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Dokumentenidentifikation DE60210546T2 05.04.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001286439
Titel Optische Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren
Anmelder Nippon Telegraph and Telephone Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Ogasawara, NTT Int. Property Center, Matsuyuki, Musashino-shi, Tokyo 108-8585, JP;
Kondo, Susumu, Tama-shi, Tokyo 206-0032, JP;
Iga, NTT Int Property Center, Ryuzo, Musashino-shi, Tokyo 108-8585, JP;
Kondo, NTT Int. Property Center, Yasuhiro, Musashino-shi, Tokyo 108-8585, JP
Vertreter Mammel & Maser, 71065 Sindelfingen
DE-Aktenzeichen 60210546
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.08.2002
EP-Aktenzeichen 020184677
EP-Offenlegungsdatum 26.02.2003
EP date of grant 12.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.04.2007
IPC-Hauptklasse H01S 5/227(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01S 5/026(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   G02F 1/017(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren seiner Herstellung und insbesondere ein optisches Halbleiterbauelement, das zwei Seiten eines aktiven Bereichs, der in einen halbisolierenden Kristall eingebettet ist aufweist und ein Verfahren zur Herstellung des Elements.

Die halbisolierende einbettende Heterostruktur (semiinsulating burying heterostructure) (SIBH) mit einer halbisolierenden Schicht als einbettende Schicht wird für ein optisches Halbleiterbauelement verwendet, wie eine Halbleiterlaserdiode oder einen optischen Halbleitermodulator. Es ist bekannt, dass, wenn diese Struktur für solche Elemente verwendet wird – geringe Kapazitäten des Elements und hohe Modulationsgeschwindigkeiten nur realisiert werden können, wenn eine p-n-eingebettete Struktur verwendet wird. Aus diesem Grund ist eine halbisolierende einbettende Heterostruktur unerlässlich für optische Halbleitermodulatoren und optische Halbleiterbauelemente, die für ein optisches Transmissionssystem mit hoher Kapazität verwendet werden.

Wenn eine solche halbisolierende einbettende Heterostruktur verwendet wird, gibt es bei einem Einbettungswachstumsprozess viele Defekte in der Wiederwachstumsgrenzfläche, die von Fehlern infolge des Tafelberg-Prozesses und von Verunreinigungen, die in den Wiederwachstumsprozess verwendet werden, herrühren. Dies führt zu einem Leckstrom beim Betrieb des Elements. Bei einer Halbleiterlaserdiode verursacht dies ein Anwachsen des Grenzstroms, eine Abnahme der optischen Ausgabewirksamkeit (optical Output efficiency), eine Verschlechterung der Temperaturcharakteristiken etc.

Zudem wird ein Halbleiterkristall, der üblicherweise mit Eisen (Fe) dotiert ist, für solch eine halbisolierende einbettende Heterostruktur verwendet. Wenn jedoch Eisen (Fe) als Dotierungsmittel verwendet wird, findet Interdiffusion von Eisen (Fe) als Dotierungsmittel für die halbisolierende einbettende Schicht und Zink (Zn) als Dotierungsmittel für die p-Mantelschicht und p-Kontaktschicht des Elements an der Grenzfläche zwischen der halbisolierenden einbettenden Schicht und dem Element statt. Als Folge diffundiert Zink in die einbettende Schicht, die Charakteristiken des Elements verschlechtern sich, was zu einer Verschlechterung der Modulationscharakteristiken führt.

Zusätzlich diffundiert das Zink, das sich auf die Zwischengitterplätze durch die obige Interdiffusion bewegt hat, ebenfalls in die aktive Schicht, die eine Grenzfläche mit der einbettenden Schicht aufweist, hinein, was zu einer Abnahme der optischen Ausgabewirksamkeit der aktiven Schicht führt.

Es ist bekannt, dass die obige Interdiffusion nicht auf die Fälle beschränkt ist, in denen Zink als p-Störstelle verwendet wird und andere p-Störstellen, wie Be, Cd und Mg ebenfalls Interdiffusionen mit Eisen verursachen.

Wie in 5 gezeigt, besteht eine Technik, ein solches Problem zu lösen, darin, eine die Eisendiffusionverhindernde Schicht 36 zwischen einem Tafelbergstreifen (mesa stripe) (MS) und einer Fe-dotierten InP einbettenden Schicht 37 einzufügen, wie in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 9-214045 offenbart. In Bezug auf 11 bezeichnet das Bezugszeichen 31 ein Halbleitersubstrat, 32 eine Pufferschicht, 33 eine Aktivschicht, 34 eine Mantelschicht, 35 eine Kontaktschicht und 36 eine die Eisendiffusion verhindernde Schicht.

Kürzlich wurde festgestellt, dass in einem halbisolierenden Halbleiterkristall, der mit Ruthenium (Symbol des Elements: Ru) dotiert ist, nahezu keine Interdiffusion zwischen Ruthenium und Zink auftritt.

Wie in 6 gezeigt, wurde über die Herstellung eines Halbleiterlasers unter Verwendung von Ruthenium dotierten halbisolierenden einbettenden Schicht berichtet („A. Dadger et al., Applied Physics Letters Vol. 73, No. 26 pp. 3878–3880 (1998)", „A. Van Geelen et al., 11th International Conference on Indium Phosphide and Related materials TuB 1–2 (1999)"). US 5 717 710 A offenbart ein optisches Halbleiterbauelement, das einen DFB Laser, der mit einem Lichtabsorptionsmodulator integriert ist, umfasst, wobei eine eisendotierte halbisolierende einbettende Schicht zwischen einer trägerblockierenden Schicht und einer oberen Mantelschicht angeordnet ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein optisches Halbleiterbauelement bereitzustellen, das eine Struktur aufweist, die die Diffusion einer Störstelle, die in einer einen Tafelbergstreifen bildenden Schicht in eine halbisolierende einbettende Schicht, die auf zwei Seiten eines Tafelbergstreifens gebildet ist, kontrollieren kann sowie ein Verfahren zur Herstellung des Elements.

Um den obigen Gegenstand zu erhalten haben die hiesigen Erfinder festgestellt, dass die Störstellendiffusion in eine einbettende Schicht kontrolliert werden kann, wenn eine halbisolierende einbettende Schicht, die auf zwei Seiten einer Schicht angeordnet ist, die einen Tafelbergstreifen bildet und eine n-Mantelschicht, einen aktiven Bereich und eine p-Mantelschicht beinhaltet, durch eine diffusionsanreichernde Schicht gebildet wird, die zum tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbau (MS) angrenzt und die Diffusion einer p-Störstelle erhöht und eine diffusionsunterdrückende Schicht, die an die diffusionsanreichernde Schicht angrenzt und eine halbisolierende Störstelle enthält, die die Diffusion der p-Störstelle unterdrückt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein optisches Halbleiterbauelement gemäß der Definition in Anspruch 1 bereitgestellt. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 definiert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine monolithisch integrierte Lichtquelle bereitgestellt, die einen Halbleiterlaser und einen elektroabsorbierenden optischen Modulator gemäß Anspruch 6 beinhaltet.

Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Halbleiterbauelementes gemäß Anspruch 7 bereitgestellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Halbleiterbauelements bereitgestellt, bei dem ein Halbleiterlaser und ein optischer Modulator monolithisch in ein Halbleitersubstrat gemäß Anspruch 8 integriert sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine Ansicht der Struktur der ersten und zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsformen;

2A bis 2C sind Ansichten, die die Schritte der Herstellungsverfahren gemäß der ersten und zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsformen zeigen;

3 ist eine Ansicht der Struktur der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

4A bis 4G sind Ansichten, die die Schritte der Herstellungsverfahren gemäß der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigen;

5 ist eine Ansicht zur Erläuterung des Stands der Technik und

6 ist eine Ansicht zur Erläuterung des Stands der Technik.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ein erfindungsgemäßes optisches Halbleiterbauelement wird nachfolgend anhand der Ausführungsformen im Detail beschrieben.

[Erstes Ausführungsbeispiel]

1 zeigt eine Form, in der ein erfindungsgemäßes optisches Halbleiterbauelement in einem Halbleiterlaser mit einer MQW (multiple quantum well) (multiplen Quantentopf) Aktivschicht eingesetzt wird.

In 1 ist eine 0,2 &mgr;m dicke Se-dotierte n-InP Mantelschicht 2 auf einem (100) orientierten n-InP Substrat 1 gebildet. Zusätzlich sind auf der Oberfläche der Se-dotierten n-InP Mantelschicht 2 (Teil der Oberfläche der Mantelschicht 2 in diesem Fall) in der genannten Reihenfolge gestapelt, eine 40 nm dicke undotierte InGaAsP Führungsschicht 3 mit einer Bandgap (Bandlücken)-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, eine 0,15 &mgr;m dicke gespannte undotierten InGaAsP/InGaAsP MQW (multiple quantum well) Aktivschicht 4 mit einer Laserwellenlänge von 1,55 &mgr;m, eine 40 nm dicke undotierte InGaAsP Führungsschicht 5 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, eine 1,5 &mgr;m dicke Zn-dotierte P-InP Mantelschicht 6 und eine 0,3 &mgr;m dicke Zn-dotierte InGaAs-Kontaktschicht 7.

In dieser Ausführungsform haben die Legierungshalbleiterschichten mit Ausnahme der Aktivschicht 4 Zusammensetzungen, die passend für das Gitter des InP Substrats 1 sind, soweit nicht anders angegeben.

Dieser Mehrfachschichtaufbau wird zu einem tafelbergstreifenförmigen Mehrfachschichtaufbau (MS) mit einer Breite von etwa 2 &mgr;m und einer Höhe von etwa 3 &mgr;m verarbeitet. Zusätzlich werden zwei Seiten des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus in die erfindungsgemäßen einbettenden Schichten eingebettet, z.B. Fe-dotierte InP Schichten 9, die als Diffusionsverstärkungsschichten dienen und angrenzend an die tafelbergförmigen Streifen angeordnet sind, und Ru-dotierte InP Schichten 10, die als Diffusionsunterdrückungsschichten dienen und an die InP-Schichten 9 angrenzend angeordnet sind.

Die Fe-dotierte InP-Schicht 9 ist zwischen einer Seitenwand des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus und der Ru-dotierten InP Schicht 10 und zwischen der Oberfläche der Se-dotieren n-InP Mantelschicht 2 und der Ru-dotierten InP-Schicht 10 angeordnet. Die Dicke der Fe-dotierten InP Schicht 9 kann im Bedarfsfall geändert werden. Zusätzlich ist es ausreichend, wenn die Fe-dotierte InP-Schicht 9 mit Eisen in einer Menge dotiert ist, die groß genug ist, um Zn-Diffusion zu induzieren.

Die Menge des zu der Ru-dotierten InP-Schicht 10 zugegebenen Rutheniums sollte groß genug sein, um diese Schicht genügend halbisolierend zu machen.

In die Fe-dotierte InP-Schicht 9, die als diffusionsanreichernde Schicht verwendet wird, diffundiert Zink von der Zn-dotierten p-InP-Mantelschicht 6, mit der die Fe-dotierte InP-Schicht 9 in Kontakt ist, in einem Einbettungswachstumsprozess hinein. In der Folge ändert sich der Leitfähigkeitstypus in einen p-Typus. Aus diesem Grund nehmen Defekte in der Grenzfläche zwischen der Zn-dotierten p-InP Mantelschicht 6 und der Fe-dotierten InP Schicht 9 ab, wodurch Leckströme reduziert werden.

Nachdem Zink nicht auf einfache Weise in die Ru-dotierte InP Schicht 10 hineindiffundiert, ist die Zn-Diffusion auf die Fe-dotierte InP Schicht 9 beschränkt. Es ist ausreichend, wenn die Fe-dotierte InP-Schicht 9 wenigstens zwischen einer Seitenwand des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus und der Ru-dotierten InP Schicht 10 gebildet wird. Die Fe-dotierte InP-Schicht 9 ist nicht immer zwischen der Oberfläche der Se-dotierten n-InP Mantelschicht 2 und der Ru-dotierten InP Schicht 10 erforderlich.

Ein SiO2 Passivierungsfilm 11 ist auf der gesamten Oberfläche mit Ausnahme des Oberflächenteils direkt über dem tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbau gebildet. Eine p-Elektrode 12 ist auf der Oberfläche der InGaAs-Kontaktschicht 7 direkt über dem tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbau gebildet. Eine n-Elektrode 13 wird weiterhin auf der Bodenfläche des n-InP-Substrats 1 gebildet.

Ein Unterschied zwischen diesem Element und einem bekannten eingebetteten optischen Halbleiterbauelement wird nachfolgend beschrieben.

Das erfindungsgemäße Element unterscheidet sich von dem bekannten Element darin, dass die Fe-dotierte InP-Schicht 9, die als eine diffusionsverstärkende Schicht verwendet wird, zwischen einer Seitenwand des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus und der Ru-dotierten InP Schicht 10 eingefügt ist.

Bei dieser Struktur diffundiert Zn aus der Zn-dotierten p-InP Mantelschicht 6, mit der die Fe-dotierte InP Schicht 9 in Kontakt ist, in die Fe-dotierte InP Schicht 9 in einem Einbettungswachstumsprozess hinein. Als Folge ändert sich der Leitfähigkeitstypus der Fe-dotierten InP Schicht 9 in einen p-Typus. Aus diesem Grund nehmen Defekte in der Grenzfläche zwischen der Zn-dotierten p-InP Mantelschicht 6 und der Fe-dotierten InP Schicht ab, wodurch Leckströme reduziert werden. Da Zn nicht so einfach von der Zn-dotierten p-InP Mantelschicht 6 in die Ru-dotierte InP Schicht 10 hineindiffundiert, ist die Zink-Diffusion bei dieser Struktur auf die Fe-dotierte InP Schicht 9 beschränkt.

