DE69411696T2

DE69411696T2 - Verfahren zur Herstellung eines integrierten, optischen Halbleiterschaltkreises

Info

Publication number: DE69411696T2
Application number: DE69411696T
Authority: DE
Inventors: Tomoaki C/O Nec Corporation Tokyo Kato
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 1999-03-11
Anticipated expiration: 2014-12-28
Also published as: US6224667B1; CA2139140C; EP0661783B1; JP2682421B2; DE69411696D1; CA2139140A1; JPH07202334A; EP0661783A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer lichtintegrierten Halbleiterschaltung, insbesondere ein verbessertes MOVPE-Verfahren (Metalorganic Vapor Phase Epitaxy - metallorganische Dampfphasenepitaxie) für die Durchführung des epitaxialen WachstumsVorgangs.
Kürzlich wurden bei der Herstellungstechnik für Halbleiter Wachstumsverhinderungsmasken auf beiden Seiten einer streifenförmigen Öffnung vorgesehen, und eine Halbleiterschicht wurde selektiv auf der Öffnung mittels MOVPE (metallorganischer Dampfphasenepitaxie) aufgewachsen, was als selektive MOVPE bezeichnet wird. Bei dieser Technik kann eine optischen Wellenleitervorrichtung ohne Ätztechnik gebildet werden, wodurch die Herstellung vereinfacht und das Herstellungsergebnis verbessert werden kann. Wenn die selektive MOVPE-Technik auf epitaxiales Wachsen einer Quantenwell- bzw. Quantenmuldenstruktur zusammengesetzter Halbleiter der III-V-Familie angewendet wird, hängt die Diffusion des aufgewachsenen Ausgangsmaterials (hauptsächlich III-Familie organische Metallmaterialien) im Dampf von der Breite der Maske ab, wodurch die Zusammensetzung in der festen Phasen sich bezüglich des Ausgangsmaterials ändert, und die Wachstumsgeschwindigkeit hängt von der Breite der Maske ab, durch die sich die Breite der Quantenwellstrukturschicht ändert. Beruhend auf dem zusammenwirkenden Effekt der oben beschriebenen Theorie kann die Bandlückenenergie (Transmis sionsenergie in dem ersten Energiepegel zwischen Valenzelektronenband und Leitfähigkeitsband) auf dem gleichen Substrat durch einen einzelnen MOVPE-Wachstumsprozeß unter Verwendung einer Maske mit teilweise unterschiedlicher Breite geändert werden. Diese Art Technik ist gut für die Herstellung einer integrierten optischen Schaltung, die zur monolithischen Integration optisch arbeitender Vorrichtungen mit unterschiedlichen Bandlückenenergien benötigt wird. Der Erfinder hat eine integrierte Lichtquelle und einen abstimmbaren DBR-Laser, die jeweils durch monolithische Integration eines optischen Modulators vom Feldabsorbertyp gebildet sind, und einen verteilten Rückkopplungslaser vorgeschlagen.
Sowohl die Änderung der Zusammensetzung der festen Phase als auch der Dicke der aufgewachsenen Schicht in Abhängigkeit der Differenz der Maskenbreite führen im selben Ausmaß zu der Bandlückenvariation, wobei diese durch Änderung der Wachstumsbedingung eingestellt werden kann. Das heißt, daß die Dicke der selektiv aufgewachsenen Schicht sich ändert, wenn die Maske in der Breite geändert wird, um die Bandlückenenergie zu steuern, auch wenn ein Benutzer dies nicht wünscht.
In der Praxis ist eine solche Quantenwellstrukturschicht zwischen dotieren Deckschichten eingefaßt, und es wird Strom injiziert oder ein elektrisches Feld an die Wellstruktur angelegt, um die optische Funktion der Muldenschicht zu erzeugen. Bei diesen Vorgängen werden elektrische Eigenschaften, wie etwa der Vorrichtungswiderstand und die Nachweis-Rückwärtsspannung (reverse proof voltage) in Abhängigkeit der Dickenänderung der Maske geändert, und deshalb können sich wichtige Parameter für die Zuverlässigkeit der optisch arbeitenden Vorrichtung ändern. Wenn die Breite der Schichten sehr unterschiedlich auf dem Substrat sind, können sie zu einer Verschlechterung der Qualität des photolithographischen Prozesses führen.
EP-A-0558089 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer integrierten optischen Schaltung mittels einer selektiven Wachstumstechnik. Eine Öffnung wird auf einem Halbleitersubstrat durch eine Wachstumsverhinderungsmaske umrissen, die die Öffnung umgibt. Die Wachstumsverhinderungsmaske hat verschiedene Breiten in der Längsrichtung, um die Bandlückenenergie zu steuern. Auf der ausgesetzten Substratoberfläche innerhalb des Öffnungsbereichs werden nacheinander eine Wellenleiterschicht, eine Quantenwellstruktur und eine Deckschicht aufgewachsen. Das Wachstum findet bei einem Druck zwischen 2666 und 26666 Pascal (20 und 200 Torr) statt. Die aktive Schicht wird bei 5332 Pascal (40 Torr) abgeschieden.
Andererseits offenbart WO-A-93/22793 ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl optoelektrischer Komponenten auf einem Halbleitersubstrat, wobei jede optoelektrische Komponente verschiedene Schichten aufweist, die bei einer Reaktion aufwachsen. Jede Schicht wird unter einem vorgegebenen Anfangsdruck aufgewachsen. Die aktiven Schichten aller Komponenten liegen im wesentlichen auf derselben Höhe. Die Steuerung des Drucks in dem Reaktor ermöglicht es, daß die Dicke der aufgewachsenen Schichten konstant sind oder sich über einem Substratgebiet ändern.
Des weiteren offenbart "Electronics and Communications in Japan", Teil 2, Band 76, Nr. 4, April 1993, Seiten 1-11, eine Bandlückenenergiesteuertechnik für Quantenwellstrukturen unter Verwendung des selektiven Metalldampfphasenepitaxiewachstums (MOVPE), was eine verbesserte Herstellungstechnik ist. Als ein Anwendungsbeispiel wird eine integrierte Lichtquelle durch Integrieren eines abstimmbaren Lasers, eines verteilten Rückkopplungslasers (Distributed Feedback Laser, DFB) und eines optischen Halbleitermodulators vorgeschlagen. Dann werden die Abstimmeigenschaften und die Extinktionscharakteristika überprüft. Dies vereinfacht das Herstellungsverfahren des bisherigen schwierigen Verfahrens der photonischen integrierten Halbleiterschaltungen und erleichtert die Möglichkeit zur Entwicklung hochdicht integrierter Elemente.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer integrierten optischen Halbleiterschaltung zu schaffen, durch das stabile elektrische Eigenschaften erreicht werden können.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer integrierten optischen Halbleiterschaltung zu schaffen, mit dem die photolithographische Verarbeitung präzise ausgeführt werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Die weiteren Ansprüche betreffen verschiedene vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer integrierten optischen Halbleiterschaltung entsprechend der Erfindung werden eine Lichtwellenleiterschicht und eine Deckschicht auf einer länglichen Öffnung durch Epitaxialwachstumstechnik unter Verwendung eines relativ niedrigen Wachstumsdrucks aufgewachsen. Im Gegensatz zu diesen Schichten wird eine Quantenwellstrukturschicht selektiv auf der länglichen Öffnung durch Epitaxialwachstumstechnik unter Verwendung eines relativ hohen Wachstumsdrucks vorgesehen.
Das heißt, das Verfahren zur Herstellung einer integrierten optischen Halbleiterschaltung entsprechend der Erfindung enthält die folgenden Schritte:
(a) Bilden einer länglichen Öffnung auf einem Halbleitersubstrat;
(b) Bilden einer Maskierungsschicht, die die längliche Öffnung auf dem Halbleitersubstrat umgibt, um so verschiedene Breiten in der Längsrichtung zur Steuerung der Bandlückenenergie zu haben;
(c) selektives Bilden einer Lichtwellenleiterschicht auf der länglichen Öffnung durch epitaxiale Wachstumstechnik unter Verwendung eines relativ niedrigen Wachstumsdrucks;
(d) selektives Bilden einer Quantenwellstrukturschicht auf der länglichen Öffnung durch epitaxiale Wachstumstechnik unter Verwendung eines relativ hohen Wachstumsdrucks; und
(e) selektives Bilden einer Deckschicht auf der longitudinalen Öffnung durch epitaxiale Wachstumstechnik unter Verwendung eines relativ niedrigen Wachstumsdrucks.
Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die die Struktur der zur Erläuterung der Theorie verwendeten, integrierten optischen Halbleiterschaltung zeigt, auf der die gemachte Erfindung beruht.
Fig. 2 ist eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Maskenbreite und der Dicke der Schichten der zur Erläuterung der Theorie verwendeten integrierten Schaltung zeigt, auf der die gemachte Erfindung beruht.
Fig. 3 ist eine Aufsicht, die eine integrierte optische Halbleiterschaltung zeigt, welche durch ein Verfahren einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform hergestellt wurde.
Fig. 4A bis 4C sind Querschnittsansichten, die Herstellungsschritte bei der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigen.
Fig. 5 ist eine Aufsicht, die eine integrierten optischen Halbleiterschaltung zeigt, welche durch ein Verfahren einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform hergestellt wurde.
Fig. 6A bis 6C sind Querschnittsansichten, die die Herstellungsschritte der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigen.
Zunächst wird nun die Theorie der Erfindung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine integrierte optische Schaltung, die Deckschichten 11 und 12, eine Maskierungsschicht 14 mit einer Breite gleich Wn und eine nichtdotierte Schicht 15 enthält. Die Erfindung beruht auf der Theorie, daß die Beziehung zwischen der Dicke der selektiv aufgewachsenen Schichten (11, 12 und 15) und der Bandlückenenergie zu der Breite der Maskierungsschicht 14 sich in Abhängigkeit von der Änderung des Wachstumsdrucks der selektiv aufgewachsenen Schichten (11, 12 und 15) ändert. Das heißt, die Quantenwellstruktur 15, von der eine große Änderung der Bandlückenenergie gefordert wird, wird selektiv mit einem relativ hohen Wachstumsdruck aufgewachsen, um die Abhängigkeit der Bandlückenenergie von der Breite der Maske 14 auszubilden. Die Deckschichten 11 und 12, von denen keine große Änderung der Bandlückenenergie gefordert wird, werden selektiv mit einem relativ niedrigen Wachstumsdruck aufgewachsen, um das Anwachsen der Dicke der selektiv aufgewachsenen Schichten (11, 12 und 15) einzugrenzen. Dies kann als "Dynamic Pressure Control Type of Selective MOVPE Technology" (dynamischer druckgesteuerter selektiver MOVPE-Technologietyp) bezeichnet werden.
Im allgemeinen ist zu verstehen, daß die Änderung ΔE der Bandlückenenergie in bezug auf die Änderung der Breite der Maske in Abhängigkeit von der Änderung des Wachstumsdrucks bei der selektiven MOVPE-Aufwachsverarbeitung geändert wird, da das Gleichgewicht zwischem dem Verbrauch, der Diffusion und dem Abspalten von Ausgangsmaterial in Abhängigkeit von der Änderung des Wachstumsdrucks geändert wird. Genauer gesagt, wenn die Fließgeschwindigkeit des Ausgangsmaterialgases durch Erhöhen des Wachstumsdrucks verringert wird, wird sich ein Konzentrationsgradient in der Phase ausbilden, und deshalb wird die Diffusion der Maske in einer seitlichen Richtung erhöht und die Änderung ΔE der Bandlückenenergie relativ zur Änderung der Breite der Maske drastisch geändert. Gleichzeitig wird die Menge Ausgangsmaterial, das sich von der Maske abspaltet, begrenzt, so daß eine größere Menge Ausgangsmaterial den selektiven Wachstumsschichten zugeführt wird.
Entsprechend der Erfindung geht keiner der Vorteile der selektiven MOVPE-Wachstumstechnik, die im Anschluß gezeigt sind, verloren:
(a) Kein Naßätzen einer Halbleiterschicht ist nötig, so daß das Produktionsergebnis und die Stabilität gut sind.
(b) Keine nutzlosen Absorberverluste werden geschaffen, da keine Dummy-Schicht zum Trockenätzen einer leitfähigen Schicht benötigt wird.
(c) Es gibt keine Diffusionsverluste, weil bei der Wachstumsverarbeitung auf natürliche Art ein Lichtwellenleiter ausgebildet wird, der eine sehr glatte Oberfläche hat.
(d) Es gibt keine Reflexion am Verbindungsabschnitt der Lichtwellenleiter, die durch andere Wachstumsverarbeitungen ausgebildet sind.
Als nächstes werden erste und zweite bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Fig. 3 zeigt eine integrierte Lichtquelle, die durch monolithische Integration eines Lichtmodulators vom Feldabsorbertyp und eines DFB-Lasers entsprechend der ersten bevorzugten Ausführungsform gebildet ist. Fig. 4A bis 4C zeigen die Herstellungsschritte der in Fig. 3 gezeigten integrierten Lichtquelle.
Bei der Herstellung wird ein Beugungsgitter 102 auf einem Teil eines n-InP-Substrats 101 mit einer [100]-Oberflächenrichtung ausgebildet, das einen Gitterabstand von 240 nm in einer [011]-Richtung und eine Tiefe von 30 nm hat. Der Bereich, auf dem das Beugungsgitter 102 ausgebildet ist, wird als DFB-Laserbereich 103 benutzt, und die anderen Bereiche werden als optischer Modulatorbereich 104 verwendet. Auf dem Substrat wird eine SiO&sub2;-Schicht mittels Wärme-CVD-Technik und dann mittels Photolithographie und Ätztechnik eine streifenförmige Öffnung 105 ausgebildet, die eine Breite von 2 um hat. Dann wird eine Wachstumsverhinderungsmaske 106 auf beiden Seiten der Öffnung 105 ausgebildet, die eine Breite von 17 um in dem DFB-Laserbereich 103 und von 8 um im optischen Modulatorbereich 104 hat. Die Maske 106 erstreckt sich parallel zu der [011]-Richtung des n-InP-Substrats 101. Ein Fensterbereich 107 wird auf dem Substrat an einem Bereich ausgebildet, der etwa 15 um von einem Ende des optischen Modulatorbereichs 107 entfernt, indem dort eine Öffnung ausgebildet wird, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
Anschließend, wie es in Fig. 4A gezeigt ist, werden kontinuierlich unter Verwendung einer Unterdruck-MOVPE-Vorrichtung (Depressurization MOVPE Apparatus) eine n-InGaAsP- Lichtwellenleiterschicht 108 mit einer Wellenlängenzusammensetzung von 1,15 um und einer Dicke von 100 nm, eine n- InP-Abstandsschicht 109 mit einer Dicke von 40 nm, eine nichtdotierte Quantenwellschicht 110 mit 7 Zyklen, bestehend aus einer nichtdotierten InGaAsP-Barrierschicht mit einer Wellenlängenzusammensetzung von 1,3 um und einer Dicke von 10 nm und einer nichtdotierten InGaAs-Wellschicht mit einer Dicke von 7 nm, eine nichtdotierte InGaAsP-Lochbeschleunigungsschicht 111 (hole acceleration layer) mit einer Wellenlängenzusammensetzung von 1,15 um und einer Dicke von 40 nm und ein Paar p-InP-Deckschichten 112 mit einer Dicke von 200 nm auf der Öffnung 105 ausgebildet. Bei dieser Wachstumsverarbeitung werden die n-InGaAsP-Lichtwellenleiterschicht 108, die n-InP-Abstandsschicht 109, die nichtdotierte InGaAsP-Lochbeschleunigungsschicht 111 und die p-InP-Deckschicht 112 mit einem Druck von 33 mb (25 Torr) aufgewachsen, aber die nichtdotierte Quantenwellschicht 110 wird mit einem Druck von 200 mb (150 Torr) aufgewachsen. Die Wachstumsbedingung wird so gesteuert, daß die nichtdotierte InGaAs-Wellschicht und die nichtdotierte InGaAsP-Barrierschicht in Gitterübereinstimmung mit dem n- InP-Substrat 100 in dem DFB-Laserbereich 103 sind. Der nichtdotierte Quantenwellbereich 110 hat eine Bandlückenwellenlänge von 1,55 um und 1,48 um in dem DFB-Laserbereich 103 bzw. dem optischen Modulatorbereich 104.
Als nächstes wird, wie es in Fig. 4B gezeigt ist, die Öffnung 105 in der Breite auf 7 um bzw. in dem DFB-Laserbereich 103 bzw. 5 um in dem optischen Modulatorbereich 104 durch Photolithographie und Ätzverarbeitungen aufgeweitet. Auf der aufgeweiteten Öffnung 105 werden selektiv eine nichtdotierte InP-Feldrelaxationsschicht 113 mit einer Dicke von 40 nm, eine vergrabene p-InP-Schichte 114 mit einer Dicke von 1,4 um und eine p+-InGaAs-Kontaktschicht 115 mit der einer Dicke von 200 nm durch MOVPE-Technik aufgewachsen. Um den DFB-Laserbereich 103 und den optischen Modulatorbereich 104 elektrisch voneinander zu trennen, wird die p+-InGaAs- Kontaktschicht 115 teilweise von 25 um um deren Grenze zu dem optischen Modulatorbereich entfernt, um eine Separationsschicht 116 auszubilden, die in Fig. 3 gezeigt ist.
Als nächstes, wie es in Fig. 4C gezeigt ist, wird eine Isolierschicht 117 über der gesamten Oberfläche ausgebildet, die eine Dicke von 0,3 um hat, dann werden an deren Oberseite Löcher in der Isolierschicht 117 ausgebildet, in denen die p+-InGaAs-Kontaktschicht durch Photolithographie und Ätztechnik verbleibt. Eine Ti/Au-Elektrode 118 wird aufgedampft und ein Muster durch Photolithographie und Ätztechnik ausgebildet. Das n-InP-Substrat 101 wird auf 100 um geerdet und dann eine Ti/Au-Elektrode 119 auf der rückseitigen Oberfläche aufgedampft.
Dementsprechend sind eine Niederreflexionsschicht und eine Hochreflexionsschicht auf beiden Seiten des optischen Modulatorbereichs bzw. des DFB-Laserbereichs ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform stellt jede Schichtdicke eine Dicke einer Schicht dar, die selektiv auf der Öffnung des DFB-Laserbereichs aufgewachsen ist.
Durch diese Herstellung der integrierten Lichtquelle wird, wenn Strom in den DFB-Laserbereich 103 injiziert wird, eine Einzelmodusoszillation mit einer Wellenlänge durchgeführt, die durch eine effektive Brechungsrate bestimmt ist, die beruhend auf dem Gitterabstand des Beugungsgitters 102 und dessen Querschnittstruktur berechnet wird. Die nichtdotierte Quantenmuldenschicht 110 (Lichtabsorberschicht) im optischen Modulatorbereich 104 hat eine Bandlückenenergie von 1,48 um, die die Lichtabsorption in einem nicht vorbelasteten Zustand begrenzt. Wenn ein Feld an die Lichtabsorberschicht angelegt wird, wird der Absorptionskoeffizient bezüglich des Durchlaßlichtes durch den QCSE (Quantum-Confined Stark Effect) erhöht, so daß die Struktur als ein Lichtstärkenmodulator arbeiten kann.
Wenn 3 Volt Rückwärtsspannung an den optischen Modulatorbereich 103 angelegt werden, wird die Lichtabsorberschicht durch ein hohes Feld mit 200 kV/cm vorbelastet, und deshalb wird der Lichtabsorptionskoeffizient für die Oszillationswellenlänge von 1,55 um durch QCSE auf 4.300 cm&supmin;¹ erhöht. Ein Lichtbegrenzungskoeffizient der sieben übereinandergeschichteten Wellschichten ist 4%, so daß 15 dB Extinktionsverhältnis bei 200 um Vorrichtungslänge erhalten werden.
Im allgemeinen, wenn Licht am Ausgabeende des optischen Modulatorbereichs reflektiert wird, wird das Licht in den optischen Modulatorbereich 104 vor- und zurückreflektiert und zu dem DFB-Laserbereich 103 zurückgekoppelt. Ändert sich diese Art des verbleibenden Reflexionslicht bezüglich der Dynamik der Lichtstärkenmodulation, wird die Wellenform des Lichtsignals, das in ein optisches Filter bei der Kommunikation über große Distanzen übertragen wurde, durch Ladungsphänomene geändert, wobei die Oszillationswellenlänge in der Modulationsverarbeitung geändert wird. Um diese Art von Problem zu vermeiden, sind weniger als 0,1% Reflexionsrate am Ende des optischen Modulatorbereichs benötigt, jedoch ist es allgemein schwierig, diese Reflexionsrate zu erhalten. Erfindungsgemäß ist der Fensterbereich 107, der keine Lichtbegrenzung in Vertikalrichtung liefert, vorgesehen, so daß ein ihm zugeführtes Licht gebrochen und zum Ende des optischen Modulatorbereichs 104 geführt wird. Nur ein Licht, das im 90º-Winkel auf die Oberfläche gelangt, kann zu dem optischen Modulatorbereich 104 reflektiert werden, so daß 0,1% Reflexionsrate leicht mit einer Niederreflexionsschicht erreicht werden können.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform liefert der DFB- Laserbereich 103 eine Einzelmodusoszillation mit 1,55 um Oszillationswellenlänge und 10 mA Schwellstromwert. Das heißt, daß die Kopplungseffizienz des DFB-Laserbereichs und des optischen Modulatorbereichs 104 100% beträgt und daß der optische Modulatorbereich 104 10 mW Ausgabeleistung liefert. Der Widerstand zwischen dem DFB-Laserbereich 103 und dem optischen Modulatorlaser 104 beträgt 10 kΩ, was problemlos eine gute elektrische Trennung bei der praktischen Verwendung gewährleistet. Wenn eine 80-km-Kommunikation im 2,5-Gb/s-Band mit der erfindungsgemäßen integrierten Lichtquelle getestet wird, werden Wellenlängenänderungsphänomene hinreichend unterdrückt, und deshalb kann eine Übertragung mit hoher Qualität realisiert werden.
Als nächstes wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform entsprechend der Erfindung im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6A bis 6C beschrieben. Diese Ausführungsform ist ein DBR-Laser vom Typ mit variabler Wellenlänge. Bei der Herstellung wird ein Beugungsgitter 202 auf einem Teil eines n-InP-Substrat 201 in der [100]-Oberflächenrichtung ausgebildet, das einen Gitterabstand von 240 nm in einer [011]- Richtung und eine Tiefe von 30 nm hat. Der Bereich, an dem das Beugungsgitter 202 ausgebildet ist, wird als DBR-Laser verwendet, und eine Hälfte des anderen Bereichs, die näher zu dem DBR-Bereich ist, wird als Phasensteuerbereich 204 verwendet, die andere Hälfte wird als aktiver Bereich 205 verwendet. Eine SiO&sub2;-Schicht wird durch Wärme-CVD-Technik auf dem Substrat ausgebildet, und dann wird eine streifenförmige Öffnung 206 mit einer Breite von 2 um durch Photolithographie und Ätztechniken gebildet. Dann wird eine Wachstumsverhinderungsmaske 207 auf beiden Seiten der Öffnung 206 ausgebildet, die eine Breite von 12 um in dem DBR- Laserbereich 203, von 8 um in dem Phasensteuerbereich 204 und von 17 um im aktiven Bereich 205 hat. Die Maske 207 erstreckt sich parallel zu der [011]-Richtung des n-InP-Substrats 201, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.
