TW577188B - Method of producing a semiconductor laser and optical integrated semiconductor device including the same - Google Patents

Description

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五、發明說明（1) 一、【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體雷射之製造方法及包含 導體雷射之光學積體半導體裝置。本發明尤其關於〜〜半 DFB-LD (Distributed FeedBack Laser Diode，分布種一 式Μ射一極體）或類似的包括繞射光柵之半導體雷射/技 造方法，…該半導體雷射之光學積體V導體田裝射置'製 二、【先前技術】 DFB-LD具有單一波長之雷射振盪能力且當與單模 組合時允許建構出高速、大容量的光通訊系統。今日，= 取式（access)光通訊系統與幹線式（trunk)光通訊系子 土愈需要更高的資料傳輸速率。為了配合此需要，舉例4而 吕’必須在無溫度控制下實施高達丨〇 Gb/秒的調變速率。 為了改善高溫之傳輪特徵，DFB-LD必須設計成具有耦合係 數k與共振n長度L之乘積kL約為2，使得當閥值載子密度-增加時調變特徵變化甚少。 $ 7稠合係數k之增加使共振方向上空間電洞燃燒 生機率增加而引起模式跳躍。因而，為了在溫度變# 、、㈡C廣泛範圍内之不友善的環境中穩定地實雜 以滿足使用者需求，必需精確地控制繞射光柵之细 怨，精以提供所扮 另一 1、所期望的耦合係數k。 、治方面，兩輪出D F B - L D係設計成用以降低岸馬合係藥 本/W加斜率係數。然而，倘若耦合係數1"甚小’則可敍 干則出因閥值載子密度之增加而飽和，妨礙了高輸出損

577188 五、發明說明（2) 作。有鑑於此，為了使高輸出D F B - L D提供期望的高輸出特 徵，耦合係數k必須匹配於生產容忍度之狹窄範圍。 實務上通常主要係藉由精確地控制繞射光栅之高度而 控制DFB-LD之乘積kL。舉例而言，第一方法係藉由使薄 I η P成長於光波導層之兩側然後钱刻繞射光柵而形成喪埋 式繞射光柵，如Takemoto等人於西元1989年十二月的 M Journal of Lightwave Technology1， ，V〇l· 7， n〇 \ 2 PP. 2072-2077所教示地。第二方法係使用藉由質量輸送 所形成的InAsP作為吸收層而生產分布式增益搞合 (gain-coupled)回授半導體雷射，如日本專利申請案公開 公報第8 - 274406號所教示。 ” 然而’前述文件所教示的技術不滿足用以控制dfb — ld 之耦合係數k，下文將參照圖示對此具體說明。尤苴對於 DFB-LD而言，振盪特徵與單模產率依據耦合係數1^^變化 而顯著地變動，妨礙大量生產。 請案公開公報 關於本發明之技術亦揭露於日本專利申 第2- 1 0 5 5 93號與第6 - 25250 2號中。 三、【發明内容】· a叙i ϊ L之目：Λ於提供一種半導體裝置之製造方法， 二τ 5係數k可精確地控制且具有均勻的特徵，以及包含 6玄半導體裝置之光學積體半導體裂置。 藉由本發明之方法所生產的主道 昊抬 ,Λ „ ,, 吓王座的+導體雷射包括一半導體 暴扳、一繞射光柵，具有一凹凸貼主I ^ 凸狀表面且形成於該半導體

577188 五、發明說明（3) 基板上、以及一光波導層，成長於該繞射光柵上。該光波 導層之成長時間係選定成使得該光波導層並未填滿該繞射 光栅之凹谷。亦且，無論該繞射光柵之高度如何變動，該 成長時間仍維持實質上固定。 四、【實施方式】 本發明之前述與其他目的、特徵、與優點將從下文附 有圖示之詳細說明變得更明顯。 為了瞭解本發明，將簡短說明圖1所示的習知 DFB-LD。如圖所示，DFB-LD包括一n—inp基板3，其上形成 有繞射光栅1 2且繞射光栅1 2嵌埋於光波導層1 3中。主動層 15與p~lnp電流阻擋層6依序堆疊於光波導層13上。^型電 極9形成於η - I η Ρ基板3之底部上，而ρ型電極7形成於電流 阻擋層6上。為了製造DFB-LD，在繞射光柵12已經藉由濕 蝕刻形成於η-ΙηΡ基板3上之後，等待⑽”以金屬氧化物氣 相蠢晶）成長使其變鈍直到所期望的高度。繼而，成長光 波導層1 3。此程序控制質量輸送以變動成長等待條件。 ^然而，藉著前述程序，難以精確地控制繞射光柵丨2之 高度。在處理過的半導體晶圓批次中，繞射光柵丨2之高度 變動約± 30%，造成前述乘積kL顯著地變動。此對於振盛& 特徵與單模產率有關鍵性的影響。 圖2顯示藉由丽述第一習知精確控制方法所實施的栌 埋的繞射光栅之結構。如圖所示，在主動層15已經 ；

