DE69010364T2 - Laserdiode und Verfahren zur Herstellung derselben. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf eine Laserdiode und deren Herstellungsverfahren, genauer gesagt, auf eine Laserdiode, die mit einer ausgewählten Lichtwellenlänge strahlt.
• Laserdioden werden z.B. als Lichtquelle in optischen Übertragungssystemen angewendet. Um den Einfluß von Wellenlängendispersion in optischen Faserleitern zu reduzieren, werden Laserdioden benötigt, die mit einer einzelnen Wellenlänge strahlen. Um diese Anforderung zu erfüllen werden Beugungsgitter in Wellenleitern der Dioden erzeugt. Eine verteilte Rückkopplungslaserdiode (DFB- LD), die das Gitter verwendet, ist z.B. in "Optical Integrated Circuit - foundation and application", April 1988, Asakura shoten, Japan, beschrieben.
• In der DFB-LD nach dem Stand der Technik wird die Dicke eines Mediums periodisch verändert, um das Gitter auszubilden. Dadurch wird der Brechungsindex eines Wellenleiterbereichs periodisch verändert. Dann wird eine Lichtwellenlänge in Übereinstimmung mit der Periode des Gitters ausgewählt, so daß die DFB-LD mit einer ausgewählten Wellenlänge strahlt.
• Jedoch besitzt die DFB-LD nach Stand der Technik einen Sperrbereich mit einer Bragg-Wellenlänge entsprechend dem Gitter. Somit wird um die Bragg- Wellenlänge herum eine Strahlung mit zwei Wellenlängen verursacht.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Laserdiode zu schaffen, die mit einer einzelnen Wellenlänge strahlt, und ein Verfahren für deren Herstellung.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine DFB-LD zu schaffen, die eine einzelne Wellenlänge auswählt, und ein Verfahren für deren Herstellung.
• Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden abwechselnd ein lichtverstärkender Bereich und ein lichtabsorbierender Bereich im Wellenleiter ausgebildet. Beide Bereiche sind mit einer Periode entsprechend der Bragg- Wellenlänge angeordnet. So wird Lichtrückkopplung unter Verwendung von Verstärkungskopplung geleistet, so daß die erfindungsgemäße DFB-LD mit einer einzelnen Wellenlänge strahlt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Figuren 1 bis 3 sind eine Draufsicht und Schnittdarstellungen einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen DFB-LD.
• Figuren 4A bis 4F und Figuren 5A bis 5F stellen einen Herstellungsprozeß der erfindungsgemäßen Ausführungsform dar.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
• Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen DFB-LD ist in Figuren 1 bis 3 dargestellt. Figur 1 zeigt eine Draufsicht, Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in Figur 1, und Figur 3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in Figur 2.
• Eine erste Sperrschicht 2 bestehend aus Fe-dotiertem InP ist auf einem n-InP- Substrat 1 ausgebildet. In der ersten Sperrschicht 2 wird eine streifenförmige Rille 18 erzeugt.
• Wie in Figur 3 gezeigt, sind in der Rille 18 und auf der Sperrschicht 2 eine Wellenleiter-Schicht 8, eine aktive Schicht 9 und eine Pufferschicht 10 nacheinander ausgebildet. Die drei Schichten bestehen aus undotiertem InGaAsP. Die Wellenleiter-Schicht 8 und die Pufferschicht 10 werden mit Rücksicht auf eine Charakteristik der DFB-LD verwendet. Die aktive Schicht 9 auf der ersten Sperrschicht 2 wird für die Laserstrahlung nicht verwendet.
• In der Rille 18 sind, wie in Figur 2 gezeigt eine untere Mantelschicht 7 aus n-InP und eine zweite Sperrschicht 2a entlang der aktiven Schicht 9 angeordnet. Die zweite Sperrschicht 2a ist ein Teil der ersten Sperrschicht 2.
• Die untere Mantelschicht 7 und die zweite Sperrschicht 2a sind abwechselnd mit einer ausgewählten gleichen Periode = mλ/2ne angeordnet. Dabei ist m eine positive ganze Zahl, λ die Lichtwellenlänge und ne der effektive Brechungsindex. Die Periode entspricht der Bragg-Wellenlänge der DFB-LD.
• Eine obere Mantelschicht 11 bestehend aus p-InP wird auf der Pufferschicht 10 ausgebildet, und eine Kontaktschicht 12 bestehend aus p-InGaAsP wird auf dieser Mantelschicht ausgebildet. Ein SiN-Film 13 mit einem Kontakffenster 14 ist auf der Kontaktschicht 12 ausgebildet. Eine AuZn-Elektrode 15 ist mit der Kontaktschicht 12 durch das Fenster 14 verbunden. Eine AnGeNi-Elektrode 16 ist auf der unteren Oberfläche des Substrats 1 ausgebildet.