Anschließend wird, wie es in Fig. 6A gezeigt ist, unter Verwendung einer Niederdruck-MOVPE-Vorrichtung (Depressurization MOVPE Apparatus) eine n-InGaAsP-Lichtwellenleiter schicht 208 mit einer Wellenlängenzusammensetzung von 1,15 um und einer Dicke von 100 nm, eine n-InP-Abstandsschicht 209 mit einer Dicke von 40 nm, eine nichtdotierte Quantenwellschicht 210 mit sieben Zyklen, zusammengesetzt aus einer nichtdotierten InGaAsP-Barrierschicht mit einer Wellenlängenzusammensetzung von 1,3 um und einer Dicke von 10 nm und einer nichtdotierten InGaAs-Wellschicht mit einer Dicke von 7 nm, eine nichtdotierte InGaAsP-Lochbeschleunigungsschicht 211 mit einer Wellenlängenzusammensetzung von 1,15 um und einer Dicke von 40 nm und eine p-InP-Abdeckschicht 212 mit einer Dicke von 200 nm kontinuierlich mittels MOVPE auf der Öffnung 206 aufgewachsen. Bei dem Aufwachsverfahren werden die n-InGaAsP-Lichtwellenleiterschicht 208, die n-InP-Abstandsschicht 209, die nichtdotierte InGaAsP-Lochbeschleunigungsschicht 211 und die p- InP-Deckschicht 212 mit einem Druck von 30 mb (25 Torr) aufgewachsen, aber die nichtdotierte Quantenwellschicht 210 wird mit einem Druck von 200 mb (150 Torr) aufgewachsen. Die Wachstumsbedingung wird gesteuert, so daß die nichtdotierte InGaAs-Wellschicht und die nichtdotierte InGaAsP- Barrierschicht in Gitterübereinstimmung mit dem n-InP-Substrat 201 auf dem aktiven Bereich 205 sind. Der nichtdotierte Quantenwellbereich 210 hat eine Bandlückenwellenlänge von 1,51 um, 1,48 um bzw. 1,55 um jeweils für den DBR-Bereich 203, den Phasensteuerbereich 204 bzw. den aktiven Bereich 205.
Als nächstes, wie es in Fig. 6B gezeigt ist, wird kontinuierlich die Maske 207 an ihrer Innenseite jeweils um 2 um geätzt, um die Öffnung 206 aufzuweiten. Auf der aufgeweiteten Öffnung 206 wird eine nichtdotierte InP-Abstandsschicht 213 mit einer Dicke von 40 nm, eine vergrabene p-InP- Schicht 214 mit einer Dicke von 1,4 um und eine p+-InGaAs- Kontaktschicht 215 mit einer Dicke von 200 nm selektiv durch MOVPE-Technik aufgewachsen. Um diese Bereiche elektrisch voneinander zu trennen, wird die p+ -InGaAs-Kontakt schicht 215 teilweise um 25 um an den Grenzabschnitten dieser Bereiche entfernt, um eine Separationsschicht 216 zu bilden, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.
Als nächstes, wie es in Fig. 6C gezeigt ist, wird eine Isolationsschicht 217 über der gesamten Oberfläche ausgebildet, die eine Dicke von 0,3 um hat, dann werden Löcher in die Isolationsschicht 217 an ihrer Oberseite geformt, in denen die p+-InGaAs-Kontaktschicht durch Photolithographie und Ätztechniken verbleibt. Eine Ti/Au-Elektrode 219 wird aufgedampft und durch Photolithographie und Ätztechnik mit einem Muster versehen. Das n-InP-Substrat 101 wird auf 100 um geerdet und dann eine Ti/Au-Elektrode 219 auf der rückseitigen Oberfläche aufgedampft.
Dementsprechend sind eine Niederreflexionsschicht und eine Hochreflexionsschicht auf den Enden des DBR-Bereichs bzw. des aktiven Bereichs vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform stellen die jeweilige Schichtdicken eine Dicke einer Schicht dar, die selektiv auf der Öffnung des DFB-Laserbereichs aufgewachsen ist.
Bei dem so ausgebildeten abstimmbaren DBR-Laser wird, wenn Strom in den aktiven Bereich 205 injiziert wird, eine Einzelmodusoszillation mit einer Wellenlänge durchgeführt, die durch eine effektive Reflexionsrate bestimmt ist, welche beruhend auf dem Gitterabstand des Beugungsgitters 202 und der Querschnittsstruktur des DBR-Bereichs 203 berechnet wird. Wenn Strom dem DBR-Bereich 203 zugeführt wird, ändert sich die Oszillationswellenlänge hin zu der kurzen Seite in diskretisierter Art in Übereinstimmung mit abwechselnden Achsmodussprüngen durch Verringerung der Reflexionsrate durch den Plasmadiffusionseffekt. Wenn eine Phasenübereinstimmungsbedingung des Lichts, das vor und zurück in dem Oszillator übertragen wird, durch Einstellen des Stroms gesteuert wird, der dem Phasensteuerbereich 204 zugeführt wird, kann die Oszillation innerhalb einer auf diskretisierte Art geänderten Oszillationswellenlänge auch dann realisiert werden, und deshalb kann ein virtuell kontinuierlicher Abstimmvorgang der Oszillationswellenlänge verwirklicht werden.