577188 五、發明說明（4) 一方法可藉由晶體成長精確地控制對於耦合係數k有關鍵 性影響的光波導層1 3之厚度。然而，由例如濕钱刻所形成 的繞射光柵之問題係繞射光栅之凸峰與凹谷間之比率容易 顯著變動，大大影響耦合係數k而妨礙精確控制。 圖3顯示藉由前述第二習知精確控制方法所實施的分 布式增益回授雷射二極體之結構。如圖所示，在晶體成長 兩’使胂（A s Hs )與膦（P Hs )流動於繞射光柵1 2上。隨後，使 繞射光栅1 2等待一預先選定的時期。雖然繞射光栅在等待 時間中變形，但InAsP變成層19同時成長於繞射光柵之凹 谷。InAsP具有1· 3 之帶隙且牽涉到波長丨· 3 以上 的，之吸收損失。藉由正面地使用此等吸收損失，第二方 法貫施分布式增益耦合回授型操作，然而從穩定性觀點來 看；1正面地使用極不穩定的質量輸送之裝置製造方法係令

人貝疑的。再者’難以控制成長至形成變成層19的InAsP 之組成，使得InAsP自身之吸收可能變動且引起耦合係數匕 之變動。 >有鑒於前述，本發明不藉由控制繞射光柵之高度，而 乃糟由無論光柵之高度如何，都維持所有晶圓中成長於繞 射光橋之凹谷的光波導層之剖面面積固定，以實現對於耦 合係數k之精確控制。藉著此架冑，本發明顯著地改良振 盪特徵與單模產率之再現性與均勻性。 圖4A與4B分別顯示繞射光柵12之特定組態，亦即依據 繞射光栅12之深度而成長光波導層13之特定條件。藉由益 論先拇12之南度如何都維持繞射光栅12之凹谷中的光波導

第8頁 577188 五、發明說明（5) 層1 3之成長時間固 面面積均勻。 、具體而言，當 層13集中於光柵12 生大的擾，但折 繞射光柵1 2淺時， 靠近凸峰的位準， 折射率變動部分之 擾亂與比例間之反 除。此成功地吸收 生的繞射光柵1 2之 數k之控制。 定’可使包括有光波導層1 3之厚度的剖 繞射光栅1 2 之凹谷。在 射率變動部 如圖4B所示 造成折射率 比例大。所 方向的變化 了在蝕刻與 南度變化， 深時，如圖4 A所示，光波導 此情況下，折射率於凹谷發 分之比例減少。相對地，當 ’光波導層13從凹谷成長至 於寬廣範圍發生小擾亂， 以’在圖4 B所示的組態中， 使得耗合係數k之變動被消 專待成長中因質量輸送而發 藉以顯著地改良對於耦合^ 下文將說明計算耦合係數k之方法與由具有前述固^ 剖面面積的光波導層1 3所獲得的計算結果。首先，獲得& 以確定具有固定面積的凹谷之繞射光柵1 2之組態的方^用 式。圖5顯示用以確定使凹谷之剖面面積固定之條件的^ 算模型。雖然圖5顯示顛倒的一凹谷，但凹谷具有藉由卜 影所標示的剖面面積S。剖面面積S係表示為： $

S= |{c〇s(x) + l-C0s(^)}ii7： ， · · · ·方程式（1) 藉由積分方程式（1)，產生： ^=2sin{xp)-2cos(xp)xp · · · ·方程式（2) 藉由於單一區段上積分COS (X) + 1，獲得2 7Γ。因

五一餐日^|兒明（6) — — — ~-—一· ---------- ϊ h變動時仍传為丨 生： σ]面面積固定的xp係由下列方程式產 π sin(x/?)~ oos(xp)xp 庵、+立 · · · ·方程式（3 ) 應〉主思因為解析方、、土 係藉由迭代計算解無法應用至χρ，所以方程式（3) 關於耦合係數k，傅剎茶接八^ . 對於綠1 守巧茱積分（Fourier integration 才於線性繞射光栅之週期有效： Λ τηί "^Ζη(ζΗ2πι)^

IT 此處η (Z)表示歸因於雄射 方私式（4) 干丘垢哭—+人、、’凡射先柵1 2的折射率之變動，且z表 不共振.之方向。變動n(z)係由下列方程式產生： «(z) = ΝΛ^Ι(2π c〇sfe) _ ] n2 ~ ~1 ~ cos(xp) cos 2π^

A ^ T ^ , ^ 、 ’ ·_··方程式（5) 、、 生方程式（5 )，考慮光波導声1 3僅成真於读射 光栅1 2之凹谷之事實，假嗖折 θ堇成長於、射 ㈣#^。t卜π & u 假°又折射率在凹谷以外之部分並未 =在方it=°S(XP)加入方程式(5)之原因。就此而 二ί:^1代表缺乏光波導層13的部分之等效 =:ϊΐ广2代表倘若波導層13向上形成至繞射光 栅1 2之凸峰時所具有的波導折射率。 , ’方程式(3)用於確定繞射光柵12之凹 谷中光波％層13為固定的積分區段。繼而，計算繞射光樹 577188 五、發明說明（7) 1 2之凸峰與凹谷之等效的波導折射率。隨後，藉由方程式 (4)所代表的傅利葉積分進行於前述積分區段，藉以確定 轉合係數k。 圖6顯示藉由維持光波導層1 3之剖面面積固定所確定 的繞射光概1 2之深度與耦合係數k間之關係。在圖6中，點 ，、線代表光波導層成長至繞射光柵之凸峰的習知結構之計 算結果。實曲線代表光波導層1 3未達到光柵1 2之凸峰的本 發明繞射光栅1 2之計算結果。附加至Q之數值代表成長於 繞射光概上的InGaasp光波導層之特定波長成分。 $圖6所示’在習知結構中，耦合係數k正比於繞射光 柵之深度而顯著地變動，亦即依據繞射光柵之高度最輕微 的變動。在本發明之結構中，繞射光柵12中深14· 3 之 位置處亦即光波導層13之厚度為光柵12之深度的70%， 輕合係數k相關於光柵之深度而發生的變動僅為習知結構 之變動率之大約三分 一。. 刀心J更且，繞射先栅12之深度長 運Ζϋ nm或以上，棱佳n nmu 0日 听\ 1竿又仫為川nm或以上，關於繞射光柵12之 冰度邊動造成的耦合係數之變動更加降低。此反映出 發明所獨有的繞射光柵結構中，倘若Α|丨％ & u m _ 係數k維持實質上固定。 …依據本發明之方法，成長光波導層i 3之時期係選定成 使得層1 3不會填滿繞射光栅1 2之凹欠。+从 ' σ 此1夕卜，掛於戶斤右曰 圓無論繞射光柵12之高度如何，前述時 ：成J;: 固定。此允許形成於繞射光柵12之凹穴由付貝貝 畀士声洛上恤19々山由 中的光波導層13之 最大尽度小於光柵·12之向度，且維拄 、牙層1 3之剖面面積於厚

麵 577188 五、發明說明（8) 度之方向上係實質上固定。所以，耦合係數k維持實質上 固定且顯著地改良生產容忍度。

前述日本專利申請案公開公報第8-274406號教示一種 結構’用以選擇性形成I n G a A s P於繞射光栅之凹谷中。然 而’此結構藉由使I n A s P變成層成長於繞射光柵之凹谷中 且正面使用吸收損失於波長大於I n A s p帶隙之光而實施分 布式增益耦合回授操作。前述曰本專利申請案公開公報第 2- 1 05593號揭露一種半導體雷射結構，其中波導層藉由液 晶之晶體成長而形成於繞射光柵上，厚度小於光柵凸峰之 高度。此結構之目的在於藉由使光波導層之厚度小於繞射 光栅之凸峰之高度而降低歸因於光波導層的光吸收損失。 因而’前述任何文件皆未建議本發明之關鍵，亦即處 理繞射光柵之不規則高度的光波導層成長方法，且藉由維 持光波導層之剖面面積固定而實現對於耦合係數k之精確 控制並改良生產容忍度。 下文將說明本發明之較佳實施例。 第一 f施例 參照圖7，實施本發明之一種半導體裝置顯示且實行 為DFB-LD。如圖所示，DFB-LD包括η-InP基板3與形成於基 板3上的繞射光柵12。光波導層13形成於繞射光柵12之凹' 谷中’其厚度小於光柵12之高度。η-InP緩衝層14形成於 光波導層13上以掩埋繞射光栅12。更且，主動層a與 p-InP電流阻播層6依序形成於η-InP緩衝層14上。n型電極

第12頁 577188 五、發明說明（9) 9形成於η-InP基板3之底部上，而p型電極7形成於p—Inp電 流阻擋層之頂部。 茲將芩照圖8A至8C與9A至9E說明本實施例之DFB-LD之 製造方法。首先，藉由EB(Electron Beam，電子束）曝光 形成阻膜圖案（未圖示）Kn-Inp基板3之（〇ι丨）表面上，用 於形成繞射光柵1 2。在本實施例中，又/ 4相位偏移應用至 阻膜圖案以增加單模產率。週期與寬度分別為2，〇 〇 〇埃與 10 # m。繼而，藉由使用阻膜圖案作為遮罩而進行濕蝕刻 以形成繞射光柵12於η-InP基板上。圖8A顯示放大尺寸的 繞射光柵1 2。 在繞射光柵12已經形成之後，藉由熱CVD(化學蒸氣沉 積）形成1 0 nm厚的S 1 〇2成長阻擋膜2。繼而，藉由光刻術形 成用於選擇性MOVPE成長的阻膜圖案。然後藉由稀釋的氫 氣酸餘刻成長阻擋膜2，藉以完成用以成長光波導層1 3之 基板。每一成長阻擋膜2係5 // m寬，而其間之間隙為5 //m寬。藉由選擇性M0VPE成長，使波長成分^^的 InGaAsP光波導層1 3成長於繞射光柵丨2上。所完成的組態 立體地顯示於圖9A。亦且，繞射光栅部放大地顯示於圖㈣ 中。 # 成長光波導層1 3之時期係使得層丨3並未填滿繞射光栅 1 2之凹谷’且雖然每一晶圓上的繞射光柵丨2之高度變動， 但層1 3仍維持貫質上固定。在本實施例中，成長時間係選 定為2· 7秒。具體而言，成長時間係選定為使光波導層13 之厚度小於所有不同晶圓中具有最小高度的繞射光栅丨2之

第13頁 577188 五、發明說明（ίο) _ 高度。此實質上使所有晶圓之成長時間均勻。 在等待溫度上升的時間之後，繞射光柵12係3〇 ηιη高 且在批次間之變動約為± 30%。因而，繞射光柵12之高度 在2 0 nm至4 0 nm之範圍内變動。在本實施例中，光波導層 13之最大厚度選定為1〇 nm，其為繞射光柵12之高度下限 20 nm的50% ’使得雖然繞射光柵12之高度不規則但耦合係 · 數k變動甚少。 繼而，藉由選擇性MOVPE使厚度〇·ι 緩衝 層14成長於光波導層13上。藉由磊晶成長使5〇㈣的 InGaAsP成長於n-ιηρ緩衝層上，構成具有1 ^^波長成分 之第一SCH層16。隨後，藉由磊晶成長使5〇 ηπι厚的MQW (Mul tipi e Quantum el 1，多重量子井）層 1、具有ι·ι # m波長成分的InGaAsP之第二3(：11層17、以及1〇〇 nm的ρ-ΙηΡ 包覆層8依序堆疊。所完成的堆疊構造如圖8 c所示。 MQW層1係由inGaAsP井層所組成，其中每一井層具有 1·4 V m波長成分，並且各井層間夾有具有丨· 1 v m波長成 分的InGaAsP阻障層。MQW層1之週期為7且振盪頻率為1.3 β m 〇 每一井層與阻7章層分別為7 nm厚與1〇 nm厚。 刖述各層之晶體並非成長於成長阻擋膜2上，而是選 擇性成長於η-InP基板3上的間隙中。在選擇性成長包括 MQW層1的波導之後，藉由氫氟酸移除Si %成長阻擋膜2，如 圖9 B所示。 繼而’ S i 〇2成長阻擋層再次沉積於圖9 B所示的堆疊之