Wie oben beschrieben kann eine unnötige Zunahme der Kapazität des Elements vermieden und eine Hochgeschwindigkeitsmodulation erreicht werden, da die Zn-Diffusion aus der Zn-dotierten p-InP Mantelschicht 6 nur auf die Fe-dotierte InP Schicht 9 beschränkt ist.

Die Effekte dieses Ausführungsbeispiels werden nachfolgend näher beschrieben.

Drei Typen von Elementen wurden derart hergestellt, dass die Fe-dotierte InP Schicht 9 Dicken von jeweils (a) 0,1 &mgr;m, (b) 0,4 &mgr;m und (c) 0,8 &mgr;m aufwies, und die Charakteristiken der Elemente wurden verglichen. Hierbei ist mit der Dicke der Fe-dotierten InP Schicht 9 die Dicke einer Seite des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus gemeint.

Die spezifischen Widerstände der eingebetteten Schichten der drei Typen von Elementen betrugen etwa 108 &OHgr;cm oder mehr. Es wurde festgestellt, dass die gebildeten eingebetteten Schichten hinreichend hohe Widerstände aufwiesen.

Die kleinen Signalmodulations-Charakteristiken der jeweiligen in den Chips gebildeten Halbleiterlaser waren bei 3 dB Bandbreite

  • (a) etwa 8 GHz bei der Schichtdicke der Fe-dotierten InP Schicht 9 von 0,8 &mgr;m,
  • (b) etwa 15 GHz bei einer Schichtdicke von 0,4 &mgr;m und
  • (c) etwa 15 GHz bei einer Schichtdicke von 0,1 &mgr;m.

Der Grenzstrom und die optische Ausgabeleistung (output efficiency) blieben unabhängig von der Dicke der Fe-dotierten InP Schicht konstant und betrugen jeweils etwa 10 mA und 35%. Das heißt, die Elementcharakteristiken waren gut mit der Ausnahme, dass die Kapazität der Elemente sich in Abhängigkeit von der Dicke der Fe-dotierten InP Schicht geändert hat.

Das heißt, dass die Kapazität des Elementes – da die Diffusionslänge von Zink durch die Dicke der Fe-dotierten InP Schicht 9, die als diffusionsverstärkende Schicht verwendet wird, beschränkt ist – in Abhängigkeit von der Dicke der Fe-dotierten InP Schicht 9 abnimmt.

Die Existenz der Fe-dotierten InP Schicht 9, die als diffusionsverstärkende Schicht verwendet wird, verstärkt die Zn-Diffusion, um Defekte in der Grenzfläche zwischen der Zn-dotierten p-InP Mantelschicht 6 und der Fe-dotierten InP Schicht 9 zu vermindern und reduziert Leckströme, wodurch ein Halbleiterlaser mit einem niederen Grenzstrom und einer hohen optischen Ausgabeleistung erhalten wird.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers gemäß dieser Ausführungsform wird zusammen mit den 2A bis 2C beschrieben.

Wie in 2A dargestellt, werden die 0,2 &mgr;m dicke Se-dotierte n-InP Mantelschicht 2, die 40 nm-dicke undotierte InGaAsP Führungsschicht 3 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, die 0,15 &mgr;m dicke gespannte undotierte In-GaAsP/InGaAsP MQW (multiple quantum well) Aktivschicht 4 mit einer Laserwellenlänge von 1,55 &mgr;m, die 40 nm dicke undotierte InGaAsP Führungsschicht 5 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, die 1,5 &mgr;m dicke Zn-dotierte p-InP Mantelschicht 6 und die 0,3 &mgr;m dicke Zn-dotierte InGaAs Kontaktschicht 7 aufeinanderfolgend auf dem (100) orientierten n-InP Substrat 1 gestapelt.

In diesem Fall haben die von der aktiven Schicht verschiedenen Halbleiterlegierungen Zusammensetzungen, die zu dem Gitter des InP-Substrats 1 passen, soweit nicht anders angegeben.

Wie in 2B dargestellt, wurde der tafelbergstreifenförmige Mehrfachschichtaufbau, der eine Breite von etwa 2 &mgr;m und eine Höhe von etwa 3 &mgr;m aufweist, durch RIE (reaktives Ionenätzen) hergestellt, wobei ein SiO2-Film 8 als Maske verwendet wurde.

Wie in 2C dargestellt, wurden die Fe-dotierte InP-Schicht 9, die als diffusionsanreichernde Schicht verwendet wird, und die Ru-dotierte InP-Schicht 10 (Dicke: 3 &mgr;m), die als diffusionsunterdrückende Schicht verwendet wird, mit dem MOVPE-Verfahren auf dem Substrat, auf welchem der tafelbergstreifenförmige Mehrfachschichtaufbau gebildet wurde, abgeschieden.

Die Fe-dotierte InP-Schicht 9 wurde unter Verwendung von Dicyclopentadienyl-Eisen als Eisenquelle abgeschieden. Zusätzlich wurden die Schichtdicken durch die Abscheidungszeiten kontrolliert.

Die Ru-dotierte InP-Schicht 10, die als Diffusionsunterdrückungsschicht verwendet wird, wurde unter Verwendung von bis(&eegr;5-2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium(II), das als Rutheniumquelle verwendet wurde, abgeschieden.

Anschließend wurde die SiO2-Maske 8 entfernt und der SiO2-Passivierungsfilm 11 wurde auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur mit Ausnahme eines Oberflächenanteils direkt über dem tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbau gebildet. Die p-Elektrode 12 wurde dann gebildet, und die n-Elektrode 13 wurde auf der unteren Oberfläche des Substrats 1 gebildet, wodurch das Element zu dem in 1 dargestellten Element vervollständigt wurde.

Eisendotierungskonzentrationen in den Fe-dotierten InP-Schichten 9, die als Diffusionsverstärkungsschichten verwendet werden, werden nachfolgend beschrieben.

Drei Typen von Elementen wurden hergestellt, indem die Dicken der Fe-dotierten InP-Schichten 9 af 0,4 &mgr;m und die Eisendotierungskonzentrationen auf

  • (a) 0,3 × 1017 cm–3,
  • (b) 0,7 × 1017 cm–3 und
  • (c) 1,0 × 1017 cm–3
festgelegt wurden.

Die Charakteristiken dieser Elemente wurden dann verglichen.

In diesem Fall bedeutet die Eisendotierungskonzentration die Konzentration an Eisen, von Eisenatomen, die dem Halbleiterkristall zugegeben werden, die als Elektronenkompensatoren aktiviert wurden.

Der Grenzstrom war

  • (a) 20 mA bei einer Eisendotierungskonzentration von 0,3 × 1017 cm–3,
  • (b) 10 mA bei einer Eisendotierungskonzentration von 0,7 × 1017 cm–3 und
  • (c) 10 mA bei einer Eisendotierungskonzentration von 1,0 × 1017 cm–3.

Das heißt, dass bei einer Eisendotierungskonzentration von 0,3 × 1017 cm–3 Zink nicht hinreichend in die Fe-dotierte InP-Schicht 9 hineindiffundierte und so Defekte in der Grenzfläche zwischen der Zn-dotierten p-InP-Mantelschicht 6 und der Fe-dotierten InP-Schicht 9 nicht in zufriedenstellender Weise abnahmen. Dies führte zu einer Zunahme des Leckstroms und des Grenzstromes.

Bei einer Eisendotierungskonzentration von 0,7 × 1017 cm–3 oder mehr diffundierte das Zink ausreichend in die Fe-dotierte InP-Schicht 9 hinein, so dass die Defekte in der Grenzfläche zwischen der Zn-dotierten p-InP-Mantelschicht 6 und der Fe-dotierten InP-Schicht 9 in befriedigender Weise abnahmen. Dies reduzierte den Leckstrom und den Grenzstrom.

[Zweites Ausführungsbeispiel]

Diese Ausführungsform betrifft einen Elektroabsorptionsmodulator (EA-Modulator), in dem InGaAsP/InGaAsP Multiple Quantum Wells als Photoabsorptionsschicht verwendet werden. Die Struktur dieses Elements ist im Wesentlichen dieselbe wie die der ersten Ausführungsform und wird somit in Bezug auf die 1 und 2A bis 2C beschrieben.

Zunächst werden, wie in der 2A dargestellt, eine 0,2 &mgr;m dicke Se-dotierte n-InP-Mantelschicht 2, eine 40 nm-dicke undotierte InGaAsP-Führungsschicht 3 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, eine 0,15 &mgr;m dicke gespannte undotierte InGaAsP/InGaAsP MQW (multiple quantum well) Aktivschicht 4 mit einer Laserwellenlänge von 1,50 &mgr;m, eine 40 nm dicke undotierte InGaAsP-Führungsschicht 5 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, eine 1,5 &mgr;m dicke Zn-dotierte p-InP-Mantelschicht 6 und eine 0,3 &mgr;m dicke Zn-dotierte p-InGaAS Kontaktschicht 7 sukzessive auf (100) orientiertes n-InP-Substrat 1 gestapelt.

In diesem Fall hatten die Legierungshalbleiterschichten, die von der Photoabsorptionsschicht verschieden waren, Zusammensetzungen, die zu dem Gitter des InP-Substrats 1 passten, soweit nicht anders angegeben.

Wie in 2B dargestellt, wurde ein tafelbergstreifenförmiger Mehrfachschichtaufbau mit einer Breite von etwa 2 &mgr;m und einer Höhe von etwa 3 &mgr;m durch RIE (reaktives Ionenätzen) unter Verwendung eines SiO2-Films 8 als Maske gebildet.

Wie in 2C dargestellt, wurden eine Fe-dotierte InP-Schicht 9, die als Diffusionsverstärkungsschicht verwendet wurde, und eine Ru-dotierte InP-Schicht 10 (Schichtdicke: 3 &mgr;m), die als Diffusionsunterdrückungsschicht verwendet wurde, mittels des MOVPE-Verfahrens auf dem Substrat, auf welchem der tafelberg-streifenförmige Mehrfachschichtaufbau gebildet war, abgeschieden.

Die Fe-dotierte InP-Schicht 9 wurde unter Verwendung von bekanntem Material abgeschieden. Zusätzlich, wurde bis (&eegr;5-2, 4 dimethylpentadienyl)ruthenium(II) als Rutheniumquelle eingesetzt.

Anschließend wurde die SiO2-Maske 8 entfernt und ein SiO2-Passivierungsfilm 11 wurde auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur unter Ausschluss eines Oberflächenanteils unmittelbar oberhalb des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus gebildet. Eine p-Elektrode 12 wurde dann gebildet, und eine n-Elektrode 13 wurde auf der Substratseite gebildet, wodurch das in 1 dargestellte Element vervollständigt wurde.

Drei Typen von Elementen wurden derart hergestellt, dass die Fe-dotierte InP-Schicht 9 Schichtdicken von

  • (a) 0,1 &mgr;m,
  • (b) 0,4 &mgr;m und
  • (c) 0,8 &mgr;m
aufwies und die Charakteristiken der Elemente wurden verglichen. In diesem Fall wird unter der Dicke der Fe-dotierten InP-Schicht 9 die Dicke auf einer Seite des tafelbergstreifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus verstanden.

Der spezifische Widerstand über alle eingebetteten Schichten von jeder der drei Typen von Elementen betrug etwa 108 &OHgr;cm oder mehr.

Die geringen Signalmodulationscharakteristiken der jeweiligen Halbleiterlaser, die in den Chips gebildet wurden, betrugen bei 3 dB Bandbreite

  • (a) etwa 10 GHz bei einer Schichtdicke der Fe-dotierten InP-Schicht 9 von 0,8 &mgr;m
  • (b) etwa 15 GHz bei einer Schichtdicke von 0,4 &mgr;m und
  • (c) etwa 20 GHz bei der Schichtdicke von 0,1 &mgr;m.

Dies zeigt, dass die Kapazität des Elements bei einer Reduktion der Dicke der Fe-dotierten InP-Schicht 9 abnahm und die Modulationsbreite zunahm.

Der Vergleich zwischen den Extinktionsverhältnissen dieser Elemente zeigt, dass das Extinktionsverhältnis dazu neigt, abzunehmen, wenn die Schichtdicke der Fe-dotierten InP-Schicht 9 zunimmt. Dies ist der Fall, weil, wenn Zink in die Fe-dotierte InP-Schicht 9 hineindiffundiert, Eisen aus der Fe-dotierten InP-Schicht 9 in die p-InP Mantelschicht 6 infolge von Zn-Fe Interdiffusionen hineindiffundiert. Das diffundierte Eisen verschiebt Zink durch den Kick-Out-Mechanismus auf Zwischengitterplätze. Das auf die Zwischengitterplätze verschobene Zink diffundiert in die Photoabsorptionsschicht. Da die Menge des in die p-InP Mantelschicht durch Interdiffusion diffundierten Eisens mit der Zunahme der Dicke der Fe-dotierten InP-Schicht zunimmt, nimmt die Menge an Zink, das in die Photoabsorptionsschicht diffundiert ist, zu. Aus diesem Grund, nimmt das an der Photoabsorptionsschicht anliegende elektrische Feld, ab, was zu einem abnehmenden Extinktionsverhältnis führt.

[Drittes Ausführungsbeispiel]

Das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die 3 beschrieben.

Dieses Ausführungsbeispiel veranschaulicht eine integrierte Lichtquelle, die durch monolithische Integration von einem elektroabsorbierenden optischen Modulator und einen Distributed-Feedback-Laser (DFB-LD) gebildet ist.

Bezugnehmend auf 3 ist diese Lichtquelle aus dem elektroabsorbierenden optischen Modulator (EAM), dem Distributed-Feedback-Laser (DFB-LD) und einem Rinnenteil (groove portion) (GP) zwischen diesen gebildet. Die jeweiligen Komponenten sind auf einem (100) orientierten n-InP Substrat 1 als gemeinsamem Substrat gebildet.

In Anordnung des elektroabsorbierenden optischen Modulators (EAM) sind eine 0,2 &mgr;m dicke Se-dotierte n-InP Mantelschicht 2, eine 40 nm undotierte InGaAsP Führungsschicht 103 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, eine 0,15 &mgr;m dicke gespannte undotierte InGaAsP/InGaAsP MQW (multiple quantum well) Aktivschicht 104 mit einer Laserwellenlänge von 1,50 &mgr;m, eine 40 nm dicke undotierte InGaAsP-Führungsschicht 105 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, eine 1,5 &mgr;m dicke Zn-dotierte p-InP Mantelschicht 106 und eine 0,3 &mgr;m dicke Zn-dotierte InGaAs Kontaktschicht 107 sukzessive auf dem (100) orientierten n-InP-Substrat 1 aufgestapelt.

In diesem Fall haben alle Legierungshalbleiterschichten, die von der Photoabsorptionsschicht verschieden sind, Zusammensetzungen, die zu dem Gitter des InP-Substrats 1 passen, soweit nicht anders angegeben.

Die obige Multischichtstruktur ist in dem tafelbergstreifenförmigen Mehrfachschichtaufbau, der eine Breite von etwa 2 &mgr;m und eine Höhe von etwa 3 &mgr;m aufweist, gebildet. Zwei Seitenoberflächen des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus sind in eine Fe-dotierte InP-Schicht 9 und eine Ru-dotierte InP-Schicht 10 eingebettet.

In die Fe-dotierte InP-Schicht 9, die als eine diffusionsanreichernde Schicht verwendet wird, diffundiert Zink von einer Zn-dotierten p-InP-Mantelschicht 6, mit der die Fe-dotierte InP-Schicht 9 in Kontakt ist, in einem Einbettungswachstumsprozess hinein. Als eine Folge verändert sich der Leitfähigkeitstypus in den p-Typus. Aus diesem Grunde nehmen Defekte in der Grenzfläche zwischen der Zn-dotierten p-InP-Mantelschicht 6 und der Fe-dotierte InP-Schicht 9 ab, wodurch Leckströme reduziert werden.

Dennoch ist die Zn-Diffusion auf die Fe-dotierte InP-Schicht 9 begrenzt, da Zink nicht in einfacher Weise in die Ru-dotierte InP-Schicht 10 hinein diffundiert.

Ein SiO2-Passivierungsfilm 11 ist auf der gesamten Oberfläche unter Ausnahme des Oberflächenanteils direkt oberhalb des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus gebildet. Eine p-Elektrode 112 ist auf der resultierenden Struktur gebildet. Eine gewöhnliche n-Elektrode 13 ist weiterhin auf der Substratseite gebildet.

In der Anordnung des Distributed-Feedback-Lasers (DFB-LD) sind die 0,2 &mgr;m dicke Se-dotierte n-InP-Mantelschicht 2, eine 40 nm dicke undotierte InGaAsP-Führungsschicht 203 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, eine 0,15 &mgr;m dicke gespannte undotierte InGaAsP/InGaAsP MQW (multiple quantum well) Aktivschicht 204 mit einer Laserwellenlänge von 1,55 &mgr;m, eine 40 nm dicke undotierte InGaAsP-Führungsschicht 205 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m und einem Diffraktionsgitter, das auf ihrer oberen Oberfläche gebildet ist, die 1,5 &mgr;m Zn-dotierte p-InP-Mantelschicht 6 und eine 0,3 &mgr;m dicke Zn-dotierte InGaAs-Kontaktschicht 7 aufeinanderfolgend auf dem n-InP-Substrat 1 gestapelt.

In diesem Fall haben die Legierungshalbleiterschichten, die von der aktiven Schicht verschieden sind, Zusammensetzungen, die zu dem Gitter des InP-Substrats 1 passen, soweit nicht anders angegeben.

Der obige Mehrschichtaufbau wird in dem tafelbergstreifenförmigen Mehrfachschichtaufbau mit einer Breite von etwa 2 &mgr;m und einer Höhe von etwa 3 &mgr;m gebildet. Zwei Seitenoberflächen des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus sind in die Fe-dotierte InP-Schicht 9, die als Diffusionsverstärkungsschicht verwendet wird und die Ru-dotierte InP-Schicht 10, die als Diffusionsunterdrückungsschicht verwendet wird eingebettet.

In die Fe-dotierten InP-Schicht 9, die als eine diffusionsanreichernde Schicht verwendet wird, diffundiert Zink von der Fe-dotierten p-InP-Mantelschicht 6, die mit der Fe-dotierten InP-Schicht 9 in Kontakt steht, in einem Einbettungswachstumsprozess hinein. Als eine Folge ändert sich der Leitfähigkeitstypus in den p-Typus. Aus diesem Grunde nehmen Defekte in der Grenzfläche zwischen der Zn-dotierten p-InP-Mantelschicht 6 und der Fe-dotierten InP-Schicht 9 ab, wodurch Leckströme reduziert werden.

Dennoch ist die Zinkdiffusion auf die Fe-dotierte InP-Schicht beschränkt, da Zink nicht so einfach in die Ru-dotierte InP-Schicht 10, die als Diffusionsunterdrückungsschicht verwendet wird, hineindiffundiert.

Der SiO2-Passivierungsfilm 11 wird auf der gesamten Oberfläche gebildet unter Ausschluss des Oberflächenanteils direkt über dem tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbau. Eine p-Elektrode 212 wird auf der resultierenden Struktur gebildet. Weiterhin wird die gewöhnliche n-Elektrode 13 auf der Substratseite gebildet.

In dem Rinnenteil (GP) sind die Photoabsorptionsschicht 104 und die aktive Schicht 204 optisch aneinander mit einer stumpf aneinandergefügten Konfiguration gekoppelt. Um die elektrische Isolierung sicherzustellen, ist die InGaAsP-Kontaktschicht 7 entfernt.

Die tafelberg-streifenförmige Struktur und die eingebetteten Schichten, beispielsweise die Fe-dotierte InP-Schicht 9 und die Ru-dotierte InP-Schicht 10, sind zu dem elektroabsorbierenden optischen Modularteil, dem Distributed-Feedback-Halbleiterlaserteil und dem Rinnenteil üblich.

Die Fe-dotierte InP-Schicht 9 und die Ru-dotierte InP-Schicht 10, die einbettende Schichten sind, werden gleichzeitig gebildet.

Der Vergleich zwischen dem elektroabsorbierenden optischen Modulator (EAM) und dem Distributed-Feedback-Laser (DFB-LD) ergibt sich widersprechende erforderliche Bedingungen betreffend einen halbisolierenden Einbettungsprozess.

Bei dem Distributed-Feedback-Laser (DFB-LD) ist es, um die Leckströme zu eliminieren, erforderlich, die Defekte in der Wiederwachstums-Grenzfläche zu vermindern, indem die Zinkdiffusion aus der Zn-dotierten p-InP-Mantelschicht erhöht wird.

