegelfacetten an III-V-Halbleiterstrukturen.
DE69123709T2 (de) Optoelektronische integrierte Schaltung mit einem Langwellensender

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee