DE19504117A1

DE19504117A1 - Quantenverdrahtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE19504117A1
Application number: DE19504117A
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Goto; Yutaka Mihashi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-02-08
Filing date: 1995-02-08
Publication date: 1995-08-10
Also published as: GB2286288B; US5684823A; JPH07221392A; GB9501858D0; GB2286288A; US5518955A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Quan tenverdrahtungsstruktur wie eine Quantenverdrahtung oder ein in einem Halbleiterlaser verwendetes Beugungsgitter und auf ein Verfahren zu deren Herstellung. Des weiteren be zieht sich die Erfindung auf einen Quantenverdrahtungslaser und auf ein Verfahren zum Herstellen eines Quantenverdrah tungslasers, auf ein Verfahren zum Herstellen eines Beu gungsgitters und eines Halbleiterlasers eines verzweigten Rückkopplungstyps.

Fig. 12 bis 16 zeigen Diagramme zum Erklären von Ef fekten einer Quantenverdrahtung (quantum wire) und einer Quantenbox (quantum box), die in dem Aufsatz IEEE Journal of Quantum Electronics, Band QE-22, Nummer 9, September 1986, Seiten 1915-1921 angeführt sind.

Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine aktive Schicht in einem Grundmaterial bzw. in einem Bulk veranschaulicht. Entsprechend der Figur bezeichnet Bezugs zeichen 91 eine Bulkschicht aus GaAs, die eine Dicke von 20 nm oder mehr aufweist. Bezugszeichen 92 bezeichnet Über zugsschichten aus Al_0,2Ga_0,8As, die derart angeordnet sind, daß die GaAs-Bulkschicht 91 zwischen den Überzugsschichten 92 angeordnet ist. Fig. 13 zeigt eine perspektivische An sicht, die eine aktive Schicht einer Quantendünnschicht veranschaulicht. Entsprechend der Figur bezeichnet Bezugs zeichen 93 eine Quantendünnschicht aus GaAs einer Dicke von 10 nm. Fig. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Quantenverdrahtung veranschaulicht. Entsprechend der Figur bezeichnet Bezugszeichen 94 eine Quantenverdrahtung aus GaAs einer Dicke von 10 nm und einer Breite von 10 nm. Fig. 15 zeigt eine perspektivische Ansicht, die eine Quantenbox veranschaulicht. Entsprechend der Figur bezeichnet Bezugs zeichen 95 eine Quantenbox aus GaAs einer Dicke von 10 nm, einer Breite von 10 nm und einer Länge von 10 nm. Fig. 16 zeigt einen Graphen, der Quanteneffekte darstellt, die er langt werden, wenn die Bulkschicht 91, die Quantendünn schicht 93, die Quantenverdrahtung 94 und die Quantenbox 95 für einen Halbleiterlaser verwendet werden. Die Abzisse stellt eine injizierte Ladungsträgerkonzentration dar, und die Ordinate stellt die erlangte maximale Verstärkung dar.

Es wird eine Beschreibung des Betriebs und des Prinzips der Laser gegeben. Die aktive Schicht, welche als Lichte missionsgebiet eines Halbleiterlasers dient, ist von Mate rialien umgeben, die einen größeren Bandabstand als denje nigen der aktiven Schicht besitzen, wodurch in die aktive Schicht injizierte Ladungsträger effektiv auf die aktive Schicht beschränkt sind. In dieser Beschreibung wird ange nommen, daß bezüglich des Bandabstands zwischen der aktiven Schicht und den Materialien, die einen größeren Bandabstand als denjenigen der aktiven Schicht besitzen, eine Differenz von etwa 0,26 eV besteht. Fig. 12 zeigt eine weitverbreite te Bulk- bzw. Grundmaterial-Aktivschicht 91, und wenn die Grundmaterial-Aktivschicht 91 durch eine Quantendünnschicht 93 mit einer Dicke von 20 nm oder weniger, wie in Fig. 13 dargestellt, ersetzt wird, wird eine große Verstärkung er zielt, sogar wenn die injizierte Ladungsträgerkonzentration der aktiven Schicht diesselbe ist. Eine Ausführungsform, welche durch Anwenden eines Quanteneffekts ebenso in Rich tung der Breite erlangt wird, stellt eine Quantenverdrah tung 94 entsprechend Fig. 14 dar, und eine Ausführungsform, die durch Anwenden derselben weiter in die Längsrichtung erlangt wird, stellt eine Quantenbox 95 entsprechend Fig. 15 dar. Fig. 16 zeigt ein Diagramm, das die berechneten Werte der maximalen Verstärkungen des Lasers bezüglich der Ladungsträgerkonzentrationen in den jeweiligen Strukturen der aktiven Schicht darstellt. Der Figur ist zu entnehmen, daß bei einer Ladungsträgerkonzentration von 3-4 × 10¹⁸cm^-3 sich die Verstärkung in der Reihenfolge des Bulks 91, der Quantendünnschicht 93, der Quantenverdrahtung 94 und der Quantenbox 95 erhöht.

Da der Oszillationsschwellenwertstrom eines Lasers sich verringert, wenn die erlangte Verstärkung sich erhöht, ver ringert sich der Schwellenwert in der Reihenfolge des Bulks 91, der Quantendünnschicht 93, der Quantenverdrahtung 94 und der Quantenbox 95 in dem Bereich der oben beschriebenen Ladungsträgerkonzentration.

Während gegenwärtig Halbleiterlaser unter Verwendung der Grundmaterial-Aktivschicht 91 und der Quantendünn schicht 93 eine praktische Verwendung finden, finden in folge von Herstellungsschwierigkeiten die Quantenverdrah tung 94 und die Quantenbox 95 bei Halbleiterlasern keine praktische Verwendung. Es werden jedoch Studien bezüglich der Quantenverdrahtung 94 aktiv vorangetrieben und Halblei terlaser unter Verwendung derselben versuchsweise herge stellt.

Fig. 17 zeigt ein Diagramm, welches eine Struktur eines Quantenverdrahtungslasers nach dem Stand der Technik veran schaulicht, der beispielsweise in einem Artikel von Profes sor Tada der Tokyo Universität, "A Quantum Wire Structure Laser Employing OMVPE" (hiernach als Referenz (1) bezeich net) angeführt wird. Entsprechend der Figur bezeichnet Be zugszeichen 201 ein n-Typ InP-Substrat. Bezugszeichen 202 bezeichnet eine n-Typ InP-Pufferschicht, Bezugszeichen 203 bezeichnet eine n-Typ GaInAsP-Wellenleiterschicht, Bezugs zeichen 204 bezeichnet eine n-Typ InP-Sperrschicht, Bezugs zeichen 205 bezeichnet eine nicht dotierte GaInAsP-Quanten muldenschicht, Bezugszeichen 206 bezeichnet eine p-Typ InP- Schicht, Bezugszeichen 207 bezeichnet eine p-Typ InP-Über zugsschicht, Bezugszeichen 208 bezeichnet eine p⁺-Typ GaInAsP-Kappenschicht, Bezugszeichen 209 bezeichnet eine SiO₂-Schicht, Bezugszeichen 210 bezeichnet eine Elektrode mit p-Teil aus Au/Zn, und Bezugszeichen 211 bezeichnet eine Elektrode mit n-Teil mit Au/Sn.

Fig. 18(a) bis 18(c) zeigen Diagramme zum Erklären des Herstellungsverfahrens eines in Fig. 17 dargestellten Quantenverdrahtungslasers. Entsprechend der Figuren werden dieselben Bezugszeichen benutzt, um dieselben oder entspre chende Teile wie in Fig. 19 zu bezeichnen.

Ein Herstellungsverfahren eines in Fig. 17 dargestell ten Quantenverarbeitungslasers wird in Übereinstimmung mit Fig. 18 (a) bis 18 (c) beschrieben. Zuersteinmal läßt man eine n-Typ InP-Pufferschicht 202 mit einer Ladungsträ gerkonzentration von 2 × 10¹⁸ cm^-3 und einer Schichtdicke von 2 µm, eine n-Typ GaInAsP-Wellenleiterschicht 203, die eine Zusammensetzung zur Erzeugung eines Lichts einer Wel lenlänge von 1,3 µm, eine Ladungsträgerkonzentration von 2 × 10¹⁸ cm^-3 und eine Schichtdicke von etwa 50 nm besitzt, eine n-Typ InP-Sperrschicht 204, die eine Ladungsträgerkon zentration von 2 × 10¹⁸ cm^-3 und eine Schichtdicke von 20 nm besitzt, eine nicht dotierte GaInAsP-Quantenmulden schicht 202, die eine Zusammensetzung zum Erzeugen eines Lichts einer Wellenlänge von 1,56 µm und eine Schichtdicke von etwa 30 nm besitzt, und eine p-Typ InP-Schicht 206, die eine Ladungsträgerkonzentration 5 × 10¹⁷ cm^-3 und eine Schichtdicke von 20 nm besitzt, aufeinanderfolgend kristal lien durch OMVPE (organic metal vapor phase epitaxy, organometallische Gasphasenepitaxy) auf einem n-Typ InP- Substat 201 (Fig. 18 (a)) aufwachsen.

Eine derartige Einfachschicht-Quandenmuldenstruktur wird einer Vielfach-Dimensionierung einer aktiven Schicht unterworfen, die unter Verwendung einer Interferenzbelich tung und eines Naßätzens durchgeführt wird. Insbesondere wird unter Verwendung einer Fotolackstruktur, die eine Pe riode von 220 nm in einer Richtung <01/1< aufweist, welche durch die Interferenzbelichtung unter Verwendung eines He- Cd Laserstrahls als Maske gebildet wird, ein Naßätzen unter Verwendung einer Lösung HBr:HNO₃:H₂0 durchgeführt, um eine Gitteranordnung einer Tiefe von etwa 60 nm (Fig. 18 (b)) zu bilden.

Nach Entfernen des Fotolacks wird ein Reaufwachsen ei ner p-Typ InP-Überzugsschicht 207, die eine Ladungsträger kozentration von 5 × 10¹⁷cm^-3 und eine Schichtdicke von 2 µm besitzt, und einer p⁺-Typ GaInAsP-Kappenschicht 208 bei einer relativ niedrigen Temperatur von etwa 600°C durch ein OMVPE Verfahren (Fig. 18 (c)) durchgeführt, und es wird weiter ein Verfahren der Elektrodenbildung oder etwas ähn liches durchgeführt, um den in Fig. 17 dargestellten Quan tenverdrahtungslaser fertigzustellen.

Fig. 19 zeigt eine strukturelle Ansicht eines Quer schnitts, die eine Struktur eines anderen Quantenverdrah tungslasers nach dem Stand der Technik veranschaulicht, der beispielsweise in dem Aufsatz "single quantum wire semicon ductor lasers" von E. Kapon, et al., Appl. Phys. Lett. 55(26), 25. Dezember (1989), Seiten 2715-2717 (hiernach als Referenz (2) bezeichnet) offenbart ist.

Entsprechend der Figur bezeichnet Bezugszeichen 101 ein n-Typ GaAs-Substrat mit einer (100)-Oberfläche. Bezugszei chen 109 bezeichnet eine V-förmige Rinne, die in einer Richtung [01/1] auf der Oberfläche des Substrats 101 gebil det ist und einen Boden 109a und geneigte Oberflächen 109b besitzt. Eine untere n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 121, die eine Dicke von 1,25 µm besitzt, ist auf dem Substrat 101 angeordnet. Eine untere abgestufte n-Typ Al_xGa_1-xAs-Überzugsschicht 122 einer Dicke von 0,2 µm ist auf der unteren Überzugsschicht 121 angeordnet und besitzt eine Al-Zusammensetzung x, die an der sich mit der unteren Überzugsschicht 121 in Kontakt befindenden Seite 0,5 be trägt und sich graduell in Richtung der oberen Schicht ver ringert und an der sich in Kontakt mit der oberen Überzugs schicht befindenden Seite 0,2 beträgt. Eine aktive Schicht 123 einer Quantendünnschicht aus GaAs einer Dicke von 7 nm ist auf der unteren abgestuften Überzugsschicht 122 ange ordnet und besitzt ein Gebiet 123a auf dem Boden 109a der V-förmigen Rinne und Gebiete 123b auf den V-förmig geneig ten Oberflächen 109b. Eine obere abgestufte p-Typ Al_xGa_1-x As-Überzugsschicht 124 einer Dicke von 0,2 µm ist auf der aktiven Schicht 123 angeordnet und besitzt eine Al-Zusam mensetzung, die an der die aktive Schicht 123 kontaktieren den Seite 0,2 beträgt und graduell in Richtung auf die obere Schicht bis zu 0,5 ansteigt. Eine obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 125 einer Dicke von 1,2 µm ist auf der oberen abgestuften Überzugsschicht 124 angeordnet, und eine p-Typ GaAs-Kappenschicht 105 einer Dicke von 0,2 µm ist auf der oberen Überzugsschicht 125 angeordnet. Be zugszeichen 106 bezeichnet ein Stromblockierungsgebiet, das durch Protoneninjizierung gebildet ist, Bezugszeichen 107 bezeichnet eine Elektrode mit p-Teil, und Bezugszeichen 108 bezeichnet eine Elektrode mit n-Teil.

Der Quantenverdrahtungshalbleiterlaser nach dem Stand der Technik wird wie folgt hergestellt. Zuerst wird ein Streifen der V-förmigen Rinne 109, die sich in die Richtung [01/1] erstreckt, auf dem (100) n-Typ GaAs-Substrat 101 un ter Verwendung einer Lösung H₂SO₄ : H₂O₂ (30 Molprozent) : H₂O (Volumenverhältnis 1 : 8 : 40) als Ätzlösung gebildet. Die Öff nungsbreite und Tiefe der Rinne betragen jeweils etwa 5 µm.

Darauffolgend wird auf dem Substrat 101, auf welchem die Rinne 109 gebildet ist, eine MOCVD (metal organic che mical waper deposition, metallorganische chemische Aufdamp fung) durchgeführt, um aufeinanderfolgend eine untere AlGaAs-Überzugsschicht 121, eine untere abgestufte AlGaAs- Überzugsschicht 122, eine aktive Schicht 123 einer GaAs- Quantendünnschicht, eine untere abgestufte AlGaAs-Überzugs schicht 124, eine AlGaAs-Überzugsschicht 125 und eine GaAs- Kappenschicht 105 zu laminieren. Wenn derartige Reihen von Kristallaufwachsen durchgeführt werden, würden jeweilige AlGaAs-Schichten relativ dick auf der geneigten Oberfläche 109b der V-Rinne 109 aufwachsen, wobei eine Anordnung der V-Rinne 109 verbleibt, während die aktive Schicht 123 der GaAs-Quantendünnschicht relativ dick auf dem Bodenteil 109a der V-Rinne aufwachsen würde, wodurch ein sichelförmiges Gebiet 123a einer Dicke von 10 µm gebildet wird. Demgegen über ist die aktive Schicht 123b auf der rinnenförmigen ge neigten Oberfläche 109b dünn und besitzt eine Dicke von et wa 7 nm, der Bandabstand ist größer als derjenige der si chelförmigen aktiven Schicht 123a infolge des Quantenef fekts. Dementsprechend bildet die sichelförmige aktive Schicht eine Quantenverdrahtungsstruktur, die zwischen obe ren und unteren abgestuften Überzugsschichten 122 und 124 angeordnet ist, welche Materialien aufweisen, die einen größeren Bandabstand als denjenigen des Materials besitzen, das die aktive Schicht 123 bildet, in Richtung nach oben und nach unten und ist zwischen aktiven Schichten 123b an geordnet, die einen größeren Bandabstand als denjenigen der sichelförmigen aktiven Schicht 123a besitzen, bezüglich ei ner Differenz der Schichtdicke in Querrichtung.

Nach dem oben beschriebenen Kristallaufwachsverfahren werden Protonen von der Oberfläche der Kappenschicht 105 in das Gebiet außerhalb des Gebietes implantiert, welches dem V-Rinnen-Bodenteil 109a gegenübersteht, wodurch ein Strom blockierungsgebiet 106 gebildet wird. Danach wird auf der Kappenschicht 105 eine Elektrode 107 mit p-Teil gebildet, und es wird eine Elektrode 108 mit n-Teil auf der Rücksei tenoberfläche des Substrats 101 gebildet, wodurch der in Fig. 18 dargestellte Halbleiterlaser fertiggestellt wird.

Wenn bezüglich des Laserbetriebs ein Strom mit einer negativen Elektrode einer Stromzufuhr injiziert wird, die an die Elektrode 108 mit n-Teil und an eine positive Elek trode einer Stromquelle an die Elektrode 107 mit p-Teil an geschlossen ist, tritt ein Strom durch das Gebiet auf dem Bodenteil 109a der V-Rinne hindurch, an welchem das Strom blockierungsgebiet 106 nicht vorliegt, um in die Quanten verdrahtung 123a injiziert zu werden, wodurch eine Laseros zillation auftritt.

Fig. 20(a) bis 20(c) veranschaulichen Prozesse eines Herstellungsverfahrens einer Quantenverdrahtung nach dem Stand der Technik, entsprechend dem Aufsatz "Patterning and overgrowth of nanostructure quantum well wire arrays by LP- MOVPE" von N.H.Karam, et al., Journal of Crystal Growth 107 (1991) 591-597, North-Holland (hiernach als Referenz (3) bezeichnet). Entsprechend den Figuren bezeichnet Bezugszei chen 301 ein GaAs-Wafer. Bezugszeichen 302 bezeichnet eine erste AlGaAs-Schicht, die kristallin auf dem GaAs-Wafer 301 aufgewachsen ist. Bezugszeichen 303 bezeichnet eine GaAs- Schicht, die kristallin auf der ersten AlGaAs-Schicht 302 aufgewachsen ist. Bezugszeichen 304 bezeichnet eine V- Rinne. Bezugszeichen 305 bezeichnet eine zweite AlGaAs- Schicht, die kristallin durch metallorganische Gasphasen epitaxie (LP-MOVPE) bei niedrigem Druck aufgewachsen ist.

In diesem Beispiel nach dem Stand der Technik wird un ter Verwendung einer Röntgenstrahl-Nanolithographie-Struk turierung und eines Darüberwachsens unter Verwendung einer LP-MOVPE-Technik eine GaAs-Quantenmuldenverdrahtungsanord nung (QWW, quantum well wire) gebildet, die eine horizon tale Ausdehnung in einem Bereich von 10 bis 70 nm und eine Periode bzw. einen Mittenstand von 200 nm besitzt, d. h. es wird eine Struktur im Nanometerbereich hergestellt.

Nachfolgend wird ein Herstellungsverfahren einer Quan tenverdrahtung nach dem Stand der Technik beschrieben, die in Referenz (3) angeführt ist. Zuerst einmal wird wie in Fig. 20(a) dargestellt eine GaAs-Schicht 303 einer Dicke von 5 bis 20 nm auf dem GaAs-Substrat 301 aufgetragen, das von der ersten AlGaAs-Schicht 302 bedeckt ist. Der Wafer wird danach durch Fotolithographie unter Verwendung einer Röntgenstrahl-Nanolithographietechnik strukturiert, durch eine NH₄OH:H₂O₂:H₂O-Lösung geätzt, welche GaAs und AlGaAs bei derselben Ätzrate ätzt, wodurch eine GaAs-Verdrahtungs anordnung 303a, die eine Verdrahtungsbreite von 60 bis 80 nm besitzt, und V-Rinnen, die in die AlGaAs-Schicht reichen und in einer Periode bzw. mit einem Mittenabstand von 200 nm angeordnet sind, gebildet werden, wie in Fig. 20(b) dar gestellt ist. Darauf folgend wird der Wafer gereinigt und in einem MOCVD-Reaktor installiert, und es wird danach eine zweite AlGaAs-Schicht 305 kristallin aufgewachsen, um die V-Rinnen 304 und die GaAs-Verdrahtungsanordnung 303a zu verdecken, wodurch die in Fig. 20 dargestellte Quantenver drahtungsstruktur fertiggestellt wird.

Fig. 21(a) und 21(b) veranschaulichen ein anderes Herstellungsverfahren einer Quantenverdrahtung nach dem Stand der Technik entsprechend Referenz (3). In den Figuren bezeichnet Bezugszeichen 401 einen GaAs-Wafer, Bezugszei chen 402 bezeichnet eine auf der GaAs-Wafer 401 gebildete V-Rinne. Bezugszeichen 403 bezeichnet eine erste AlGaAs- Schicht, Bezugszeichen 404 bezeichnet eine GaAs-Quantenver drahtung, und Bezugszeichen 405 bezeichnet eine zweite AlGaAs-Schicht.

Zuerst wird der GaAs-Wafer 401 durch dasselbe Verfahren wie das Strukturierungsverfahren, das in dem in Fig. 20 dar gestellten Herstellungsverfahren verwendet worden ist, strukturiert, wodurch eine Sägezahnwellenstruktur mit einer Periode bzw. einem Mittenabstand von 200 nm gebildet wird (Fig. 21(a)). Die Tiefe der V-Rinne 402 liegt typischerweise in einem Bereich von 40 bis 60 nm und wird durch die Rin nenbreite und die (111)A-Oberfläche einer kleinen Ätzrate bestimmt. Darauffolgend wird der Wafer gereinigt und in ei nen Reaktionsofen eingebracht, und wie in Fig. 21(b) darge stellt, wachsen aufeinanderfolgend die erste AlGaAs-Schicht 403, die GaAs-Quantenverdrahtung 404 und die zweite AlGaAs- Schicht 405 kristallin auf. Hier wächst die GaAs-Schicht lediglich in der V-Rinne kristallin auf, die an der Ober fläche der ersten AlGaAs-Schicht 403 erzeugt ist und der Anordnung der V-Rinne 402 folgt, die in dem Substrat 401 gebildet ist, wodurch eine Quantenverdrahtungsstruktur er langt wird, bei welcher die GaAs-Schicht 404 von der ersten AlGaAs-Schicht 403 und der zweiten AlGaAs-Schicht 405 umge ben ist. Die Größe der erzeugten Quantenverdrahtung beträgt 15 nm/Seite (bei einer Breite von 30 nm), und bei der Quan tenverdrahtungsstruktur nach dem Stand der Technik werden integrierte Quantenverdrahtungen einer Periode bzw. mit ei nem Mittenabstand von etwa 200 nm realisiert.