Bei dem abstimmbaren DBR-Laser wird, wenn 15 mA Strom dem aktiven Bereich 205 zugeführt werden, die Einzelachsmodusoszillation durchgeführt und eine maximale Lichtausgabe von 15 mW erzeugt werden. Wenn 60 mA Strom dem DBR-Bereich 203 zugeführt werden, werden 7 nm maximaler Wellenlängenbreite erzeugt. Gleichzeitig wird Strom dem Phasensteuerbereich 204 zugeführt, wobei ein virtuell kontinuierlicher Abstimmvorgang der Oszillationswellenlänge verwirklicht wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer integrierten optischen Halbleiterschaltung mit den Schritten:

Ausbilden einer Wachstumsverhinderungsmaske (14) auf einem Halbleitersubstrat (101), wobei die Wachstumsverhinderungsmaske mit einem ersten Abschnitt einer ersten Breite und einem zweiten Abschnitt einer zweiten Breite - größer als die erste Breite - ausgeformt ist, wobei der erste und zweite Abschnitt eine Nicht-Maskierungs-Streifenöffnung mit konstanter Breite haben, die sich longitudinal durch den zweiten Abschnitt in den ersten Abschnitt erstreckt, so daß in dem ersten Abschnitt zwischen dem Ende der Öffnung und der Kante am Längsende des ersten Abschnitts ein Gebiet ausgebildet ist, der als Fensterbereich der integrierten optischen Halbleiterschaltung dient, und wobei die verschiedenen Breiten der ersten und zweiten Abschnitte zur Steuerung der Bandlückenenergie der Halbleiterschichten dienen, die auf der Öffnung aufzuwachsen sind;

selektives Aufwachsen einer optischen Wellenleiterschicht (108, 208) auf der Nicht-Maskierungs-Streifenöffnung des Halbleitersubstrats durch eine Epitaxialwachstumstechnik unter Verwendung eines niedrigen Wachstumsdrucks von 33 mbar (25 Torr);

Erhöhen des Wachstumsdrucks oberhalb des niedrigen Wachstumsdrucks auf 200 mbar (150 Torr);

selektives Aufwachsen einer Mehrfach-Quantenwellstruktur-Schicht (15, 100, 210) auf der optischen Wellenleiterschicht durch die Epitaxialwachstumstechnik;

Verringern des Wachstumsdrucks unter den hohen Wachstumsdruck auf 33 mbar (25 Torr);

selektives Aufwachsen einer Deckschicht (12, 112, 212) auf der Mehrfach-Quantenwellstruktur-Schicht (15, 110, 210) durch die Epitaxialwachstumstechnik;

wobei der Aufwachsschritt der optischen Wellenleiterschicht, der Wachstumsdruck-Erhöhungsschritt, der Aufwachsschritt der Mehrfach-Quantenwellstruktur-Schicht, der Wachstumsdruck-Verringerungsschritt und der Aufwachsschritt der Deckschicht nacheinander in einem metallorganischen Dampfphasenepitaxieprozeß ausgeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das des weiteren den Schritt umfaßt:

Schaffen einer Elektroden-Struktur (118, 119) für eine Strominjektion oder Anlegung einer Spannung an die Mehrfach-Quantenwellstruktur-Schicht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, das des weiteren den Schritt umfaßt:

Schaffen eines optischen Modulatorbereichs (104), in dem eine Niederreflektionsschicht auf deren Facette gebildet ist, wobei die Facette des optischen Modulatorbereichs mit einem Fensterbereich (107) ausgestattet ist, in dem keine optische Wellenleiterstruktur ausgebildet ist, um so Licht zu streuen, das von der optischen Wellenleiterstruktur zu dem Niederreflektionsschicht geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die integrierte optische Halbleiterschaltung eine integrierte Lichtquelle ist, die einen optischen Modulator vom Feld-Absorptions-Typ und einen verteilten Rückkopplungslaser enthält, die in einer monolithischen Art einstückig gebildet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die integrierte Photonenhalbleiterschaltung ein abstimmbarer Bragg-Reflektionslaser ist.