經濟部中央榡準局負工消費合你it印製 409432 at _____B7 五、發明説明（1 ) 技術領域 本發明係關於一光電子裝置中波長補償之方法，該裝置 利用選擇性區域生長製作於半導體基板上；本發明還關於 一積體電路，其包含一以此方法製造之光電子裝置。 發明背景 現存名爲選擇性區域生長（s AG)之技術，其在同—半導體 基板上，使用絕緣薄膜圖樣化之遮罩，積體化地製作此類 半導體光電子裝置’如各種不同功能之半導體雷射、光調 變器、光開關、光偵測器與光放大器：選擇性區域生長技 術主要包含’在半導體基板上形成絕緣薄膜圖樣化遮罩， 而使得丰導體晶體能夠在未遮罩區域，也就是暴露出之基 板區域，進行氣相成長；在製作目標丰導體光電子裝置期 間’絕緣薄膜遮罩之寬度與在半導體基板上暴露之區域， 在這些裝置之光傳輸方向有所變動，進而影響到合金半導 體之氣相生長：此點導致在同一製程中，根據絕緣薄膜遮 罩之見度與所暴姓之區域’而自動地形成不同生長層组成 與不同層厚度之合金半導體層：此係因爲各種内含構成合 金半導體晶體原子之材料的氣相密度梯度，以及其引入之 等效擴散長度，隨著材料不同而有所差異的緣故。 等效擴散長度主要由兩個機制構成，表面擴散與再擴散 (re-diffusion): —個原子，例如銦（In)，其接觸到遮罩之表 面，可由於表面擴散機制，該原子沿著表面遷移，直到它 找到一個適合附著之物質，例如罐化铜（[η P):另一方面， 該原子亦可由於再擴散機制，該原子從表面再擴散並沿著 ^_______________- 4 * 本&尺度適用中國國家標準（CNS ) Α^，1*77ϊ〇^297^^Γ7 I-^— Ί — *^----裝------訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ' 409432 A7 經濟部中央標準局負工消费合作社印11 _____________B7五、發明説明（2 ) 表面浮移，直到該原子與另一原子相碰撞：此碰撞導致該 原子再次掉至表面，如前所述，如果該處有適當之物質則 該原子將附著，或者再進行表面擴散或再擴散機制；該再 擴散機制是SAG中很重要的部份。 一個原子在其附著前移動之平均距離稱作擴散長度：在 InP基板上之擴散長度’表面擴散大約是1微米，而再擴散 大約是10至100微米，依SAG期間之壓力而定。 屬於同族元素之不同原子’例如三族元素，可能有不同 之擴散長度，例如，鎵（G a)具有相當長之擴散長度，大约 1 1 0微来，相較於銦（丨η)，大約是〖5微米；這些値隨溫度 與壓力而變’但是他們之間的比率則大致是固定的：擴散 長度之差將導致靠近遮罩之磊晶生長材料組成之變化，該 材料由屬於同一族卻具有不同擴散長度之元素構成：再者 ，由於來自速罩表面之擴散，靠近每一個遮罩處將出現量 較多之材料。 靠近絕緣运罩晶晶生長材料之組成變動，可利用光激發 光量測技術價測與測量*其中測出該生長材料之能隙能量 變動並以波長變動表示之。 Makoto等人之美國專利5,543,353 ，發表了 —個以單— 步驟’製造如雷射與調變器之裝置的方法，其使用在這些 裝置之光傳輸方向，具有不同遮罩寬度之單一遮罩。 在木些應用中，例如波叹分士]混成（w a v e 1 e n g t h d i v i s i ο π multiplexing)，WDM，會需要包含雷射與調變器之一群積 體電路：在WDM中數個雷射信號係透過一共同之光纖電 ______-5- 本纸張尺度適用中國國家缥孪（CNS ) A4規格（2ί0χ 297^·| ) ------- (諳先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 線 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 409432 at _ B7 五、發明説明（3 ) 境傳輸；每一個信號代表一個通道，而每一個通道彼此分 離：一光纖電境可包含任意數量之通道’例如2 4個通道： 每一通道之波長係由每一雷射所發射光之波長來決定，其 結果爲每一通道之雷射必須發射不同波長之光。 一般製造WDM组雷射之雷射與調變器的方式，係在一 基板上並排地放置所需數量之雷射，其每一個發射預設之 波長：隨後在該雷射之光傳輸方向上，於波導層中形成具 相同特性、也就是波長，之調變.器：一群WDM組雷射可 自然地在同一基板上製造出來。 如此作可以將製造之成本降至最低且縮短生產時間，但 是會導致一些雷射之性能較其他的差，因爲在雷射與調變 器之間波長的差，即所謂失諧，隨雷射波長而變：爲得到 良好性能之光學連接之雷射與調變，一個可接受之失諧是 很重要的：介入損失（insertion loss)、衰減比（extinction ratio)與發射功率這三個參數，非常受到失諧的影響：如果 失諧減少，則更多來自雷射的光將被調變器吸收而衰減比 增加：如果失諧增加則反之：因爲此效應，包含雷射與調 史β之母一通道的性能，會有劇烈之變動。 發明簡述 本發明之一個目的，係提供一製造一群半導體光電子積 體電路之方法，其能克服先前技術之問題。 爲達到本發明先前與其他目的，已提供在單一丰導體基 板上’製造一群半導體光電子積體電路之方法，每一個該 積體電路包含至少-個第一與一個第二光電子裝置，其光 __一 -6- 本纸張尺&適國家辟（CNS ) Α4規格（：iGX 297公犮）~ ~ " — ΊΙΊ — J----裝------訂------線 - - (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 409432 A7 _________B7___ 五、發明説明（4 ) 學地連接至另一個，該群雷射發射一短波長之光與至少一 相較於该短波長之長波長的光，該方法由下列步驟構成： (i) 生長第一组層，其包含至少一個第一波導層，以在該 基板上形成該雷射， (ii) 提供一絕緣薄膜遮罩，其包含蓋住所有該雷射之遮罩 部份’而能在該基板上界定出遮罩與暴露區域， (in)自該暴露區域，移去該第—組層， (iv)選擇每一調變器之區域，其鄰近該每一雷射並在其光 傳輸之方向上，以及 (V)生長第—組層，其至少包括一個第二波導層，並利用 選擇性區域生長製程來形成該調變器， 該方法還包括以下步驟： (a) 安排該第二波導層，使其能隙能量能達成該第二波導 層與該短波長雷射間之可接受的失諧， (b) 於步驟（ii>，在該絕緣薄膜遮革中至少提供一個箱外遮 罩邵份，相鄰於每一個該區域’其在每—個發射相較 於該短波長之長波長之至少一個雷射的光傳輸方向上 ，每一額外遮罩部份具有選定之長度與可選擇之寬度 ’並且依序地、以平行於每一個別之雷射之光傳輸方 向放1，以及 (c) 對應於每一個該至少一個雷射發射之波長，選擇每― 個額外遮罩部份之寬度’使能至少部份地補償在每— 發射長波長之雷射與該第二波導層之間，能隙能量之 差， 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 丨^ — Μ--；----裝------訂------線 » * (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 409432 A7B7 五、發明説明_( 5 經濟部巾央標苹局員工消费合作社印製 因而減少在每一個光學連接之雷射與之間，失諧之變動。 本發明之一個優點是，可以在同一基板上製造一群光電 子積體電路，其以不同波長運作，而性能可以提昇。 本發明之另一個優點是’可以非常低之成本，輕易地獲 得能隙能量差之補償。 以下將參照附圖對本發明作更詳細之敘述。 附圖簡述 圖1係示出在一 24個通道WDM雷射組中，以dB表示之 介入損失對通道之關係圖。 圖2係根據本發明具有3個通道之絕緣薄膜遮罩佈局的 上視圖。 圖3係根據本發明之作法，示出圖2中沿A-A之截面圖。 較佳實施例詳述 一 W D Μ雷射組可以包含任意數量之通道，每—通道代 表一個別之波長：應用在積體電路中WDM雷射组之一個 通道’由一雷射與一調變器構成：如前所述，每—通道之 性能特性，如介入損失’係由，舉例而言，雷射發射波長 與調變器波長之間的波長差來決定。 圖1示出在一個24通道WDM雷射组中，以dB表示之介 入損失對通道之關係圖，其第一條曲線1具備考處在24通 道WDM雷射組之介入損失後所需之行爲：該圖亦示出第 二條曲線2，其示出根據先前技術製造之24通道WDM雷 射組的正常行爲。 所需之行爲可以藉由在每一積體電路中，旬入不同貧戶 (詩先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) —裝--- 、11 線 -8 - 表纸掁尺度適用中國國家標準（CNS) A4^格（2;0>< 297公费） 409432 A7 B7 五、發明説明（6 ) 〜 之調變器遮罩來達成，因而在選擇性區域生長製裎中，能 在所有通道中獲得可接受之失諧。 如之前所提及的’該WDM雷射组之通道係分開的，並 且可以任意選定分開量，例如〇 · 8 n m : W D Μ系統中雷射 之一般數目爲24 ’在此例中其造成雷射波長差23 X 〇.8 nm = 18.4 nm ’自最低至最高之雷射波長（通道〇丨至24)。 該調變器波導層之形成，沒有使用補償之調變器遮罩， 如與圖2相連所描述的，獲得波導層中預設之波長，而該 波導層係光學連接至所有發射不同波長之雷射：如前所述 ’在雷射與調變器之間的波長差，即所謂的失諧，很重要 並且因此應作補愤以得到較好之性能。 母一個雷射/1周變器失諧之補償，可藉由對每一通道之每 一調變器’使用可選擇寬度之調變器遮罩來達成。 圖2示出根據本發明之用來製作三個雷射與三個調變器 之WDM遮罩的例子：該WDM遮罩包含五個遮罩部份，三 個雷射部份1 1 a、丨I b、I丨c其在後續製造步驟中，遮蓋並 保護第一组形成雷射之層，以及調變器部份丨2 a與丨2b : 區域丨3 a、1 3 b與係由每—雷射1丨a_丨1 c之光傳輸方向所界 定’以線14a、14b與I4c表之：第二組形成調變器之層在 此生長：調變器部份1 2a與1 2b個別平行於線1 4a與1 4b依 序放直’並個別鄰近於區域1 3 a與1 3 b。 在此例中應注意的是，第三個雷射1丨c沒有調變器遮覃 部伤’其开;：成在第二區域丨3 c中，配合最短發射波長;3之 第三個雷射’以便在第三個雷射與第三個調變器之間，沒 —_____ - 9- 本紙乐尺度通知t國國家標準（CNS ) A4規格 (請先閲讀背面之注意事項再填本頁) -裝. 、1 線 經濟部中央標準局K工消費合作社印製 經濟部中央標_局員工消费合作社印製 409432 a； ____B7 五、發明説明（7 ) ' --- 有補償而得到可接受之失諧。 第一個雷射11a具有最長之發射波長λι， 叫必須補償第 一個调變器波導層之波長，使能在形成於第一 ρ u h域13a中 的第一個雷射丨1 a與第一個調變器之間，这 所需之失譜 :該補償係在形成調變器層之前，藉由提供〜 ' 现弟一調變 器遮罩部份12a來達成；每一個第一調變器遮罩部份pa 工長度設足爲LM ’而寬度設定爲:在該组第一調變器 遮罩部份之間的距離則設定爲W0丨。 第一個雷射1 1 b具有小於第一個但大於第三個之發射波 長λ:，λ,> λ: > λ3 :仍然必須補償第二個調變器波導層之 波長’使能達到可接受之失諳：該補償係在形成調變器層 之前’耠由提供一組第二調變器遮罩部份丨2 b來達成：每 一個第二调變器遮罩部份I 2 b之長度設定爲相等於第一調 變器遮罩部份之長度Lm，而寬度選定爲W2，其中w2小於 W! ’ W，_ < W t :在該組第二調變器遮罩部份之間的距離則 設定爲。 該尺寸’雷射遮罩部份1丨之長度Ll與寬度，依所使 用之雷射種類而定，在所有雷射上大致相等，以便在製造 調變器時能夠保護所有雷射：具能味能量對應於波長大约 1 550 nm之DFB雷射，其遮罩尺寸（並非限定之例；)爲，L[_〜 4 0 0微米而W L.〜12微米。 