Bei dem elektroabsorbierenden optischen Modulator (EAM) hingegen kann Hochgeschwindigkeitsmodulation nicht erfolgen, wenn die Kapazität des Elements infolge von Zinkdiffusion zunimmt. Um diesen widersprüchlichen Anforderungen zu genügen, muss die Dicke der Fe-dotierten InP-Schicht 9, die als eine Mantelschicht verwendet wird, optimiert werden.

Drei Typen von Elementen wurden derart hergestellt, dass die Fe-dotierten InP-Schichten 9 jeweils mit Schichtdicken von (a) 0,1 &mgr;m, (b) 0,4 &mgr;m und (c) 0,8 &mgr;m hergestellt und deren Charakteristiken dann verglichen wurden. In diesem Fall ist mit der Dicke der Fe-dotierten InP-Schicht die Dicke auf einer Seite des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus gemeint.

Die spezifischen Widerstände der elektroabsorbierenden optischen Modulatorteile und der Distributed-Feedback-Laserteile in den einbettenden Schichten der drei Typen von Elementen betrugen 108 &OHgr;cm oder mehr.

Die Grenzströme und optischen Ausgabeleistungen der Distributed-Feedback-Laserteile (DFB-LDs), die in dem Chip gebildet wurden, blieben unabhängig von der Dicke der Fe-dotierten InP-Schichten 9 konstant und betrugen jeweils etwa 10 mA und etwa 35%. Diese Werte wurden erhalten als die angelegte Vorspannung in Sperrrichtung (reversed bias) an dem elektroabsorbierenden optischen Modulatorteil (EAMs) auf Nullgesetzt wurde.

Die Distributed-Feedback-Laserteile (DFB-LDs) wurden unter konstanten Injektionsströmen gelasert, und die resultierenden Laserlichtintensitäten wurden durch die elektroabsorbierenden optischen Modulatorteile (EANs) moduliert. Die resultierenden Charakteristiken wurden miteinander verglichen. Die geringen Signalmodulationscharakteristiken der elektroabsorbierenden optischen Modulatoren (EAMs) betrugen bei einer 3 dB Bandbreite

  • (a) etwa 10 GHz bei einer Dicke der Fe-dotierten InP-Schicht 9 von 0,8 &mgr;m,
  • (b) etwa 15 GHz bei einer Schichtdicke von 0,4 &mgr;m und
  • (c) etwa 20 GHz bei einer Schichtdicke von 0,1 &mgr;m.

Dies zeigt, dass die Kapazität des Elements mit einer Reduktion in der Dicke der Fe-dotierten InP-Schicht abnahm und die Modulationsbandbreite zunahm.

Der Vergleich zwischen den Extinktionsverhältnissen dieser Elemente zeigt, dass das Extinktionsverhältnis dazu neigt, abzunehmen, wenn die Dicke der Fe-dotierten InP-Schicht 9 zunimmt. Dies resultiert daher, dass dann, wenn Zink in die Fe-dotierte InP-Schicht 9 hineindiffundiert, Eisen von der Fe-dotierten InP-Schicht 9 zu der p-InP Mantelschicht 6 infolge der Zn-Fe Interdiffusion diffundiert. Das diffundierte Eisen verschiebt Zink auf einen Zwischengitterplatz durch einen Kick-Out-Mechanismus. Das auf den Zwischengitterplatz verschobene Zink diffundiert in die Photoabsorptionsschicht.

Da die Menge von Eisen, das in die p-InP-Mantelschicht 6 durch Interdiffusion hineindiffundiert ist, mit einer Zunahme der Dicke der Fe-dotierten InP-Schicht 9 zunimmt, nimmt die Menge an Zink, das in die Photoabsorptionsschicht diffundiert ist, zu. Aus diesem Grunde nimmt das an der Photoabsorptionsschicht angelegte elektrische Feld ab, was zu einer Abnahme des Extinktionsverhältnisses führt.

Wenn die Dicke der Fe-dotierten InP-Schicht 9 0,1 &mgr;m beträgt, ist der Grenzstrom des Distributed-Feedback-Laserteils (DFB-LD) gering und die optische Ausgabewirksamkeit hoch. Zudem ist die Modulationsbandbreite des elektroabsorbierenden optischen Modulatorteils (EAM) breit.

Durch das Einschieben der Fe-dotierten InP-Schicht 9, die als eine diffusionsverstärkende Schicht dient, zwischen eine Seitenwand des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus und die Ru-dotierte InP-Schicht 10 wird auf diese Weise eine integrierte Lichtquelle erhalten, die den widersprüchlichen erforderlichen Bedingungen betreffend einen halbisolierenden Einbettungsprozess genügt.

Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Halbleiterelements gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf die 4A bis 4G beschrieben.

Zunächst werden wie in 4A dargestellt, die 0,2 &mgr;m dicke Se-dotierte n-InP Mantelschicht 2, die 40 nm dicke undotierte InGaAsP Führungsschicht 203 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, die 0,15 &mgr;m gespannte undotierte In-GaAsP/InGaAsP MQW (multiple quantum well) Aktivschicht 204 mit einer Laserwellenlänge von 1,55 &mgr;m und die 40 nm dicke undotierte InGaAsP Führungsschicht 205 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m sukzessive auf dem (100) orientierten n-InP-Substrat 1 durch das MOVPE-Verfahren abgeschieden.

Wie in 4B dargestellt, wird der obige Mehrfachschichtaufbau (die 40 nm dicke undotierte InGaAsP Führungsschicht 203 hat eine Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, die 0,15 &mgr;m dicke gespannte undotierte InGaAsP/InGaAsP MQW (multiple quantum well) Aktivschicht 204 hat eine Laserwellenlänge von 1,55 &mgr;m und die 40 nm dicke undotierte InGaAsP Führungsschicht 205 hat einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m) in der Region in der ein elektroabsorbierender Modulator (EAM) herzustellen ist, durch Ätzen entfernt.

Wie in 4C dargestellt, werden in dem Bereich, in dem ein elektroabsorbierender optischer Modulator (EAM) herzustellen ist, die 40 nm dicke undotierte InGaAsP Führungsschicht 103 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m, die 0,15 &mgr;m dicke gespannte undotierte InGaAsP/InGaAsP MQW (multiple quantum well) Aktivschicht 104 mit einer Laserwellenlänge von 1,50 &mgr;m und die 40 nm dicke undotierte InGaAsP Führungsschicht 105 mit einer Bandgap-Wellenlänge von 1,3 &mgr;m durch das MOVPE-Verfahren abgeschieden.

Die Photoabsorptionsschicht 104 auf dem elektroabsorbierenden optischen Modulator (EAM) ist optisch an die aktive Schicht 204 des Distributed-Feedback-Lasers (DFB-LD) durch stumpf aneinanderfügende Konfiguration gekoppelt.

Wie in 4D dargestellt, ist ein Diffraktionsgitter DG auf der Oberfläche der InGaAsP Führungsschicht 20 in dem Bereich, in dem ein Distributed-Feedback-Laser (DFB-LD) herzustellen ist, gebildet.

Wie in 4E dargestellt, werden die 1,5 &mgr;m dicke Zn-dotierte p-InP Mantelschicht 6 und die 0,3 &mgr;m dicke Zn-dotierte InGaAs Kontaktschicht 7 auf der vollständigen Oberfläche der resultierenden Struktur durch das MOVPE-Verfahren abgeschieden.

Wie in 4F dargestellt, hat ein tafelbergförmiger Streifen eine Breite von etwa 2 &mgr;m und eine Höhe von etwa 3 &mgr;m und wird durch RIE (reaktives Ionenätzen) unter Verwendung eines SiO2-Films als Maske 25 gebildet.

Beide, sowohl das elektroabsorbierende optische Modulatorteil (EAM) und das Distributed-Feedback-Laserteil (DFB-LD) haben denselben tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbau.

Am Ende wurde, wie in 4G dargestellt, auf dem Substrat, auf welchem der tafelberg-streifenförmige Mehrfachschichtaufbau gebildet ist, die Fe-dotierte InP-Schicht 9, die als Diffusionsverstärkungsschicht verwendet wurde, benachbart zu dem tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbau abgeschieden und die Ru-dotierte InP-Schicht 10 (Dicke: 3 &mgr;m), die als eine diffusionsunterdrückende Schicht verwendet wird, wurde benachbart der InP-Schicht 9 durch das MOVPE-Verfahren abgeschieden. Die Fe-dotierte InP-Schicht 9 wurde unter Verwendung von bekannten Ausgangsmaterialien abgeschieden.

Zusätzlich wurde bis(&eegr;5-2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium(II) als eine Ru-Quelle verwendet.

Anschließend wurde die SiO2-Maske entfernt, und der SiO2-Passivierungsfilm 11 war auf der gesamten Oberfläche der resultierenden Struktur mit Ausnahme des Oberflächenanteils unmittelbar oberhalb des tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbaus gebildet. Die p-Elektrode 12 wurde dann gebildet, und die n-Elektrode 13 wurde auf der unteren Oberfläche des Substrats 1 gebildet, wodurch das Element, wie in 3 gezeigt, vervollständigt wurde.

Dieses Ausführungsbeispiel hat die integrierte Lichtquelle, in der eine aktive Schicht auf einem Halbleiterlaser und eine Photoabsorptionsschicht auf einem optischen Modulator unter Verwendung einer stumpf aneinandergefügten Konfiguration gekoppelt sind, erläutert. Dennoch ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt. Verwendet werden können identische Multiple-Quantum-Wells (MQW) Schichten, mit einer aktiven Schicht und einer Photoabsorptionsschicht, die gemeinsam abgeschieden sind, bei welchen die Bandgap-Energie der aktiven Schichten klein und die Bandgap-Energie der Photoabsorptionsschicht groß ist. In diesem Fall kann eine bekannte selektive Flächenwachstumsmethode verwendet werden, um die aktiven Schichten und die Photoabsorptionsschicht zu bilden (japanische Offenlegungsschrift Nr. 1-321677).

Genauer gesagt werden maskenstreifenartige SiO2-Masken auf nur zwei Seiten einer Region, auf der eine aktive Schicht abgeschieden werden soll, plaziert und eine Multiple-Quantum-Well Struktur durch das metallorganische Dampfphasen-Epitaxieverfahren abgeschieden. In der Region, die sandwichartig zwischen den Maskenstreifen liegt, wird die Well-Schicht dick. Die Bandgap-Energie dieser Region ist deshalb kleiner als die der verbleibenden Regionen.

In dem obigen Ausführungsbeispiel wird ein InP-Kristall für die einbettenden Schichten 9 und 10 verwendet. Offensichtlich kann jedoch ein Material, dessen Gitter zu InP passt, beispielsweise InGaAlAs, InAlAs oder InGaAsP ebenfalls auf wirksame Weise eingesetzt werden. Zusätzlich werden InGaAsP, InGaAlAs, InAlAs MQW-Schichten für Multiple-Quantum-Well Schichten verwendet. Offensichtlich kann die vorliegende Erfindung jedoch ebenfalls wirkungsvoll angewendet werden auf Strukturen wie Bulk- und Multiple-Quantum-Well Schichten in allen Systemen, die InP-Substrate verwenden, einschließlich eines InP-InGaAsP-InGaAs-Systems, InAlAs-Systems, InGaAlAs-Systems und InGaAs-Systems.

Obwohl Zink als Beispiel für eine p-Störstelle genannt wurde, können dieselben Effekte wie die vorbeschriebenen auch mit von Zink verschiedenen p-Störstellen erreicht werden, wie beispielsweise Be, Cd oder Mg. Auch wurde Se als eine n-Störstelle erläutert, aber die vorliegende Erfindung kann dieselben Effekte wie die zuvor beschriebenen auch unter Verwendung von anderen Additiven, die demselben Leitfähigkeitstypus wie die vorgenannten angehören, erzielen.

In dieser Ausführungsform wurden Halbleiterlaser und optische Modulatoren beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ebenfalls wirkungsvoll auf andere Halbleiterelemente effektiv angewendet werden kann, wie Halbleiterverstärker und Photodioden, Einzelelemente und integrierte Elemente, wie einen einen optischen Modulator integrierenden Halbleiterlaser und einem Halbleiterverstärker/Lichtmodulator integrierenden Element.

Wie oben beschrieben, verwirklicht die vorliegende Erfindung ein eingebettetes Hochleistungs-Halbleiterbauelement, das dadurch gekennzeichnet ist, dass ein halbisolierender Halbleiterkristall zum Einbetten verwendet wird, der zwei Schichten umfasst, beispielsweise eine Schicht, die die Diffusion von Störstellen verbessert und eine Schicht, die die Diffusion von Störstellen unterdrückt. Dies macht es möglich, die Leckströme in den eingebetteten Zwischenschichten zu reduzieren und ein Anwachsen der Kapazität des Elements zu unterdrücken.

Wie auf der Basis der Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der halbisolierende Halbleiterkristall, in den der tafelbergförmige Streifen eingebettet ist, aufgebaut ist durch die diffusionsverbessernde Schicht, die eine halbisolierende Störstelle, die die Diffusion einer p-Störstelle verbessert und eine halbisolierende Schicht, die eine halbisolierende Störstelle, die die Diffusion der p-Störstelle unterdrückt, enthält, wobei die diffusionsverbessernde Schicht zwischen einer Seitenwand des Tafelbergstreifens und der halbisolierenden Schicht eingefügt ist und die diffusionsverbessernde Schicht mit einer halbisolierenden Störstelle dotiert ist, die die Interdiffusion mit einer p-Typus-Störstelle verbessert.

Zusätzlich enthält die halbisolierende Schicht außerhalb der diffusionsverbessernden Schicht eine halbisolierende Störstelle, die die Diffusion einer p-Störstelle unterdrückt.

Aus diesem Grund ist die Diffusion einer p-Störstelle durch die Zwischenschicht zwischen der diffusionsverbessernden Schicht und der halbisolierenden Schicht begrenzt.