Fig. 22(a) bis 22(d) zeigen Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Herstellen einer Quantenverdrahtung nach dem Stand der Technik entsprechend dem Aufsatz "InGaAs/InP quantum wires selectively grown by chemical beam epitaxy", von Toshio Nishida, et al., Journal of Crystal Growth 132 (1993) 91-98, North-Holland (hiernach als Referenz(4) be zeichnet. In diesen Figuren bezeichnet Bezugszeichen 501 ein n-Typ InP-Substrat, das eine (001)-Oberfläche aufweist. Bezugszeichen 502 bezeichnet eine SiO₂-Struktur, die auf der Oberfläche des Substrats 501 gebildet ist. Bezugszei chen 503 bezeichnet eine InP-Pufferschicht, die kristallin auf der Oberfläche des Substrats 501 an einem Öffnungsteil der SiO₂-Struktur 502 kristallin aufgewachsen ist. Bezugs zeichen 504 bezeichnet eine InGaAs-Muldenschicht, die auf der InP-Pufferschicht 503 kristallin aufgewachsen ist. Be zugszeichen 505 bezeichnet eine InP-Kappenschicht, die kri stallin aufgewachsen ist, um die InGaAs-Muldenschicht 504 zu bedecken.

Bei dem Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrah tung entsprechend dem Artikel wird eine feine Struktur ei ner InGaAs-Quantenverdrahtung unter Verwendung einer Elek tronenstrahl- (EB) Lithographie gebildet, wobei das InGaAs nicht auf der (111)B-Oberfläche des n-Typ InP durch chemi sche Strahlepitaxie (CBE, chemical beam epitaxy) aufgewach sen ist.

Es wird eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen einer Quantenverdrahtung nach dem Stand der Technik ent sprechend Referenz (4) gegeben. Als erstes wird ein Masken material zum selektiven Aufwachsen einer durch Hochfre quenz-Magnetronzerstäubung aufgetragenden SiO₂-Schicht ver wendet. Nach dem Auftragen der SiO₂-Schicht auf ein n-Typ InP-Substrat 501, die mit Sn dotiert ist und eine (001)- Oberfläche besitzt, wird ein Elektronenstrahlbelichtungsfo tolack auf die SiO₂-Schicht zur Überdeckung aufgeschleu dert. Die jeweiligen Dicken der SiO2-Schicht und des Foto lacks betragen jeweils 50 bis 100 nm bzw. 170 nm. Als näch stes wird eine Gitterstruktur entlang der [110]-Richtung durch eine Elektronenstrahlbelichtungstechnik belichtet. Die entwickelte Fotolackstruktur wird auf das SiO₂ durch RIE unter Verwendung von C₂F₆ übertragen, der Fotolack wird entfernt, und das Substrat wird durch konzentrierte Schwe felsäure gereinigt, wodurch ein Substrat 501 entsprechend Fig. 22(a) erlangt wird, das eine SiO₂-Struktur 502 be sitzt, die auf seiner Oberfläche gebildet ist.

Danach wird, wie in Fig. 22(b) bis 22(d) darge stellt, auf dem Substrat 501 eine InP-Pufferschicht 503, eine InGaAs-Einfachquantenmuldenschicht 504 und eine InP- Kappenschicht 505 aufeinanderfolgend kristallin durch CPE aufgewachsen. Die Quellenmaterialien sind Trimethylindium (TMI), Triethylgallium (TEG), Phosphin (Ph₃) und Arsin (AsH₃). Die Aufwachstemperaturen betragen 515°C für InP und 520° für InGaAs bei einem Druck von 10^-2Pa.

Wie in Fig. 22(b) dargestellt ist, erscheint eine {111} B-Oberfläche auf beiden Seitenoberflächen der InP-Puffer schicht 503, die entlang der Richtung {110} aufgewachsen ist. Des weiteren geschieht das Oberflächenaufwachsen der InGaAs-Einfachquantenmuldenschicht 504 auf der {111}B-Ober fläche entsprechend Fig. 22(c) langsam bezüglich dem Auf wachsen auf die (001)-Oberfläche. Durch diesen Unterschied der Aufwachsgeschwindigkeiten ist es möglich, eine InGaAs- Quantenmuldenschicht zu realisieren, die effektiv sowohl von einer InP-Pufferschicht als auch von einer Kappen schicht entsprechend Fig. 22(d) umgeben ist, und es kann die Breite der InGaAs-Mulde schmaler gemacht werden als die Breite der Öffnung. Entsprechend der Referenz wird eine In GaAs-Mulde einer Breite von 55 nm an der Öffnung einer Breite von 110 nm gebildet.

Fig. 23(a) bis 23(e) zeigen ein anderes Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtungsstruktur oder einer Quantenboxstruktur nach dem Stand der Technik entsprechend beispielsweise der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 2-163928. Entsprechend den Figuren bezeichnet Bezugs zeichen 601 ein GaAs-Substrat, Bezugszeichen 602 bezeichnet eine auf dem Substrat 601 angeordnete SiO₂-Schicht, und Be zugszeichen 603 bezeichnet eine in der SiO₂-Schicht 602 vorgesehene Öffnung. Bezugszeichen 604 bezeichnet eine GaAs-Pufferschicht, Bezugszeichen 605 bezeichnet eine erste AlGaAs-Schicht, Bezugszeichen 606 bezeichnet eine GaAs- Schicht und Bezugszeichen 607 bezeichnet eine zweite AlGaAs-Schicht.

Es wird eine Beschreibung des Herstellungsverfahrens des Beispiels nach dem Stand der Technik gegeben. Zuerst wird wie in Fig. 23(a) dargestellt eine SiO₂-Schicht 602 gebildet, welche die (100)-Oberfläche des GaAs-Substrats 601 bedeckt, und es werden Öffnungen 603 zwischen der SiO₂- Schicht 602′ einer Breite d1 gebildet. Wenn eine Quanten verdrahtung zu bilden ist, werden die Öffnungen 603 aus rechteckigen Anordnungen zwischen der streifenförmigen SiO₂-Schicht 602′ der Breite d1 gebildet, während zur Bil dung einer Quantenbox die Öffnungen 603 in rechteckigen Formen gebildet werden, welche dieselbe Mitte besitzen und die SiO₂-Schicht 602′ einer quadratischen Form umgeben, die eine Länge d1 bezüglich eines Rands besitzt.

Auf das GaAs-Substrat 601, auf welchem der oben be schriebene Prozeß durchgeführt wird, läßt man eine GaAs- Pufferschicht 604 durch MOVPE kristallin aufwachsen. Bei diesem Kristallaufwachsen gibt es eine Anisoptropie der Aufwachsgeschwindigkeit, d. h. das Aufwachsen ist auf der (100)-Oberfläche schneller, und es liegt bezüglich der (111)B-Oberfläche kaum ein Aufwachsen vor. Wenn dementspre chend ein Kristallaufwachsen durch MOVPE selektiv auf der (100)-Oberfläche durchgeführt wird, die, wie in Fig. 23(a) dargestellt, ein Fenster besitzt, wird das Kristallaufwach sen abgebrochen, wenn, wie in Fig. 23 (b) dargestellt, ein Vorsprung eines Dreiecksquerschnitts, der von der (111)B- Oberfläche umgeben wird, gebildet wird, wodurch ein Hohl raum eines quasi V-förmigen Querschnitts gebildet wird, der von den Vorsprüngen umgeben wird.

Als nächstes werden die SiO₂-Schichten 602 und 602′ entfernt und eine erste AlGaAs-Schicht 605 durch atomare Schichtepitaxy (ALE, atomic layer epitaxy) aufgewachsen. Da die ALE den jeweiligen wesentlichen Elementen Materialien zuführt, um ein Aufwachsen einer atomaren Schicht nach der anderen durchzuführen und keine Anisotropie bildet, schrei tet das Kristallwachstum auf der (111)B-Oberfläche ebenso wie auf der (100)-Oberfläche fort, und wie in Fig. 23(c) dargestellt wächst die erste AlGaAl-Schicht 605 auf der ge samten Oberfläche der Wafer auf. Die (100)-Oberfläche an dem Boden des quasi V-förmigen Hohlraums, der anfänglich eine Breite von d1 besitzt, reduziert ihre Breite in Abhän gigkeit des Aufwachsens der ersten AlGaAs-Schicht 605, und wie in der Figur dargestellt wächst die erste AlGaAs- Schicht 605 auf, bis die Breite zu d2 wird. Diese Breite d2 wird zur Breite einer Quantenverdrahtung oder einer Quan tenbox.

Darauffolgend wird eine GaAs-Schicht durch Auftragen bis zu einer Schichtdicke mehrerer atomarer Schichten durch MOVPE gebildet. Diese Dicke wird auf einen Wert bestimmt, der geeignet ist zur Begrenzung von Ladungsträgern und wird durch die Geschwindigkeit und die Zeit der Materialzufuhr gesteuert. Da das Kristallaufwachsen durch MOVPE eine Ani sotropie mitsichbringt und die Aufwachsgeschwindigkeit der ersten AlGaAs-Schicht 605, die auf der (111)B-Oberfläche gebildet wird, nahezu gleich 0 ist, schreitet das Kri stallaufwachsen tatsächlich lediglich auf der (100)-Ober fläche fort, und wie in Fig. 23(d) dargestellt wird eine GaAs-Schicht 606 einer Breite d2 auf dem Boden des quasi V- förmigen Hohlraums gebildet.

Danach läßt man eine zweite AlGaAs-Schicht 607 wiederum durch ALE aufwachsen. Da die zweite AlGaAs-Schicht 607 isotrop wächst, wird die GaAs-Schicht 606 umhüllt, wie in Fig. 23(e) dargestellt, wodurch eine Struktur einer Quan tenverdrahtung oder einer Quantenbox erzielt wird.

Fig. 24(a) bis 24(d) zeigen die Diagramme zum Veran schaulichen eines Verfahrens zum Herstellen eines Halblei terlaserelements mit einem Beugungsgitter (DFB-laser) nach dem Stand der Technik beispielsweise entsprechend der japa nischen Patentveröffentlichung Nr. Hei. 3-16288. In diesen Figuren bezeichnet Bezugszeichen 701 ein n-Typ GaAs- Substrat einer (001)-Oberfläche. Bezugszeichen 702 bezeich net eine n-Typ GaAs-Pufferschicht. Bezugszeichen 703 be zeichnet eine n-Typ AlGaInP-Überzugsschicht. Bezugszeichen 704 bezeichnet eine nicht dotierte aktive AlGaInP-Schicht. Bezugszeichen 705 bezeichnet eine erste p-Typ AlGaInP-Über zugsschicht. Bezugszeichen 706 bezeichnet eine p-Typ GaInP- Beugungsgitterbildungsschicht. Bezugszeichen 707 bezeichnet eine zweite p-Typ AlGaInP-Überzugsschicht. Bezugszeichen 708 bezeichnet eine p-Typ GaInP-Schicht. Bezugszeichen 709 bezeichnet eine p-Typ GaAs-Kontaktschicht. Bezugszeichen 711 bezeichnet eine Elektrode mit p-Teil, und Bezugszeichen 712 bezeichnet eine Elektrode mit n-Teil. Bezugszeichen 713 bezeichnet eine SiO₂-Schicht, und Bezugszeichen 714 be zeichnet einen Fotolack.

Es wird nun ein Verfahren zum Herstellen dieses Halb leiterlasers beschrieben. Zuerst läßt man auf einem n-Typ GaAs-Substrat 701, das eine (001)-Oberfläche besitzt, eine n-Typ GaAs-Pufferschicht 702, die eine Dicke von 0,5 µm und eine Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸cm^-3 besitzt, eine n-Typ (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Überzugsschicht 703, die eine Dicke von 0,8 bis 1,0 µm und eine Verunreinigungskon zentration von 1 × 10¹⁷cm^-3 und eine Al-Zusammensetzung von x = 0,6 besitzt, eine nicht dotierte aktive (Al_ya_1-y) _0,51In_0,49P-Schicht 705, die eine Dicke von 0,04 bis 0,08 µm und eine Al-Zusammensetzung von y (0y<0,1) besitzt, und eine erste p-Typ (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Überzugsschicht 704, die eine Dicke von 0,2 bis 0,8 µm, eine Verunreinigungskon zentration von 7 × 10¹⁷ cm^-3 und eine Al-Zusammensetzung von x=0,6 besitzt, aufeinanderfolgend epitaxial durch MOCVD aufwachsen. Als nächstes wird eine SiO₂-Schicht 713 einer Dicke von 0,1 bis 0,2 µm auf die p-Überzugsschicht 705 auf gedampft, und nach einem Überziehen mit Fotolack wird eine Strukturierung des Fotolacks 714 einer Periode bzw. eines Mittenabstands von Λ=280-290 nm durch ein Interferenzbe lichtungsverfahren unter Verwendung eines HE-CD-Lasers ei ner Wellenlänge von 325 nm (Fig. 24(a)) durchgeführt.

Danach wird unter Verwendung des Fotolacks 714 als Maske die SiO₂-Schicht 713 unter Verwendung von einer Flu orsäurelösung geätzt, wodurch eine Beugungsgitterstruktur aus der SiO₂-Schicht 713 erlangt wird, welche in Fig. 24(b) dargestellt ist.

Als nächstes wächst eine p-Typ Ga_0,51In_0,49P-Beugungs gitterbildungsschicht 706, die eine Dicke von 60 bis 120 nm und eine Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ bis 1 × 10¹⁹cm^-3 besitzt, durch ein MOCVD-Verfahren selektiv auf, wodurch ein periodisches Beugungsgitter in einer trapezför migen Gestalt entsprechend Fig. 24(c) gebildet wird. Danach wird die SiO₂-Schicht 713 geätzt, um entfernt zu werden, und man läßt die zweite p-Typ (Al_xGa_1-x)_0,51In_0,49P-Über zugsschicht 707, die eine Dicke von 0,5 bis 0,8 µm, eine Verunreinigungskonzentration von 7 × 10¹⁷cm^-3 und eine Al- Zusammensetzung von x = 0,6 besitzt, eine p-Typ GA_0,51In_0,49P-Schicht 708, die eine Dicke von 0,05 bis 0,1 µ in und eine Verunreinigungskonzentration von 1-3 × 10¹⁸cm^-3 besitzt, und eine p-Typ GaAs-Kontaktschicht 709, die eine Dicke von 1,0 bis 2,0 µm und eine Verunreinigungskonzentra tion von 5 × 10¹⁸ bis 5 × 10¹⁹cm^-3 besitzt, durch MOCVD aufwachsen. Danach werden andere erforderliche Verfahren einschließlich des Bildens einer Elektrode 711 mit p-Teil auf der Kontaktschicht 709 und einer Elektrode 712 mit n- Teil auf der Rückseitenoberfläche des Substrats 701 durch geführt, um den in Fig. 24(d) dargestellten Laser fertigzu stellen.

Entsprechend dem Beispiel nach dem Stand der Technik kann die Gestalt des Beugungsgitters in Abhängigkeit ledig lich der Kristallaufwachsbedingungen ohne Verwendung eines Ätzverfahrens bestimmt werden, wodurch ein Halbleiterlaser element mit einem Beugungsgitter hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann. Darüber hinaus ist bei diesem Bei spiel nach dem Stand der Technik angeführt, daß ein Halb leiterlaserelement, welches eine dynamische vertikale ein zige Betriebsart einer Hochgeschwindigkeitsmodulation von 10GHz oder darüber realizieren kann, durch Bilden einer um λ/4 verschobenen Beugungsgitterstruktur, welche die Phase an jedem zentralen Teil des Elements um λ/4 verschiebt, während der Strukturierung der SiO₂-Schicht hergestellt werden kann.

Das in Referenz (1) angeführte Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung nach dem Stand der Technik führt eine Verarbeitung durch bezüglich einer Einfachschicht- Quantenmuldenstruktur, die epitaxial aufgewachsen ist, um selbige in einer feinen Verdrahtungsanordnung unter Verwen dung von Ätzen zu bilden, wodurch sich die Schwierigkeit ergibt, daß die feinen Verdrahtungen durch das Ätzen be schädigt werden können. Insbesondere liegt die Schwierig keit vor, die Beschädigungen zu erkennen, wenn die Bildung der Verdrahtungen durch Trockenätzen durchgeführt wurde, wobei sich in Bezug auf das Naßätzen eine überlegene Steu erbarkeit hinsichtlich der Richtung der Breite ergibt. Da nach dem kristallinen Aufwachsen einer Einfachschicht-Quan tenmuldenstruktur die Anordnung aus dem Ofen herausgenommen wird, wird darüber hinaus ein Feinverdrahtungsverfahren durch Ätzen des Wafers ausgeführt, und es wird wiederum ein erneutes Aufwachsen in dem Aufwachsofen durchgeführt, wobei sich die Schwierigkeit ergibt, daß die Feinverdrahtungen durch das erneute Heizen während des erneuten Aufwachsens übertragen werden sollten.

Obwohl bei dem Verfahren zum Herstellen einer Quanten verdrahtung nach dem Stand der Technik entsprechend Refe renz (2) sich nicht die Schwierigkeit ergab, daß die Fein verdrahtungen durch Ätzen zerstört werden könnten und durch erneutes Aufheizen wie bei Referenz (1) die Feinverdrahtun gen zu übertragen wären, da die Größe der Rinne etwa 3 bis 5 µm betrug, war es darüber hinaus unmöglich, Feinverdrah tungen mit einer hohen Dichte zweidimensional herzustellen.

Da bei dem Verfahren zum Herstellen der in Fig. 20 dar gestellten Quantenverdrahtung nach dem Stand der Technik entsprechend Referenz (3) eine Halbleiterschicht zum Bilden einer Quantenverdrahtung durch Kristallaufwachsen einer ebenen Gestalt gebildet wird, wird darüber hinaus die An ordnung danach durch Ätzen in eine Feinverdrahtungsgestalt verarbeitet, danach wird die Halbleiterschicht der Feinver drahtungsgestalt durch erneutes Aufwachsen vergraben, wobei sich die Schwierigkeit ergibt, daß die Feinverdrahtungen durch Ätzen ähnlich wie bei dem Herstellungsverfahren der Quantenverdrahtung entsprechend der Referenz (1) zerstört werden könnten. Des weiteren trat die Schwierigkeit auf, daß die Feinverdrahtungen durch erneutes Aufheizen während des erneuten Aufwachsens umzuwandeln bzw. umzuformen wären.

Bei dem Verfahren zum Herstellen der in Fig. 21 darge stellten Quantenverdrahtung nach dem Stand der Technik ent sprechend Referenz (3) werden darüber hinaus V-Rinnen auf einem Substrat mit sehr kleinen Intervallen unter Verwen dung einer Röntgenstrahl-Nanolithographie-Technik gebildet, wodurch eine Anordnung von Quantenverdrahtungen gebildet wird. Jedoch beträgt die Größe bzw. das Intervall der Quan tenmuldenverdrahtungen 15 nm/Seite und die Periode bzw. der Mittenabstand 200 nm, wobei die Werte als nicht besonders fein zu bezeichnen sind.

Darüber hinaus wird bei dem Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung nach dem Stand der Technik ent sprechend Referenz (4) eine Quantenverdrahtung unter Ver wendung der Oberflächenrichtung in Abhängigkeit des Kri stallwachstums gebildet, die feiner als die Öffnungsbreite einer Maskenstruktur ist. Danach wird das Intervall zwi schen Quantenverdrahtungen durch Grenzen der Feinstruktur einer Maskenstruktur begrenzt, wobei das Intervall gegen wärtig eine Größe von etwa 20 bis 30 nm besitzt.

Bei dem Herstellungsverfahren einer Quantenverdrahtung nach dem Stand der Technik entsprechend der japanischen Pa tentveröffentlichung Nr. Hei. 2-163928 wird eine feine Quantenverdrahtung unter Verwendung einer ALE-Technik und der Oberflächenrichtungsabhängigkeit des Kristallwachstums gebildet, die feiner als die Breite der Maskenstruktur ist. Da die Quantenverdrahtungen zwischen Halbleiterschichten gebildet werden, die in einer Dreiecksgestalt im Quer schnitt kristallin aufgewachsen sind, ist es schwierig, ei ne Anordnungsstruktur zu erlangen, die Quantenverdrahtungen aufweisen, welche mit feinen Intervallen angeordnet sind.

Bei der Verwendung von Quantenverdrahtungen bei einem Halbleiterlaser ist es zum Erlangen eines Effekts des Ver besserns der Lasercharakteristik bezüglich einer Quanten verdrahtung nötig, Verdrahtungen ohne Beschädigungen und Verdrahtungen mit einer hohen Dichte durch Verschmälern der zwischen den Verdrahtungen befindlichen Intervalle zu bil den. Infolge der oben beschriebenen Probleme gibt es gegen wärtig nach dem Stand der Technik kein Beispiel einer Ver besserung der Lasercharakteristik.

Andererseits wird ein Beugungsgitter eines DFB-Lasers (distributed feedback laser) gewöhnlich durch dasselbe Ver fahren gebildet, welches entsprechend Referenz (1) offen bart ist, d. h. mittels Durchführens eines Ätzverfahrens be züglich einer Halbleiterschicht zur Bildung eines Beugungs gitters unter Verwendung einer durch Interferenzbelichtung gebildeten Fotolackstruktur als Maske. Dementsprechend wird die Gestalt eines Beugungsgitters infolge des erneuten Auf heizens während des Durchführens des erneuten Aufwachsens wie bezüglich der Schwierigkeiten in dem Verfahren zum Her stellen einer Quantenverdrahtung beschrieben umgewandelt bzw. umgeformt, wodurch der DFB-Laser nicht mit hoher Re produzierbarkeit hergestellt werden kann. Um durch dieses Verfahren ein sogenanntes um λ/4 verschobenes Beugungsgit ter zu erzeugen, müssen zusätzlich ein Verfahren zum Durch führen einer zweimaligen Fotolithographie unter Verwendung einer Interferenzbelichtung und ein Verfahren des aufeinan derfolgenden Darstellens jeweiliger Strukturen durch direkte EB-Zeichnung verwendet werden, um eine Fotolackstruktur zu bilden, wodurch für die Herstellung viel Zeit benötigt wird, woraus sich ein verringerter Durchsatz ergibt. Obwohl bezüglich des DFB-Lasers bereits vorgeschlagen wurde, die Höhe eines Beugungsgitters teilweise zu verändern, um die Lichtdichteverteilung in Längsrichtung des Resonators ein zustellen und das Raumlochbrennen (space hole burning) zu verhindern bzw. zu unterdrücken, kann dieses Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters lediglich ein Beugungsgit ter einer gleichförmigen Höhe bilden, und um die Höhe des Beugungsgitters teilweise zu verändern, muß ein Verfahren wie die Durchführung eines partiellen Ätzens in einem sepa raten Verfahren verwendet werden.

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines DFB-Lasers nach dem Stand der Technik entsprechend der japanischen Veröf fentlichung Nr. Hei. 3-16288 ist es möglich, die Gestalt des Beugungsgitters lediglich unter Kristallwachstumsbedin gungen ohne Abhängigkeit von dem Ätzverfahren zu bestimmen, und es kann ein Halbleiterlaserelement mit einem Beugungs gitter mit hoher Reproduzierbarkeit hergestellt werden. Be züglich der Bildung eines um λ/4 verschobenen Beugungsgit ters und der Einstellung einer Lichtdichteverteilung in Längsrichtung des Resonators ergeben sich jedoch dieselben Probleme wie bei dem Verfahren zur Herstellung eines Beu gungsgitters unter Verwendung eines Verfahrens entsprechend Referenz (1).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfah ren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung zu schaffen, mit welchem Quantenverdrahtungen erzeugt werden können, die mit einer hohen Dichte und schmalen Intervallen zwischen den Verdrahtungen ohne Beschädigungen integriert sind.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Quantenverdrahtung vorzusehen, die mit diesem Verfah ren erzeugt wird.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Quantenverdrahtungslaser vorzusehen, der Quan tenverdrahtungen enthält, die bei einer hohen Dichte ohne Beschädigungen integriert sind, wobei die Charakteristik des Lasers verbessert ist, und ein Verfahren zum Herstellen des Quantenverdrahtungslasers vorzusehen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters vorzuse hen, das ähnlich wie das Verfahren des oben beschriebenen Verfahrens zum Herstellen einer Quantenstruktur erlangt werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung vorzusehen, der ein Beugungsgitter aufweist, das durch das oben be schriebene Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters erzeugt wird.

Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung.

Ein Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Schritte: Bilden einer Isolierungsschicht auf einer Oberfläche eines ersten Halbleitersubstrats in einer feinen Struktur einer Breite von 100 nm oder weniger, se lektives kristallines Aufwachsen einer zweiten Halbleiter schicht, die einen trapezförmigen Querschnitt und Halblei terkristalloberflächen besitzt, auf denen kein Kristall wachstum eines dritten Halbleiters an den geneigten Ober flächen auftritt an der Oberfläche des ersten Halbleiter substrats unter Verwendung der Isolationsschicht als Maske, Bilden einer dritten Halbleiterschicht, die einen kleineren Bandabstand als denjenigen des ersten und zweiten Halblei ters besitzt und als Quantenverdrahtung auf der oberen Oberfläche der trapezförmigen Gestalt dient, auf einem Teil außerhalb der geneigten Oberflächen, welche die Halbleiter kristalloberfläche der selektiv aufgewachsenen Schicht des zweiten Halbleiters aufweist, und auf der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats zwischen benachbarten selektiv aufgewachsenen Schichten, und danach Bilden einer vierten Halbleiterschicht, die einen größeren Bandabstand als den jenigen des dritten Halbleiters besitzt, auf der dritten Halbleiterschicht und auf der zweiten Halbleiterschicht, um diese Schichten zu vergraben. Daher können Quantenverdrah tungen mit einer hohen Dichte und Verdrahtungen einer hohen Güte ohne Beschädigungen während des Verfahrens erlangt werden.

Ein Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfin dung enthält das Bilden des ersten Halbleitersubstrats aus InP, des zweiten Halbleiters aus InP, des dritten Halblei ters aus InGaAs und des vierten Halbleiters aus InP. Daher kann das Aufwachsen der dritten Halbleiterschicht mit einem hohen selektiven Verhältnis durchgeführt werden.

Ein Verfahren zum Bilden einer Quantenverdrahtung ent sprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält das Bilden der Halbleiterkristalloberflächen als geneigte Flächen der zweiten selektiv aufgewachsenen Halb leiterschicht, die eine (111)A- oder eine (111)B-Oberfläche aufweist. Daher kann das Aufwachsen der dritten Halbleiter schicht mit einem hohen selektiven Verhältnis durchgeführt werden.

Eine Quantenverdrahtung entsprechend einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine zweite Halb leiterschicht, die selektiv auf einer Isolierungsschicht aufgewachsen ist, die auf der Oberfläche des ersten Halb leitersubstrats in einer feinen Struktur einer Breite von 100 nm oder weniger gebildet ist unter Verwendung der Iso lierungsschicht als Maske und die einen trapezförmigen Querschnitt und Halbleiterkristalloberflächen besitzt, auf denen ein Aufwachsen eines dritten Halbleiters an geneigten Oberflächen nicht vorkommen sollte, eine dritte Halbleiter schicht, die einen schmaleren Bandabstand als denjenigen des ersten und des zweiten Halbleiters besitzt und als Quantenverdrahtung dient, die auf der oberen Oberfläche der trapezförmigen Gestalt an einem Teil außerhalb der geneig ten Oberflächen der Halbleiterkristalloberfläche der selek tiv aufgewachsenen zweiten Halbleiterschicht und auf der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats zwischen benach barten selektiv aufgewachsenen Schichten aufgewachsen ist, und eine vierte Halbleiterschicht, die einen größeren Band abstand als denjenigen des dritten Halbleiters besitzt und auf der dritten Halbleiterschicht und auf der zweiten Halb leiterschicht gebildet ist, um diese Schichten zu vergra ben. Daher können die Quantenverdrahtungen mit einer hohen Güte, ohne beim Verfahren Beschädigungen unterworfen zu sein, und in einer hohen Dichte hergestellt werden.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Quantenverdrahtungs lasers entsprechend einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Schritte des Bildens einer Isolie rungsschicht auf einer Oberfläche eines ersten Halbleiter substrats in einer feinen Struktur einer Breite von 100 nm oder weniger, des selektiven kristallinen Aufwachsens einer zweiten Halbleiterschicht, die einen trapezförmigen Quer schnitt und Halbleiterkristalloberflächen besitzt, auf de nen ein Aufwachsen einer dritten Halbleiterschicht an ge neigten Oberflächen nicht auftreten sollte, auf der Ober fläche des ersten Halbleitersubstrats unter Verwendung der Isolierungsschicht als Maske, des Bildens einer dritten Halbleiterschicht, die einen kleineren Bandabstand als den jenigen des ersten Halbleiters und des zweiten Halbleiters besitzt, auf der oberen Oberfläche der trapezförmigen Ge stalt an einem Teil außerhalb der geneigten Oberflächen der Halbleiterkristalloberfläche der zweiten selektiv auf ge wachsenen Halbleiterschicht und auf der Oberfläche des er sten Halbleitersubstrats zwischen den benachbarten selektiv aufgewachsenen Schichten, wodurch die dritte Halbleiter schicht gebildet wird, die als Quantenverdrahtung dient, des Bildens einer zweiten Halbleiterschicht, die einen grö ßeren Bandabstand als denjenigen des dritten Halbleiters besitzt, auf der dritten Halbleiterschicht und auf der vierten Halbleiterschicht, um diese Schichten zu vergraben, des Bildens einer strombegrenzenden Struktur zum Abgrenzen eines Gebiets, durch welche ein Strom zu der aktiven Schicht fließt, welche die Quantenverdrahtung aufweist, und des Bildens von Elektronen zum Injizieren eines Stroms in die aktive Schicht der Halbleiterschichtstruktur, die wie oben beschrieben erlangt wird. Da Verdrahtungen einer hohen Dichte und einer hohen Güte ohne Auftreten von Beschädigun gen während des Verfahrens erlangt werden, kann daher ein Quantenverdrahtungslaser, der einen niedrigen Schwellen wertstrom, eine hohe Effiziens und eine niedrige Tempera turabhängigkeit als verbesserte Lasercharakteristik be sitzt, unter Verwendung der Verdrahtung als aktive Schicht hergestellt werden.

Ein Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters ent sprechend einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Schritte des Bildens einer selektiven Aufwachs maske auf einem ersten Halbleitersubstrat, die eine erste Maske einer Leitungs- und Zwischenraumstruktur eines Ra sterabstands von 100 bis 400 nm und ein Paar zweiter Masken aufweist, die zwischen einem Teil der ersten Maske in ver tikale Richtung bezüglich der Anordnungsrichtung der ersten Maske angeordnet sind, des Durchführens eines selektiven Aufwachsens einer zweiten Halbleiterschicht, die einen grö ßeren Brechungsindex als denjenigen des ersten Halbleiters besitzt, unter Verwendung der selektiven Aufwachsmaske, so daß die Höhe der selektiv aufgewachsenen Schicht an einem Gebiet zwischen der zweiten Maske höher als an dem anderen Gebiet wird, des Entfernens der Maske, des Bildens einer dritten Halbleiterschicht, die einen kleineren Brechungsin dex als denjenigen der selektiv aufgewachsenen Schicht be sitzt, auf der derjenigen Anordnung, die durch Bilden einer zweiten Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht erlangt wird, um die Schichten zu vergraben. Daher kann ein Beugungsgitter mit unterschiedlichen Höhen von jeweiligen Beugungsgitterteilen in Abhängigkeit der Gebiete erlangt werden.

Ein Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung ent sprechend einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Beugungsgitter, das in Abhängigkeit der Gebiete in dem Resonator und durch das oben beschriebene Verfahren zur Herstellung eines Beugungsgitters erzeugt wurde, unter schiedliche Höhen besitzt, und bei welchem die Lichtdichte verteilung in dem Resonator dadurch eingestellt wird, daß die Höhe des Beugungsgitters in Abhängigkeit der Gebiete unterschiedlich ist. Daher kann eine benötigte Verteilung als Lichtdichteverteilung in dem Resonator eines Lasers mit verzweigter Rückkopplung erlangt werden.

Der Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung ent sprechend einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzt ein Beugungsgitter, welches hoch in einem mittleren Gebiet des Resonators und niedrig in einem Facettengebiet des Resonators ausgebildet ist. Daher kann die Lichtdichte verteilung in dem Laserresonator gleichförmig ausgebildet werden.

Der Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung ent sprechend einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Beugungsgitter, das ein Gebiet mit einem Höhen unterschied bezüglich anderer Gebiete an dem mittleren Teil des Resonators besitzt und als Verschiebungsbeugungsgitter einer Viertel-Wellenlänge infolge der Veränderung des Bre chungsindexes funktioniert. Daher kann ein um λ/4 verscho bener Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung leicht erlangt werden.

Es zeigen

Fig. 1(a) bis 1(f) schematische Quer schnittsdiagramme, welche ein Verfahren zum Herstellen ei ner Quantenverdrahtung entsprechend einer ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.

Fig. 2 zeigt ein Diagramm zum Erklären von Dimensionen der Quantenverdrahtung, die durch das Verfahren zum Her stellen einer Quantenverdrahtung entsprechend der ersten Ausführungsform gebildet wird.

Fig. 3(a) und 3(b) zeigen schematische Querschnitts diagramme, welche ein Verfahren zum Herstellen einer Quan tenverdrahtung entsprechend einer anderen Ausführungsform veranschaulichen.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche einen Quantenverdrahtungslaser entsprechend einer zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, der durch das Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung entsprechend der ersten Ausführungsform gebildet wird.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche einen Quantenverdrahtungslaser entsprechend einer dritten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, der durch ein Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung entsprechend der ersten Ausführungsform gebildet wird.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht, welche eine selektive Aufwachsmaske veranschaulicht, die bei einem Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Fig. 7(a) und 7(b) zeigen schematische Querschnitts diagramme, die ein Beugungsgitter veranschaulichen, welches durch ein Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebildet wird.

Fig. 8 zeigt ein schematisches Querschnittsdiagramm, welches einen Resonator und ein Beugungsgitter eines Lasers mit verzweigter Rückkopplung entsprechend einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Fig. 9 zeigt ein schematisches Querschnittsdiagramm, welches einen Resonator und ein Beugungsgitter eines um λ/4 verschobenen Lasers mit verzweigter Rückkopplung entspre chend einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Er findung veranschaulicht.

Fig. 10 zeigt ein schematisches Querschnittsdiagramm, welches einen Resonator und ein Beugungsgitter eines um λ/4 verschobenen Lasers mit verzweigter Rückkopplung nach dem Stand der Technik veranschaulicht.

Fig. 11 zeigt ein Diagramm, welches eine Lichtdichte verteilung in dem Resonator eines um λ/4 verschobenen La sers mit verzweigter Rückkopplung nach dem Stand der Tech nik veranschaulicht.

Fig. 12 zeigt ein Diagramm, welches eine aktive Schicht in einem Grundmaterial veranschaulicht.

Fig. 13 zeigt ein Diagramm, welches eine aktive Schicht einer Quantendünnschicht veranschaulicht.

Fig. 14 zeigt ein Diagramm, welches eine aktive Schicht einer Quantenverdrahtung veranschaulicht.

Fig. 15 zeigt eine Diagramm, welches eine aktive Schicht einer Quantenbox veranschaulicht.

Fig. 16 zeigt ein Diagramm zum Erklären von Quantenef fekten einer Quantendünnschichtstruktur, einer Quantenmul denstruktur und einer Quantenboxstruktur.

Fig. 17 zeigt ein Diagramm, welches eine Struktur eines Quantenverdrahtungslasers veranschaulicht, der durch ein Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung nach dem Stand der Technik gebildet wurde.

Fig. 18(a) bis 18(c) zeigen Diagramme, welche ein Verfahren zum Herstellen des Quantenverdrahtungslasers von Fig. 17 veranschaulichen.

Fig. 19 zeigt ein Diagramm, welches eine Struktur eines Quantenverdrahtungslasers veranschaulicht, der unter Ver wendung eines anderen Verfahrens zum Herstellen einer Quan tenverdrahtung nach dem Stand der Technik gebildet wurde.

Fig. 20(a) bis 20(c) zeigen Diagramme, welche ein Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung entspre chend einem anderen Stand der Technik veranschaulichen.

Fig. 21(a) und 21(b) zeigen Diagramme, welche ein Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung entspre chend einem anderen Stand der Technik veranschaulichen.

Fig. 22(a) bis 22(d) zeigen Diagramme zum Veran schaulichen eines Verfahrens zum Herstellen einer Quanten verdrahtung entsprechend einem anderen Stand der Technik.

Fig. 23(a) bis 23(e) zeigen Diagramme, welche ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung nach dem Stand der Technik veranschaulichen.

Fig. 24(a) bis 24(d) zeigen Diagramme, welche ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers mit einem Beugungsgitter nach dem Stand der Technik veranschaulichen.

Es wird eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstel len einer Quantenverdrahtung durch selektives Aufwachsen entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Fig. 1(a) bis 1(f) zeigen schemati sche Querschnittsdiagramme, welche das Herstellungsverfah ren veranschaulichen.

Entsprechend der Fig. 1(a) bis 1(f) bezeichnet Be zugszeichen 1 ein n-Typ InP-Substrat. Bezugszeichen 2 be zeichnet eine Isolierungsschicht, die auf dem n-Typ InP- Substrat 1 gebildet ist. Bezugszeichen 3 bezeichnet eine n- Typ InP-Schicht, die selektiv auf dem n-Typ InP-Substrat 1 zwischen Isolierungsschichten 2 aufgewachsen ist, die streifenförmig strukturiert sind. Bezugszeichen 4a und 4b bezeichnen InGaAs-Schichten, die jeweils auf der n-Typ InP- Schicht 3 bzw. auf dem n-Typ InP-Substrat 1 aufgewachsen sind, wobei die Isolierungsschicht 2 zwischen den n-Typ InP-Schichten 3 entfernt ist. Bezugszeichen 5 bezeichnet eine p-Typ InP-Schicht, die auf den InGaAs-Schichten 4a und 4b und der n-Typ InP-Schicht 3 aufgewachsen ist.

Es wird eine Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen einer Quantenverdrahtung der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 1 gegeben.

Zuerst wird, wie in Fig. 1(a) dargestellt, auf einem n- Typ InP-Substrat, das eine (100)-Oberfläche, eine Dicke von 350 µm und eine Verunreinigungskonzentration von etwa 4 × 10¹⁸ cm^-3 besitzt, eine SiO₂-Schicht durch CVD gebil det, oder es wird eine Isolierungsschicht 2 wie eine natür liche Oxidationsschicht auf der Oberfläche des n-Typ InP- Substrats 1 in einer Dicke von mehreren 10 nm gebildet. Die Isolierungsschicht kann hier aus SiN oder einer anderen Substanz gebildet sein.

Als nächstes wird, wie in Fig. 1(b) dargestellt, die Isolierungsschicht 2 in eine Streifenform strukturiert, die eine Breite von etwa 20 nm in der [011]-Richtung und ein Intervall von etwa 30 nm aufweist, das breiter ist als die Breite der Isolierungsschicht 2, durch Ätzen mittels eines EB (electron beam, Elektronenstrahl) oder FIB (focused ion beam, fokussierter Ionenstrahl).

Als nächstes läßt man, wie entsprechend Fig. 1(c) dar gestellt, durch ein Verfahren, etwa durch MOCVD (metal or ganic chemical vapor deposition, metallorganische chemische Aufdampfung) oder CBE (chemical beam epitaxy, Chemostrahl epitaxie) eine n-Typ InP-Schicht selektiv auf eine Höhe von etwa 7 nm auf dem n-Typ InP-Substrat 1 aufwachsen, das an der Öffnung bloßgelegt ist, an welcher die Isolierungs schicht 2 entfernt ist, unter Verwendung der verbleibenden Isolierungsschicht 2 als Maske. Da die Struktur der Isolie rungsschicht 2 einen Streifen in [011]-Richtung besitzt, nimmt darauf die n-Typ InP-Schicht 3 eine trapezförmige Ge stalt an, welche eine Seitenoberfläche einer (111)B-Ober fläche besitzt.

Als nächstes wird, wie in Fig. 1(d) dargestellt, die Isolierungsschicht 2 vollständig entfernt.

Nach dem vollständigen Entfernen der Isolierungsschicht 2 läßt man in einem Zustand einer Mehrzahl von n-Typ InP- Schichten 3 einer trapezförmigen Gestalt auf dem n-Typ InP- Substrat 1 eine InGaAs-Schicht auf eine Dicke von etwa 5 nm auf der vollständigen Oberfläche davon aufwachsen. Danach wird das InGaAs nicht auf den (111)B-Oberflächen der n-Typ InP-Schicht 3 aufwachsen, sondern wird lediglich auf den oberen Oberflächen 3a der n-Typ InP-Schicht 3 der trapez förmigen Gestalt und auf einem Teil 1a des durch die n-Typ InP-Schicht 3 der trapezförmigen Gestalt dazwischen ange ordneten Bodens aufwachsen, wodurch jeweils InGaAs-Schich ten 4a und 4b gebildet werden. Hier würde das InGaAs nicht auf den (111)B-Oberflächen der n-Typ InP-Schicht, wie in Referenz (4) beschrieben, aufwachsen.

Fig. 2 zeigt Beziehungen zwischen der Strukturbreite w1 und dem Strukturintervall w2 der Isolierungsschicht 2, der Schichtdicke d der n-Typ InP-Schicht 3, der Breite w3 des abgeflachten Teils auf der n-Typ InP-Schicht 3 und des In tervalls w4 zwischen Verdrahtungen. Aus der Figur ist er sichtlich, daß die Breite w3 des abgeflachten Teils auf der n-Typ InP-Schicht 3 dargestellt wird durch

w3 = w2 - 2w4 = w2 - 2 (cotΘ · d).

Da die Seitenoberflächen der n-Typ InP-Schicht 3 zu (111)B-Oberflächen werden, beträgt ein Winkel Θ zwischen den Seitenoberflächen der n-Typ InP-Schicht 3 und der Ober fläche des Substrats 1 etwa 55°. Da das Strukturintervall w2 30 nm beträgt und die Schichtdicke d der n-Typ InP- Schicht 3 7 nm beträgt, wird die Breite w3 des abgeflachten Teils auf der n-Typ InP-Schicht 3 zu

30 - 2 × 4,9 = 20,2 (nm),

und damit in etwa gleich der Strukturbreite w1. Das In tervall zwischen den Verdrahtungen w4 beträgt 4,9 nm.

Detailliert dargestellt, sowohl die InGaAs-Schicht 4a, die auf dem abgeflachten Teil 3a auf der n-Typ InP-Schicht 3 gebildet ist, als auch die InGaAs-Schicht 4b, die auf der Substratoberfläche 11 gebildet und zwischen den n-Typ InP- Schichten 3 angeordnet ist, sind Verdrahtungen einer Breite von etwa 20 nm und einer Dicke von etwa 5 nm, und das In tervall zwischen den Verdrahtungen ist sehr schmal und be trägt etwa 4,9 nm.

Darauffolgend wächst, wie in Fig. 1(f) dargestellt, eine p-Typ InP-Schicht 5 einer Verunreinigungskonzentration von etwa 1 × 10¹⁸ cm^-3 auf der gesamten Oberfläche auf. Da nach wächst durch dickes Aufwachsen der InP-Schicht 5 InP ebenso auf der (111)B-Oberfläche auf, und die gesamte Struktur wird von der p-Typ InP-Schicht 5 vergraben. Als Ergebnis wird eine Quantenverdrahtungsstruktur erlangt, die InGaAs-Verdrahtungen 4a und 4b aufweist, die in einer hohen Dichte entlang des pn-Übergangs vergraben sind, der zwi schen dem n-Typ InP-Substrat 1 und der p-Typ InP-Schicht 5 gebildet ist.

Entsprechend dem Verfahren zum Herstellen einer Quan tenverdrahtung entsprechend der ersten Ausführungsform wer den n-Typ InP-Schichten 3, die jeweils eine trapezförmige Querschnittsgestalt besitzen und innerhalb sehr kleiner In tervalle angeordnet sind, auf dem n-Typ InP-Substrat 1 ge bildet, und in Anwendung dessen, daß InGaAs nicht kri stallin auf den (111)B-Oberflächen aufwächst, wachsen InGaAs-Schichten 4a und 4b kristallin jeweils auf der abge flachten Oberfläche 3a auf der n-Typ InP-Schicht 3 und auf der Substratoberfläche 11 zwischen den n-Typ InP-Schichten 3 auf, wodurch feindimensionierte Verdrahtungen erzeugt werden können, zwischen denen sich feine Intervalle befin den. Als Ergebnis werden Verdrahtungen einer hohen Dichte realisiert, dessen Betrag etwa dem zweifachen der Dichtebe grenzung entspricht, die durch die Begrenzung der Struktur größe bei dem herkömmlichen Verfahren gegeben ist. Bei der Bildung der oben beschriebenen Verdrahtungen werden alle Verdrahtungen durch lediglich ein selektives Kristallauf wachsen gebildet, wobei Verdrahtungen erzielt werden kön nen, die bezüglich des Verfahrens keiner Beschädigung un terworfen sind. Als Ergebnis wird eine Verdrahtung hoher Güte und hervorragender optischer Charakteristik erlangt.

In der obigen Beschreibung wird eine Struktur der Iso lierungsschicht 2 erzeugt, die Streifen in der [011]-Rich tung aufweist, und es wächst eine n-Typ InP-Schicht 3 einer trapezförmigen Querschnittsgestalt auf, die Seitenoberflä chen von (111)B-Oberflächen besitzt. Beispielsweise wird jedoch in einem Aufsatz "CODE: a novel single step MOVPE technique for the fabrication of low-dimensional devices, quantum wires and quantum dots", von A. J. Moseley, et al., Journal of Crystal Growth 108 (1991) 203-218, Nord-Holland, darüber berichtet, daß InGaAs kaum auf einer der (111)B- und der (111)A-Oberfläche aufwächst. Dementsprechend kann die Streifenstruktur der Isolierungsschicht 2 in der [001]- Richtung gebildet werden, und die n-Typ InP-Schicht 3 kann so gebildet werden, daß sie Seitenoberflächen aus (111)A- Oberflächen besitzt.

In dem in Fig. 1 dargestellten Herstellungsverfahren ist eine n-Typ InP-Schicht 3 kristallin aufgewachsen, und nach Entfernen der Isolierungsschicht 2 sind InGaAs-Schich ten 4a und 4b direkt auf der abgeflachten Oberfläche 3a der n-Typ InP-Schicht 3 und auf der Substratoberfläche 11 auf gewachsen. Es kann jedoch vorkommen, daß, nachdem die n-Typ InP-Schicht 12 auf der gesamten Oberfläche der Wafer dünn aufgewachsen ist, wie in Fig. 3(a) dargestellt ist, die InGaAs-Schichten 4a und 4b, wie in Fig. 3(b) dargestellt aufgewachsen sind. Da in diesem Fall die Oberfläche des er neuten Aufwachsens und die Oberfläche des pn-Übergangs nicht miteinander übereinstimmen, wird eine Quantenverdrah tungsstruktur mit einer hohen Zuverlässigkeit erzielt.

Während bei der oben beschriebenen Ausführungsform Halbleiter verwendet werden, die InP und InGaAs als Be standteil bildende Substanze besitzen, können andere Ver wendungshalbleiter verwendet werden. Beispielsweise kann ein GaAs-Substrat, auf dessen Oberfläche eine AlGaAs- Schicht auf eine Dicke von 0,5 µm aufgewachsen ist, anstel le eines n-Typ InP-Substrats verwendet werden, und es kann eine n-Typ AlGaAs-Schicht anstelle der n-Typ InP-Schicht 3 verwendet werden, es kann eine GaAs-Schicht anstelle der InGaAs-Schichten 4a und 4b verwendet werden, und es kann ein p-Typ AlGaAs-Schicht anstelle der p-Typ InP-Schicht 5 verwendet werden. Danach kann eine n-Typ AlGaAs-Schicht aufwachsen, nachdem eine GaAs-Pufferschicht auf einem GaAs- Substrat aufgewachsen ist.

Fig. 4 zeigt einen Quantenverdrahtungslaser, der durch Verwendung einer Quantenverdrahtungsstruktur der ersten Ausführungsform gebildet ist, in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Entsprechend der Figur bezeichnen Bezugszeichen 1, 3, 5, 4a und 4b dieselben Elemente wie jene, die in Fig. 1 dargestellt sind. Bezugszeichen 1a bezeichnet eine Elek trode mit n-Teil, Bezugszeichen 9 bezeichnet eine SiO₂- Schicht zur Strombegrenzung, Bezugszeichen 10 bezeichnet ein Strominjizierungsgebiet, und Bezugszeichen 10a bezeich net eine Elektrode mit p-Teil.

Wie in Fig. 4 dargestellt, ist durch das bezüglich der ersten Ausführungsform beschriebene Verfahren eine Struktur gebildet, die entsprechend Fig. 1(f) veranschaulicht ist und Quantenverdrahtungen 4a und 4b aus InGaAs aufweist, welche von der n-Typ InP-Schicht 3 und der p-Typ InP- Schicht 5 auf dem n-Typ InP-Substrat 1 vergraben sind, und es ist eine SiO₂-Schicht 9 auf der p-Typ InP-Schicht 5 ge bildet, und es ist eine streifenförmige Öffnung vorgesehen, um ein streifenförmiges Strominjizierungsgebiet 10 oder ein Wellenleitergebiet in einer Richtung vertikal bezüglich der Richtung der Verdrahtungen 4a und 4b zu bilden, und es sind Elektroden 1a und 10a an der Seite des Substrats 1 bzw. an der Seite des Strominjizierungsgebiets gebildet.

Bei der zweiten Ausführungsform wird ein Halbleiterla ser unter Verwendung einer Quantenverdrahtung erlangt, die durch das Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt wurde. Da Ver drahtungen einer hohen Dichte mit schmalen Verdrahtungsin tervallen, einer hohen Güte und einer überlegenen optischen Charakteristik ohne Beschädigungen erzielt werden, wird da her ein Halbleiterlaser unter Verwendung der Quantenver drahtung erlangt, der einen niedrigen Schwellenwertstrom, eine hohe Effizienz und eine niedrige Temperaturabhängig keit als verbesserte Lasercharakteristik aufweist.

Während die zweite Ausführungsform der vorliegenden Er findung entsprechend Fig. 4 die einfachste Elektrodenstrei fenstruktur besitzt, kann die Struktur eines Lasers eine gewünschte Struktur besitzen. Bei einer dritten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Mesa durch Ätzen in eine Streifenform gebildet und wird des weiteren vergraben, um einen Laser einer vergrabenen Heterostruktur zu bilden. Die Struktur und das Herstellungsverfahren die ser dritten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben.

Entsprechend Fig. 5 wird ein Quantenverdrahtungslaser der dritten Ausführungsform veranschaulicht, wobei Bezugs zeichen 1, 3, 4a, 4b und 5 dieselben Elemente wie diejeni gen der ersten Ausführungsform bezeichnen. Bezugszeichen bezeichnet ein n-Typ InP-Substrat. Bezugszeichen 4a und 4b bezeichnen Quantenverdrahtungen, die an abwechselnd höheren und niedrigeren Positionen auf dem Substrat 1 gebildet sind. Bezugszeichen 5 bezeichnet eine p-Typ InP-Schicht, die auf den Quantenverdrahtungen 4a und 4b gebildet ist. Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Kamm, der durch entspre chendes Ätzen des n-Typ InP-Substrats 1, der Quantenver drahtungen 4a und 4b und der p-Typ InP-Schicht 5 (erste obere Überzugsschicht) gebildet worden ist. Bezugszeichen 7a und 7b bezeichnen Stromblockierungsschichten, die je weils aus einer p-Typ InP-Schicht einer Verunreinigungskon zentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 bzw. aus einer n-Typ InP- Schicht einer Verunreinigungskonzentration von 5 × 10¹⁸ cm^-3 bestehen und durch Kristallaufwachsen an konkaven Teilen an den Seiten des Kamms durch Ätzen gebildet sind. Bezugs zeichen 8 bezeichnet eine zweite obere p-Typ InP-Überzugs schicht einer Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3, die auf der p-Typ InP-Schicht 5 und auf den Strom blockierungsschichten 7b gebildet ist. Bezugszeichen 19 be zeichnet eine p-Typ InGaAsP-Kontaktschicht, die auf der p- Typ InP-Schicht 8 gebildet ist. Bezugszeichen 10a bezeich net eine Elektrode mit p-Teil, die auf der p-Typ InGaAsP- Kontaktschicht 19 gebildet ist, und Bezugszeichen 1a be zeichnet eine Elektrode mit n-Teil, die an der Seite des n- Typ-Substrats 1 gebildet ist.

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines Quantenmul denlasers der dritten Ausführungsform beschrieben.

Durch das entsprechend dieser Ausführungsform beschrie bene Verfahren werden Quantenverdrahtungen 4a und 4b auf dem n-Typ InP-Substrat 1 gebildet, und eine p-Typ InP- Schicht 5 wächst darauf auf, um eine entsprechend Fig. 1(f) dargestellte Struktur zu bilden.