• In der oben beschriebenen Struktur fließt, wenn eine vorgeschriebene Spannung an die Elektroden 15 und 16 angelegt wird, nur durch die untere Mantelschicht 7 Strom zur aktiven Schicht 9. In der aktiven Schicht 9 tritt über der unteren Mantelschicht 7 ein Strominjektionsbereich auf, und ein Bereich ohne Injektion tritt über der zweiten Sperrschicht 2a auf. Dementsprechend werden Lichtverstärkung und -absorption in Lichtausbreitungsrichtung wiederholt.
• Wie oben beschrieben, wird in der Ausfühwngsform durch diese alternierende Anordnung Lichtrückkopplung, d.h. Verstärkungskopplung, erzeugt. Durch die Verwendung der Verstärkungskopplung tritt keine Sperrschicht auf, so daß eine einzelne Wellenlänge der Laserstrahlung ausgewählt werden kann. Als nächstes wird ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren beschrieben.
• Figuren 4A bis 4F und Figuren 5A bis 5F sind schematische Darstellungen, die das Herstellungsverfahren der Ausführungsform zeigen. Figuren 4A bis 4F sind Schnittdarstellungen entsprechend Figur 2. Figuren 5A bis 5F sind Schnittdarstellungen entsprechend Figur 3.
• Zunächst wird, wie in den Figuren 4A und 5A gezeigt, durch chemische Abscheidung aus der Gasphase (CVD) eine erste Sperrschicht 2 (2,5 um) aus Fe- dotiertem InP auf einem n-InP-Substrat 1 ausgebildet. Ein SiN-Film 31(2000 Å) wird auf der ersten Sperrschicht 2 durch Plasma-CVD ausbildet. Ein positives Abdeckmaterial 41 wird als eine Maske (1 um) auf dem SiN-Film 31 aufgebracht und wird durch Fotolithografie mit einem vorgeschriebenen Muster versehen. Dann wird der SiN-Film 31 selektiv durch Trockenätzen mit dem Muster des Abdeckmaterials 41 entfernt, so daß eine streifenförmige Öffnung 17 (1,5 um Breite) ausgebildet wird.
• Wie in den Figuren 4B und 5B gezeigt, wird das Abdeckmaterial 41 entfernt. Dann wird die erste Sperrschicht 2 mit dem, als Maske dienenden SiN-Film 31 trockengeätzt, um eine streifenförmige Rille 18 zu erzeugen. Die Rille 18 ist z.B. 0,5 um tief und reicht nicht durch die Sperrschicht 2. Für das Trockenätzen wird zum Beispiel ein Gasgemisch aus Ar und Cl&sub2; verwendet.
• Wie in den Figuren 4C und 5C gezeigt wird durch Plasma-CVD ein zweiter SiN- Film 32 (1000 Å) in der Rille 18 und auf dem ersten SiN-Film 31 ausgebildet. Dann wird ein positives Abdeckmaterial 42 (500 Å) für den Elektronenstrahl auf die oben erwähnte Struktur aufgebracht. Dann wird durch Interferenzbelichtungsverfahren und Entwicklung ein Abdeckmaterialmuster 5 (2400 Å Pitch) für ein Gitter ausgebildet.
• Wie in den Figuren 4D und 5D gezeigt, wird der zweite SiN-Film 32 durch Atzen mit dem Muster aus dem, als Maske dienenden Abdeckmaterial 42 selektiv entfernt, wobei eine HF-Lösung verwendet wird. Das Abdeckmaterial 42 wird dann entfernt.
• Durch Trockenätzen mit dem zweiten, als Maske dienenden SiN-Film 32 wird eine Vertiefung 6 ausgebildet, die bis in das Substrat 1 reicht. Deshalb wird eine zweite Sperrschicht 2a periodisch ausgebildet, wie in Figur 4D gezeigt. Das Äztgas ist eine Mischung aus Ar und Cl&sub2;. In Figur 4D ist die Vertiefung 6 ungefähr 1200 Å breit und ungefähr 3 um tief.
• Wie in den Figuren 4E und 5E gezeigt, wird in der Vertiefung 6 durch MOCVD eine untere Mantelschicht 7 bestehend aus n-InP ausgebildet. In Figur 5E liegt ein oberer Teil der Mantelschicht 7 unterhalb eines oberen Teils der ersten Sperrschicht 2. Die Lücke beträgt ungefähr 0,3 um. Die SiN-Filme 31 und 32 werden dann entfernt.
• Wie in den Figuren 4F und 5F gezeigt, werden in der Rille 18 und auf der ersten Sperrschicht 2 durch Flüssigphasenepitaxie nacheinander eine Wellenleiterschicht 8 (0,1 um Dicke, λg = 1,3 um), eine aktive Schicht 9 (0,1 um Dicke, λg = 1,55 u m) und eine Pufferschicht 10 (0,1 um Dicke, λg = 1,3 um) ausgebildet. Diese Schichten 8, 9 und 10 bestehen aus undotiertem InGaAsP. Dabei ist λg eine Wellenlänge entsprechend einer Bandlücke einer jeden Schicht. Dann wird eine obere Mantelschicht 11 (ungefähr 1 um) bestehend aus p-InP und eine Kontaktschicht 12 (0,5 um) aus p-InGaAsP ausgebildet.
• Dann wird durch Plasma-CVD ein SiN-Film 13 (2000 Å) auf der Kontaktschicht 12 ausgebildet. Der SiN-Film 13 wird durch Fotolithografie selektiv entfernt, so daß ein streifenförmiges Kontaktfenster 14 ausgebildet wird.
• Schließlich wird eine AuZn-Elektrode 15 auf der Kontaktschicht 12 und eine AuGeNi-Elektrode 16 auf der Unterseite des Substrats 1 ausgebildet.
• Der Umfang dieser Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt, sondern umfaßt viele Modifikationen und Variationen, die für einen Fachmann offensichtlich sind.
• Z.B. könnte die untere Mantelschicht 7 in der Rille 18 ohne die Vertiefung 6 durch Eindiffundieren von Fremdatomen oder Ionenimplantation hergestellt werden.