Da die diffusionsverbessernde Schicht mit einer halbisolierenden Störstelle, die die Diffusion einer p-Störstelle verbessert, dotiert ist, diffundiert eine p-Störstelle von der p-Mantelschicht, die in Kontakt mit der diffusionsverbessernden Schicht ist, in einem Einbettungswachstumsprozess. Als Folge wandelt sich der Leitfähigkeitstypus der diffusionsverbessernden Schicht in den p-Typus um. Dies verringert Störstellen in der Zwischenschicht zwischen der p-Mantelschicht und der diffusionsverbessernden Schicht und reduziert Leckströme.

Da die halbisolierende Schicht mit einer halbisolierenden Störstelle dotiert ist, die die Diffusion einer p-Störstelle unterdrückt, diffundiert die p-Störstelle nicht auf einfache Weise in die halbisolierende Schicht. Dies begrenzt die Diffusion einer p-Störstelle auf die diffusionsverbessernde Schicht.

Aus diesem Grund wird die vorliegende Erfindung den beachtlichen Effekt bewirken, ein Halbleiterelement bereitzustellen, das eine Struktur aufweist, die die Diffusion einer p-Störstelle in eine halbisolierende eingebettete Schicht kontrollieren kann und ein Verfahren zur Herstellung des Elements anzugeben.

Zusätzlich haben die Halbleiterlaser und EA-Modulatoren oft dieselbe Wellenführungs-Struktur und eingebettete Struktur, wenn ein integriertes Element unter Verwendung eines Halbleiterlasers (LD) und eines EA-Modulators (Elektroabsorptionsmodulator) zu bilden ist. In diesem Fall ist es in dem Halbleiterlaserteil zur Reduzierung von Leckströmen erforderlich, die Störstellen in der Wiederwachstumsgrenzfläche zu reduzieren, indem die Zn-Diffusion aus dem Tafelbergstreifen verstärkt wird. In dem EA-Modulator kann hingegen, wenn die Kapazität des Elements in Folge der Zink-Diffusion steigt, keine Hochgeschwindigkeits-Modulation erreicht werden. Es ist deshalb erforderlich, die Ausbreitung der Zink-Diffusion genau zu kontrollieren. Erfindungsgemäß kann durch die Kontrolle der Konzentration der dotierten Störstellen in der diffusionsverbessernden Schicht ein Element hergestellt werden, das die charakteristischen Anforderungen an einen Halbleiterlaser und EA-Modulator erfüllt.


Anspruch[de]
Ein optisches Halbleiterbauelement umfasst auf einem Halbleitersubstrat (1) einen tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbau (MS), der zumindest eine N-Mantel-Schicht (2), einen aktiven Bereich, der durch eine aktive Schicht (4, 204) oder eine photoabsorbierende Schicht (4, 104) gebildet ist, und einer P-Mantel-Schicht (6) besteht, wobei das optische Halbleiterelement des Weiteren eine einbettende Schicht umfasst, in der zwei Seiten des Mehrfachschichtaufbaus eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die einbettende Schicht (4, 204) umfasst

– eine diffusionsanreichernde Schicht (a), welche zum tafelberg-streifenförmigen Mehrfachschichtaufbau angrenzt und die Diffusion einer P-Störstelle anreichert, wobei die diffusionsanreichernde Schicht aus einem Halbleiterkristall hergestellt ist, welches mit Eisen angereichert ist, und

– eine diffusionsunterdrückende Schicht (10), welche an die diffusionsanreichernde Schicht angrenzt und die Diffusion einer P-Störstelle unterdrückt, wobei die diffusionsunterdrückende Schicht aus einem Halbleiterkristall hergestellt ist, welches mit Ruthenium angereichert ist.
Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Halbleitersubstrat (1) aus einem (100) orientierten InP hergestellt ist. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Halbleitersubstrat (1) aus InP hergestellt ist, die diffusionsanreichernde Schicht (a), welche die Diffusion der P-Störstelle anreichert, aus Eisen angereicherten InP hergestellt ist, und die diffusionsunterdrückende Schicht (10), welche die Diffusion der P-Störstelle unterdrückt, aus Ruthenium angereicherten InP hergestellt ist. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Halbleitersubstrat (1) aus InP hergestellt ist und die diffusionsunterdrückende Schicht (a), welche die Diffusion der P-Störstelle unterdrückt, aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus eisendotiertem InAlAs, eisendotiertem InGaAlAs, eisendotiertem InGaAs und eisendotiertem InGaAsP besteht. Eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Halbleitersubstrat (1) aus InP hergestellt ist, und die diffusionsunterdrückende Schicht (10), welche die Diffusion der P-Störstelle unterdrückt, aus einem Material hergestellt ist, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus rutheniumdotiertem InAlAs, rutheniumdotiertem InGaAlAs, rutheniumdotiertem InGaAs und rutheniumdotiertem InGaAsP besteht. Ein optisches Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1, bei dem eine monolithisch integrierte Lichtquelle, die einen Halbleiterlaser und einen elektroabsorbierenden optischen Modulator (EAM) umfasst, ausgebildet ist und bei dem der aktive Bereich durch eine aktive Schicht (204) des Halbleiterlasers und einer photoabsorbierenden Schicht (104) des elektroabsorbierenden optischen Modulators (EAM) ausgebildet ist, wobei die aktive Schicht und die photoabsorbierende Schicht optisch miteinander gekoppelt sind. Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Halbleiterbauelementes, welches einen Schritt zum Ausbilden eines Mehrschichtaufbaus auf einem Halbleitersubstrat (1) umfasst, der zumindest aus einer N-Mantel-Schicht (2), einem aktiven Bereich, der von einer aktiven Schicht (4, 204) oder einer photoabsorbierenden Schicht (4, 104) gebildet ist und aus einer P-Mantel-Schicht (6) besteht, wobei der Schritt zur Herstellung des Mehrschichtaufbaus in einem tafelbergförmigen Streifen (MS) und der Schritt zur Herstellung einer einbettenden Schicht (9, 10) durch Einbetten zweier Seiten des Mehrschichtaufbaus vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass

– der Schritt zur Bildung der einbettenden Schicht umfasst

– den Schritt zur Bildung einer diffusionsanreichernden Schicht (a), welche an den tafelbergstreifenförmigen Mehrschichtaufbau angrenzt und die Diffusion einer P-Störstelle anreichert, wobei die diffusionsanreichernde Schicht aus einem mit Eisen angereicherten Halbleiterkristall hergestellt ist und

– den Schritt zur Bildung einer diffusionsunterdrückenden Schicht (10), welche an die diffusionsanreichernde Schicht angrenzt und eine Diffusion einer P-Störstelle unterdrückt, wobei die diffusionsunterdrückende Schicht aus einem mit Ruthenium angereichertem Halbleiterkristall hergestellt ist.
Ein Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ein Halbleiterlaser und ein optischer Modulator monolithisch in ein Halbleitersubstrat (1) integriert sind und bei dem der aktive Bereich aus einer aktiven Schicht (204) des Halbleiterlasers und einer photoabsorbierenden Schicht (104) des optischen Modulators gebildet ist, wobei die aktive Schicht und die photoabsorbierende Schicht optisch miteinander verbunden sind.






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