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=個表面上。然後以自對準製程藉由氫氟酸選擇性移除 成長阻擋層，使得成長阻擋膜2僅殘留於直接形成的波導 之頂，。戶斤完成的組態顯示於圖9(：中。隨後，>圖9 ¥ :，藉由使用成長阻擋膜2作為遮罩再次進行M〇vpE成 藉以依序形成p-InP電流阻擋層6與[1—ιηρ電流阻擋層$，八 別為0· 7 mm厚與〇· 7 mm厚。 刀 繼而，在移除波導上的成長阻擋膜2之後，依序 厚的p-InP包覆層8與〇.3㈣厚的InGaAs蓋層。在又 TiAu所形成的p型電極7與n型電極9形成於堆疊的相 之後，堆疊構造於430 t進行電極合金化，藉以完 DFB-LD，如圖9E所示。 雖然光波導層1 3有部分成長至繞射光栅丨2之凸峰， 此部分光波導層1 3不會顯著損害本實施例所達成的對於耦 合係數k的精確控制。本實施例得修改成完全排除光波 層13成長至繞射光栅12之凸峰，如下文所述。 使InGaAsP光波導層13成長於InP繞射光栅12上但在 到繞射光栅1 2之凸峰前停止成長之程序的特徵在於波導厣 13之成長集中於凹谷且甚少達到凸峰。此乃因為在[m] 與其他高階表面上的成長速率高於[〇〇1]表面。具體而 δ ’在繞射光柵1 2上的Μ Ο V P E成長之初期，光波導層1 3甚 少成長於[001]表面上，使得高階表面上的成長為二要。 結果，光波導層1 3首先填滿具有高階表面作為側邊的凹 谷，然後開始成長於凸峰上，亦即[；〇 〇丨]表面。換句話 說，光波導層13在初期僅選擇性成長於凹谷中。因而，藉

第15頁 577188 五、發明說明（12) 由使光波導層1 3僅選擇性成長於凹谷中然後在波導層1 3達 到凸峰之前轉換四元成長成丨nP，可使凸峰上的光波導層 1 3比凹谷中的層丨3更薄了至少一半。折射 曰 藉由光波導層13來實行。 要 輪合係數k估計為3 1 cm-i。在本實施例中，當繞射光 拇12之高度變動± 30%，亦即在20 nm至40 nm的範圍中，

麵合係數k亦變動於29至32的範圍中，如圖6所指示，使得 文動率預期為± 5 %。相對地，藉著使光波導層填滿繞射光 柵之凹谷的習知方法，光栅1 2之高度必須小至丨5 nm以實 仃3 1 cm的耦合係數k。然而，此造成對於變動範圍為1 〇 ^^ η1"間之繞射光柵12之高度而言，耦合係數k變動於 之範圍中，使得變動率高達土 34%。目而瞭解本發 八法降低耦合係數11之變動至習知方法之變動的大約 ;貫驗，本實施例之裝置係切割成使λ /4相位偏 膜。、1 =且其相對端塗佈有反射率為0·1%的非反射31(^ U八二么，不攸停止帶頻譜所估計出的耦合係數k與乘赛 =:為31 cm. 3,其相等於所設計的值。更且1

實現了 =。的再/模產適率當的咖 1二實施例

第16頁 577188 五'發明說明（13) (Spot-Size-Converter integrated Distributed FeedBack Laser Diode，點狀轉換器積體分布回授式雷射 二極體）。關於生產製程，除了厚度朝發射端減少之逐漸 尖細狀波導以外，本實施例類似於先前實施例，且半導體 雷射部係同時形成。 具體而言，在本實施例中，繞射光柵12僅形成於MQW 主動層下方。藉由選擇性M0VPE成長使Mqw主動層與逐漸尖 細狀波導層集體地形成於氧化膜遮罩間之間隙中。在晶體 成長於繞射光柵1 2之事件中，光波導層丨3僅成長於光柵} 2 ^凹合中’而阻止其成長至光柵12之凸峰。關於實驗，在 等f溫度上升之期間後，繞射光柵1 2之高度與光波導層1 3 之最大厚度分別選定為3 〇 nm與1 5 nm，如同在第一實施例 1 :亦且，本發明所獨有的光波導層1 3之實質上固定的成 2 係選定為4· 2秒。圖1 1顯示用於選擇性成長的成長 『且擂膜2之圖案。 與2 0 0半導體雷射—部與逐漸尖細狀波導部分別為3 0 0以111長 :m办，長。每一成長阻擋層2在半導體雷射部中為5 0 逐漸1 咸’少或至1逐漸尖細狀波導部中寬度從50以"1朝發射端 實現一 ζ 、“ m。·寬度朝發射端逐漸減少的成長阻擋膜2 .少。此=4尖細狀結構，其波導部之厚度朝發射端逐漸減 波導部之側ί ί部具有最小的擴散損&，因為逐漸尖細狀 漸尖細狀、、古道為（111)晶體表面。在MQW層或主動層1與逐 第一實絲如層集體形成之後，SSC-DFB-LD可藉由相同於 1之裝置製程來製造。如圖丨〇所示，在本實施例