Claims (4)

1. Laserdiode, die folgendes umfaßt:

ein Substrat (1),

eine erste Sperrschicht (2), die auf dem Substrat (1) angeordnet ist, wobei die erste Sperrschicht (2) eine streifenförmige Rille (18) aufweist,

eine Wellenleiterschicht, die in der Rille (18) angeordnet ist,

eine aktive Schicht (9), die auf der Wellenleiterschicht in der Rille (18) angeordnet ist, und

eine erste Mantelschicht (11), die über der aktiven Schicht (9) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, daß

die Wellenleiterschicht eine zweite Sperrschicht (2a) und eine zweite Mantelschicht (7) umfaßt, wobei die zweite Sperrschicht (2a) und die zweite Mantelschicht (7) mit einer Periode entsprechend der Bragg-Wellenlänge in Längsrichtung in der Rille (18) abwechselnd angeordnet sind.

2. Laserdiode nach Anspruch 1, die weiterhin folgendes umfaßt:

eine Kontaktschicht (12), die über der ersten Mantelschicht (11) angeordnet ist,

eine erste Elektrode (15), die elektrisch mit der Kontaktschicht (12) verbunden ist, und

eine zweite Elektrode (16), die elektrisch mit dem Substrat (1) verbunden ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode, das folgende Schritte umfaßt:

Vorsehen eines Substrats (1) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfäche, die im wesentlichen gegenüber der ersten Oberfläche liegt;

Ausbilden einer ersten Sperrschicht (2) auf der ersten Oberfläche des Substrats (1);

Ausbilden einer streifenförmigen Rille (18) in der ersten Sperrschicht (2);

Abwechselndes Ausbilden einer zweiten Mantelschicht (7) und einer zweiten Sperrschicht (2a) in Längsrichtung in der Rille (18) mit einer Periode entsprechend der Bragg-Wellenlänge;

Ausbilden einer aktiven Schicht (9) über der ersten Mantelschicht (7) und der zweiten Sperrschicht (2a); und

Ausbilden einer ersten Mantelschicht (11) über der aktiven Schicht (9).

4. Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode nach Anspruch 3, das weiterhin folgende Schritte umfaßt:

Ausbilden einer Kontaktschicht (12) auf der ersten Mantelschicht (11);

Ausbilden einer ersten Elektrode (15) über der Kontaktschicht (12), die mit dieser elektrisch verbunden werden soll;

Ausbilden einer zweiten Elektrode (16) auf der zweiten Oberfläche des Substrats (1).