該調變器遮罩部份之可選擇的寬度，係用來在選擇性區 域生長製程期間，改變靠近遮罩生長層之组成與厚度，特 別是在區域I 3 a與1 3 b之中：如之前在表發明之背景中所 _______ - 10 - 本紙張尺度適用中國國家標孪（C\s ) Λ4規格（：M0 X 297公蹵） H t Ί I "裝----------- **—訂-------線 (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 409432 A7 B7 五、發明説明（8 ) 述，在靠近遮罩處，較短擴散長度之物質將增加，而普遍 地增加了材料量：在調變器遮罩部份每一個調變器之間的 較佳間距W Q 1、W 〇 2，最好在該較短擴散長度之1至3倍的 範圍中，如此可以在調變器中得到良好之光波導層组成， 與較佳之磊晶生長速度：在所有遮罩部价間該間距W〇 ,、 W〇2可以變動，但是最好大致上相等。 該半導體基板最好係以磷化銦（InP)作成，而在該調變器 中之光波導層最好以砷磷化銦鎵1hGauxASyPi.v作成，其 中X、y之値係介於〇與1之間’簡寫爲InGaAsP。 當成長波導層時，調變器遮覃部份寬度之定量增加，會 對應至靠近該調變器遮罩部份1 2a與1 2b處波長之增加。 圖3係圖2中沿線A-A之截面圖，其根據本發明之應用 ，利用非限定用例之圖2之遮罩，其中： 第一間距=W 〇 |， 弟'—間距=W 〇 2， 第一調變器遮罩宽度=WI ’以及 第二調變器遮罩寬度=w2。 在圖3中，創新之遮罩1 2a、1 2b放置在製作雷射所餘之 材料層L上的同時，亦放置在形成雷射之第一组層頂端上 ，作爲保護用之絕緣薄膜：並將未被此創新遮罩或該保護 遮罩覆蓋之區域，向下蝕刻至基板3 0。 在一個調變器之選擇性區域生長期間，利用上述遮罩部 份’可以得到數層，例如，包含在n-InP半導體基板30上 之n-inP/InGaAsP/p-InP ’其中π·[ηΡ是捧雜多餘電子之5舞 -11 - 尽紙張财料（CNS ) 格 U1GX297公^ — -s
IJ----------裝------訂-------線 . - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁；J Α7 Β7 409432 五、發明説明（9 ) 化銦層，而p-InP則是摻雜多餘電洞之磷化銦層。 第一層3 1之n-InP稱爲區隔層（spacer)，其係用來使次層 32，即波導層，下方之表面，盡可能沒有任何缺陷：如果 該基板之品質非常好的話，此層可以略去。 由於表面擴散的緣故，在遮罩邊緣可以見到沈積材料34 增加之厚度：此厚度上之變動可以忽略，因爲在每一個區 域1 3 a-1 3 c中，僅有一個很窄部份3 5的材料，用來製作每 一個調變器：再者，第一調變器高度Η, ’相較於第二調變 益而度H2有所增加’接每第二ί周變器局度Η 2相較於整體 高度Η;也增加，其係由於靠近遮罩處銦之增多：因此 Η|>Η2>Η3 0 藉由選擇每一個雷射之遮罩寬度’可達成在圖丨中所示 所需之線1表現：獲得此效應之準確寬度，依所使用波導 種類、在選擇性區域生長期間之壓力與溫度，當然以及所 用之反應器種類而定。 本發明方法可自然而完全地補愤在每一個調變器;皮導淨 中之波長，使得在雷射與調變器間波長之差，即所謂 ，能降至可接受之範圍，例如大約是6 0 n m。 雖然該雷射係在同一基板上製作，該製程後基板在完成 後，也可以分割成調整至特定波長' 包含一個雷射與―域 調變器之雷射裝置；之後組合成一組WDΜ雷射，其包今 〆群波長均不相同之雷射裝置如此作可增加用於Wdμ 應用之作用雷射組之良率。 -12 - ^^度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2I0 X 297公漦） !.J丨 Ί.丨 -----抑衣------II------^ 一 - f請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 鉍濟部中央標準扃νκ.工消f 作社印裝