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:’ P型^極7延伸至發射部與部分的逐漸尖細狀波導，以 f: 於部分的逐漸尖細狀波導。此成功地排除前述部 :二f't大細狀波•中吸收損*之增加。前端與後端設有 〇· 1/。或非反射塗佈層以及90%或高反射塗佈層。

Μ實驗顯示本實施例之SSC-DFB—LD在-401至851之溫 度範圍中展現穩定的單模振盪。閥值電流於25。〇與85時 分別小至4 mA與12 mA。更且，對於1〇 mW而言，8〇 t時之 驅動電流小至40 mA，有相當好的機會成為無須溫度控制 之光學模組。雖然習知半導體雷射之水平輻射角33度且垂 直輻射角為35度，但本實施例因為積合有逐漸尖細狀波導 所以降低此兩輻射角至10度。因而本實施例亦實現所期望 的耦合特徵，亦即對於具有點狀尺寸1〇 的單模光纖之 最小耦合損失小至1. 5 dB。 、 ϋ三實施例 此實施例實施成EML (Electroabsorption Modulator

Integrated Laser，電吸收調變器積體雷射），其中具有F 繞射光柵的DFB-LB與電吸收調變器積合成一體。太每' 十具方也例 不同於第一實施例之處在於用於選擇性M0VPE成長的成長 阻擋膜2之圖案與如同第二實施例中其上區域性形成有^ 射光柵12的InP基板之使用。 繞 圖1 2顯示一遮罩圖案，用於集體地形成本實施例之 EML之主動層1與吸收層。在本實施例中，DFB-LD之及1抑 長度為300 /zm，而調變器部分為200 /zm長。每—士、E ^ 可 成長阻

第18頁 577188 五、發明說明（15) 擋膜在形成於繞射光柵基板上的DFB-LD部中為50 mm寬， 或在調整器部中為30 寬。主動層1與吸收層藉由選擇 性MOVPE成長而集體地形成於1. 5 /z m寬的間隙中。關於主 動層下方之部分，使光波導層13僅成長於繞射光柵12之凹 谷中。光波導層13於平坦部分為8 nm厚。具有ι·13 “^勺 波長成分之InGaAsP應用至光波導層13。再次，光波導居 1 3之成長時間選定為使得層1 3並未填滿繞射光柵丨2之凹 谷，且甚至當各晶圓中之繞射光栅丨2之高度不同時仍 實質上固定。 于 在成長光波導層13之後，依序成長〇· } 厚的卜丨 :與MQW層。冑因於成長阻擋膜之寬度變動的波長偏移係 设=成70^m，適合於電吸收調變器。在選擇性M〇vpE异 ί二二可藉ί相同於第一實施例之裝置製程製造EML。差\ ==於本貫施例形成電性獨立的電極於DFB-LD部與調锬 為。I 士使用摻Fe的ΙηΡ高電阻層作為電流阻擋層。、。又 地控制乘積虬時=積kL，4同於設計值且當適當 斜率效率分別為5 : 層時，熄…至=，。2二。Ϊ2 7電壓❹至吸收 時仍達成所期望的目p产更 甚至當進行2· 5 Gb調變 施例之積體裝置進^ 〃 口 Jye ^pening)。當藉著本實 功率懲罰小至〇. 5進^6。00 ^的正常光纖傳送測試時’發現 577188 五、發明1¾明（16) " '" ^ 在本實施例中，藉由選擇性MOVPE成長形成MQW層。本 實施例不僅對於第一實施例之結構有效，亦對於使^ s 土 〇 作為遮罩藉由濕银刻或乾蝕刻形成波導之習知結構有效。 關於習知結構，本實施例將使光波導層1 3成長於具有繞射 光桃12形成於其上的基板上，具有繞射光柵12之高度白^ 20%或以上至70%或以下之範圍，藉以使折射率週期性 動。 在本實施例中’光波導層13係由波長成分丨.13 的

InGaAsP所形成。再次，光學波導層13之成長時間係選定 成使得層1 3不會填滿繞射光柵1 2之凹谷，且維持實質上固 定’甚至當各晶圓之光栅1 2之高度不同時亦然。 在成長光波導層13之後，依序成長〇 · 1 “爪的卜Inp之 MQW主動層與〇·ΐ以爪的卜InP。為了形成波導，5 寬的

Si〇2長條形成於基板上然後飯刻。繼而，使用Si〇2作為遮 罩再次藉由MOVPE成長使p型與n型電流阻擋層依序成長。 在移除S%遮罩之後，&長p—Inp包覆層，然後進行通常的 電極製程以完成裝置。 關於電流阻擋層與p-InP包覆層，得使用LPE (Liquid Phase Epitaxial Growth，液態磊晶成長）替代仙¥^成 長。當λ/4相位偏移位於裝置之中心時且當使用相同於第 一實施例的共振器長度與末端結構時，本實施例之振遷 徵可相當於第一實施例。

577188 五、發明說明（17) 此實施例亦實施成EML且不同於第一實施例之處在於 用於選擇性MOVPE成長的成長阻擋膜2之圖案與如第二實施 例中其上區域性形成有繞射光柵1 2之I η P基板之使用。 圖12顯示本實施例獨有的用於集體地形成dfB-LD層1 /、及收層之遮罩圖案。在本實施例中，DFB-LD部之共振器 長度為30 0 //m’而調變器部為2〇〇 //111長。成長阻擋層在 DFB-LD部中為50 /zm寬，或在調變部中為3〇 。主動層 1與吸收層藉由選擇性MOVPE成長而形成於丨.5 # m寬的間曰 $中。在主動層1下方之位置處’光波導層13僅成長於繞 =柵12之凹谷12中。光波導層13之平坦部分為8⑽厚。 /日士/ΓΛ3，的1nGaAsP用於*波導層13。關於成長 守間’本貫施例等同於先前實施例。 在成長光波導層13之後，成長n—Ip n 成長層。 风加Μ至0.1㈣，然後 總結而言.，依據本發明，光波 成使得光波導層不會填滿繞射光柵之二：：：：選定 厚度小於繞射光柵之高产又，且導層之最大 剖面面積固定。導致耦合係數k维持固―曰厗度方向上之 產容忍度。 夺口疋且顯著地改良生 本發明因而實現具有可極 DFB-LD。此DFB —LD之振盪特徵與===的耦合係數k之 包括重現性的各種特徵之均勻性=產率變動甚少，使得 更且，本發明可應用至所有包：良。 括、、70射光栅的半導體 577188 五、發明說明（18) 層，且在其生產方法中顯著地改良對於耦合係數k之控 制。導致本發明不僅可應用至DFB-LD與其他裝置之生產方 法，亦可應用至調變器積體光源、分布式布拉格反射 (Bragg-reflection)半導體雷射等等之生產方法。 熟悉此項技藝之人士在接收本說明書之教示後可在不 偏離其範圍内進行各種修改。

第22頁 577188 圖式簡單說明 五、【圖示之簡單說明】 圖1顯示習知半導體雷射。 圖2顯示另一習知半導體雷射。 圖3顯示又一習知半導體裝置。 圖4A與4B分別顯示繞射光柵之特別組態，用以描述本 發明之優點。 圖5顯示本發明所獨有的應用於繞射光柵之凹谷的計 算模型。 圖6顯示本發明之繞射光柵之深度與耦合係數k間之關 係 圖7顯示依據本發明之半導體雷射之第一實施例。 圖8A至8C依序顯示第一實施例之半導體雷射之製造步 驟 圖9A至9E係關聯於圖8A至8C之立體圖。 圖1 0顯示依據本發明之半導體雷射之第二實施例。 圖11顯示使用於第二實施例中的遮罩圖案之平面圖。 圖1 2顯示使用於本發明第三實施例中的遮罩圖案之平 面圖 元件符號說明： 1 MQW 層 2 Si 02成長阻擋層 3 η - I η P基板 5 η-InP電流阻擋層

第23頁 577188 圖式簡單說明 6 p-InP電流阻擋層 7 p型電極 8 ρ-ΙηΡ包覆層 9 η型電極 12 繞射光柵 13 光波導層 14 η - I η Ρ緩衝層 15 主動層

16 第一SCH層 17 第二SCH層 18 p-InP 基板 19 InAsP變成層

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Claims (1)

1. 577188 六、申請專利範圍1. 一種半導體雷射之製造方法，包含： 於一半導體基板上形成具有一凹凸狀表面的一繞射光 栅；以及 導 波 光 該 得 使 成 定 ; 選 導間 波時 光長 一成 長之 成層 上導 柵波 光光 射該 繞， 該中 於其 度 高 之 柵 光 射 繞 該。 論定 無固 且上 ， 質 谷實 凹持 之維 柵皆 光間 射時 繞長 該成 滿該 填動 未變 並何 層如 第 圍 範 利 專 請 中 Π 士光質 2.該實 該面 有面 含剖 在的 層定 導固 波上 其有 ’具 法上 方面 造平 製之 之度 射厚 雷大 體最 導之 半層 之導 項波。 光積 法 ο/ 方ο 一> 7 造的 製度 之高 射之 雷柵 體光 導射 半繞 之該 項為 1度 第 圍 範 利 專 請 申 如 厚 大 最 之 層 導 波 光。 3該下 以 或 4. 如申請專利範圍第1項之半導體雷射之製造方法，其中 該半導體層之操作波長為0.3 /zm至1.7 //m。5. 一種波導型積體半導體裝置之製造方法，該波導型積 體半導體裝’置包括有一半導體雷射，該方法包含： 於一半導體基板上形成具有一凹凸狀表面之一繞射光 栅；以及 於該繞射光柵上成長一光波導層；

   中 其

   第25頁 577188 六、申請專利範圍 其中該光波導層之成長時間係選定成使得該光波導層 並未填滿該繞射光拇之凹谷’且無論該繞射光拇之南度如 何變動該成長時間皆維持貫質上固定’並且 該光波導層之側壁為（111)晶體表面。 6. 如申請專利範圍第5項之波導型積體半導體裝置之製造 · 方法，其中該光波導層在含有該光波導層之最大厚度之平 _ 面上具有一實質上固定的剖面面積。 · 7. 如申請專利範圍第5項之波導型積體半導體裝置之製造 ® 方法，其中該光波導層之最大厚度為該繞射光栅之高度的 7 0%或以下。 8. 如申請專利範圍第5項之波導型積體半導體裝置之製造 方法，其中該半導體層之操作波長為0.3 /zm至1.7 //m。 9. 一種波導型積體半導體裝置之製造方法，該波導型積 體半導體裝置包括有一半導體雷射，該方法包含： 於一半導體基板上形成具有一凹凸狀表面之一繞射光 φ 柵；以及 於該繞射光柵上成長一光波導層； 其中該光波導層之成長時間係選定成使得該光波導層 w 並未填滿該繞射光柵之凹谷，且無論該繞射光柵之高度如 何變動該成長時間皆維持實質上固定，並且 ·

   第26頁 577188 六、申請專利範圍 該波導型積體半導體裝置包含至少一半導體層、一分 布式反射半導體層、一逐漸尖細狀波導、一光學調變器、 一光偵測器、一光學開關、以及一光波導。 10. 如申請專利範圍第9項之波導型積體半導體裝置之製 造方法，其中該光波導層在含有該光波導層之最大厚度之 平面上具有一實質上固定的剖面面積。

   11. 如申請專利範圍第9項之波導型積體半導體裝置之製 造方法’其中該光波導層之最大厚度為該繞射光棚·之南度 的7 0 %或以下。 12. 如申請專利範圍第9項之波導型積體半導體裝置之製 造方法，其中該半導體層之操作波長為0.3 //m至 1. 7 // m 〇 13. —種波導型積體半導體裝置之製造方法，該波導型積 體半導體裝置包括有一半導體雷射，該方法包含：

   於一半導體基板上形成具有一凹凸狀表面之一繞射光 栅；以及 於該繞射光柵上成長一光波導層； 其中該光波導層之成長時間係選定成使得該光波導層 並未填滿該繞射光栅之凹谷，且無論該繞射光柵之高度如 何變動該成長時間皆維持實質上固定，並且

   第27頁 577188 六、申請專利範圍 該光波導層係形成為一嵌埋層。 14. 如申請專利範圍第1 3項之波導型積體半導體裝置之製 造方法，其中該光波導層在含有該光波導層之最大厚度之 平面上具有一實質上固定的剖面面積。 15. 如申請專利範圍第1 3項之波導型積體半導體裝置之製 造方法，其中該光波導層之最大厚度為該繞射光栅之高度 的7 0 %或以下。

   16. 如申請專利範圍第1 3項之波導型積體半導體裝置之製 造方法，其中該半導體層之操作波長為0.3 //m至 1. 7 // m 〇

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