Als nächstes wird eine Maske zum Ätzen eines Kamms aus SiO₂ oder Si₃N₄ auf dieser Anordnung strukturiert (hier nicht dargestellt), und unter deren Verwendung als Maske wird die Struktur entsprechend Fig. 1(f) geätzt, um einen Kamm 6 zu bilden, der ein oberes Teil eines n-Typ InP- Substrats 1, Quantenverdrahtungen 4a und 4b und eine p-Typ InP-Schicht 5 aufweist.

Nachdem die (nicht dargestellte) Ätzmaske entfernt ist, wird danach das Kristallaufwachsen wiederum durchgeführt, um aufeinanderfolgend Stromblockierungsschichten 7a und 7b aus p-Typ InP bzw. n-Typ InP an den Seiten des Kammes 6 zu bilden.

Danach wird ein drittes Kristallaufwachsen auf der obe ren Oberfläche der ausgesetzten p-Typ InP-Schicht 5 an der obere Oberfläche des Kammes 6 und der oberen Oberfläche der Stromblockierungsschicht 7b durchgeführt, wodurch eine zweite obere p-Typ InP-Überzugsschicht 8 und eine p-Typ InGaAsP-Kontaktschicht 19 gebildet werden.

Anschließend wird eine Elektrode mit p-Teil auf der p- Typ InGaAsP-Kontaktschicht 19 gebildet, und es wird eine Elektrode 1a mit n-Teil an der Seite des n-Typ Substrats 1 gebildet, wodurch ein Quantenverdrahtungslaser dieser Aus führungsform fertiggestellt wird.

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Quantenverdrah tungslasers der dritten Ausführungsform wird ein Halblei terlaser einer verdeckten Heterostruktur unter Verwendung von Verdrahtungen hoher Dichte durch das Verfahren zum Her stellen einer Quantenverdrahtung der ersten Ausführungsform hergestellt. Da Verdrahtungen hoher Dichte mit schmalen In tervallen und Verdrahtungen einer hohen Güte und einer überlegenen optischen Charakteristik ohne Beschädigungen während des Verfahrens erzielt werden, wird ein Halbleiter laser, der eine verbesserte Lasercharakteristik wie einen niedrigen Schwellenwertstrom, eine hohe Effizienz und eine geringe Temperaturabhängigkeit bei der Verwendung der Quan tenverdrahtung aufweist, erzielt.

Wie oben beschrieben, können Quantenverdrahtungen einer hohen Dichte und einer hohen Güte, die für den Quantenver drahtungslaser wesentlich sind, durch die erste Ausfüh rungsform im Gegensatz zu den herkömmlichen Verfahren rea lisiert werden, und es kann der Quantenverdrahtungslaser unter Verwendung der hohen Dichte und der hohen Güte durch die zweiten und dritten Ausführungsformen realisiert wer den.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters beschrieben, wobei das Herstellen eines Beugungsgitters durch selektives Aufwachsen entsprechend einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht, welche die obere Oberflä che einer Maske zum Bilden eines Beugungsgitters durch se lektives Aufwachsen entsprechend der vierten Ausführungs forin der vorliegenden Erfindung darstellt, und Fig. 7 zeigt ein schematisches Querschnittsdiagramm bezüglich eines Fal les, bei dem ein Beugungsgitter unter Verwendung dieser Maske hergestellt wird (bezüglich eines Querschnittsab schnitts entlang Linie A-A′ von Fig. 6).

In den Fig. 6 und 7 bezeichnet Bezugszeichen 16 eine Maske zum Bilden eines Beugungsgitters, die streifenförmige Strukturen aufweist, deren Streifen entsprechend Fig. 6 in vertikaler Richtung und entsprechend Fig. 7 in einer Rich tung quer dazu angeordnet sind. Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Maske zum Einstellen einer Höhe des von der Maske 15 gebildeten Beugungsgitters, welche die Beugungsgitter bil dende Maske 16 zwischen sich genommen hat, bezüglich einer Richtung nach oben und nach unten entsprechend der Figur.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters beschrieben.

Zuerst läßt man auf einem p-Typ InP-Substrat 21 einer Verunreinigungskonzentration von etwa 5 × 10¹⁸ cm^-3 eine p- Typ InP-Schicht 22, die eine Dicke von 1 µm und eine Verun reinigungskonzentration von etwa 1 × 10¹⁸ cm^-3 aufweist, eine nicht dotierte aktive InGaAsP-Schicht 23, welche eine Dicke von 0,1 µm und eine Zusammensetzung entsprechend ei ner Wellenlänge von 1,3 µm oder 1,55 µm besitzt, und eine n-Typ InP-Schicht 24, die eine Dicke von 0,1 µm und eine Verunreinigungskonzentration von etwa 1 × 10¹⁸ cm^-3 auf weist, aufwachsen, und es wird auf der Oberfläche der Wafer eine SiO₂-Schicht 26 gebildet, und die SiO₂-Schicht 26 wird entsprechend Fig. 6 strukturiert.

Es wird hier die Beugungsgitter bildende Maske 16 mit einem Rasterabstand von etwa 200 nm gebildet. Die Maske 15 zum Steuern der Schichtdicke ist über die Breite von mehre ren zehn µm in Längsrichtung des Resonators vorgesehen, so daß mehrere Strukturen in einem Gebiet der Beugungsgitter bildenden Maske 16 dazwischengesetzt sind. Das Intervall zwischen den Strukturen der Schichtdicke steuernden Maske 15, zwischen der die Beugungsgitter bildende Maske 16 ange ordnet ist, beträgt etwa 100 µm. Auf einer Wafer, die eine derartige Beugungsgitter bildende Maske 16 und eine Schichtdicke steuernde Maske 15 bildet, läßt man eine InGaAsP-Schicht 25 aufwachsen, welche eine Zusammensetzung entsprechend einer Wellenlänge von 1,15 µm besitzt, selek tiv durch MOCVD oder CBE aufwachsen, wodurch auf einem Teil der Öffnung der Beugungsgitter bildenden Maske 16, wie in Fig. 7(a) dargestellt ist, InGaAsP-Beugungsgitter 25a und 25b einer trapezförmigen Gestalt gebildet werden. Dann be trägt an einem Gebiet, das zwischen den Strukturen der die Schichtdicke steuernden Maske 15 angeordnet ist, die Höhe des Beugungsgitters 25a der trapezförmigen Gestalt etwa 50 nm und ist damit höher als die Höhe des Beugungsgitters 25b der trapezförmigen Gestalt an anderen Gebieten, die etwa 30 nm beträgt. Dies liegt daran, daß an dem Gebiet, das zwi schen den Strukturen der Schichtdicke steuernden Maske 15 angeordnet ist, die Materialarten (In, Ga) des Elements der dritten Gruppe, die der Maske 15 zugeführt werden, sich auf die Öffnung der Maske 16 an dem Gebiet zubewegen, das zwi schen den Strukturen der Schichtdicke steuernden Maske 15 angeordnet ist, durch Gasphasendiffusion oder Oberflächen migration, wodurch zu dem Aufwachsen des Beugungsgitters 25a beigetragen wird.

Danach werden die selektiven Aufwachsmasken 15 und 16 entfernt, und die vollständige Wafer wird von der n-Typ InP-Schicht 27 vergraben, wie in Fig. 7(b) dargestellt ist, wodurch ein Beugungsgitter eines vergrabenen Typs gebildet wird.

Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters der vierten Ausführungsform kann durch dasselbe Verfahren wie bei dem Verfahren zur Herstellung einer Quantenverdrah tung der ersten Ausführungsform ein Beugungsgitter erzeugt werden, das in Abhängigkeit von Gebieten jeweilige Beu gungsgitterteile unterschiedlicher Höhen besitzt. Da derar tige Beugungsgitter gebildet werden können, deren Höhe teilweise verdeckt ist, wie in der folgenden Ausführungs form beschrieben wird, ist es möglich, die Lichtdichtever teilung in dem Resonator einzustellen oder durch teilweises Vergraben der Höhen der Beugungsgitter in der Resonator richtung des Lasers während der Bildung eines Lasers mit verzweigter Rückkopplung, der ein Beugungsgitter aufweist, um λ/4 verschobene Beugungsgitter zu bilden.

Entsprechend einer fünften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ist unter Verwendung des Verfahrens der vierten Ausführungsform ein Laser mit verzweigter Rückkopp lung vorgesehen, der die Lichtdichteverteilung in Resona torrichtung einstellt.

Fig. 8 zeigt einen Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung entsprechend der fünften Ausführungsform. In der Figur bezeichnet Bezugszeichen 51 ein Beugungsgitter, Bezugszeichen 50 bezeichnet das vollständige Beugungsgit ter, Bezugszeichen 52 bezeichnet ein Gebiet des mittleren Teils des Resonators, Bezugszeichen 53 bezeichnet ein Ge biet an dem Ende des Resonators, und Bezugszeichen 54 be zeichnet ein um λ/4 verschobenes Gebiet.

Fig. 10 zeigt einen Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung nach dem Stand der Technik. Wenn das Beugungs gitter (70) (das um λ/4 verschobene Beugungsgitter), das ein Beugungsgitter 71 mit einer gleichförmigen Höhe über die Gesamtheit in Resonatorrichtung aufweist, mit einem um λ/4 phasenverschobenen Gebiet 72 in dem mittleren Teil des Resonators versehen ist, nimmt die Lichtdichteverteilung in Resonatorrichtung eine nicht gleichförmige Verteilung 81 an, welche eine große Lichtdichte in dem mittleren Teil be sitzt, wie in Fig. 11 dargestellt ist. Durch den Teil 82, der eine große Lichtdichte besitzt, entsteht ein Raumloch brennen (space hole burning) in dem Laser mit verzweigter Rückkopplung, wodurch sich die LD-Charakteristik und insbe sondere die Charakteristik des Lichtausgangsstroms ver schlechtert.

Wenn in einem solchen Fall wie bei der in Fig. 8 darge stellten fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Höhe des Beugungsgitters 51 an dem Gebiet 52 des mitt leren Teils des Resonators verringert wird und die Höhe des Beugungsgitters 51 an dem Gebiet 53 in der Nähe der Resona torfacette erhöht wird, kann die Lichtdichteverteilung über der gesamten Resonatorlänge gleichförmig gestaltet werden.

Der Grund dafür wird im folgenden beschrieben.

Üblicherweise ist der Anteil des Lichts, das sich in dem Resonator reflektiert durch die Beugungsgitter fort pflanzt, größer, wenn die Koppelkonstante k zwischen dem Licht und dem Beugungsgitter größer ist. Da des weiteren die Höhe des Beugungsgitters größer ist, ist die Koppelkon stante größer. Mit anderen Worten, die Reflexion und Rück kopplung von Licht durch die Beugungsgitter 51 ist in dem Gebiet 52 an dem Resonatormittelteil, der eine geringere Höhe des Beugungsgitters 52 besitzt, schwach, während die Effekte der Reflexion und Rückkopplung von Licht in den Ge bieten 53 in der Nähe der Resonatorenden intensiviert wer den, deren Höhen der Beugungsgitter 51 vergrößert sind. Be züglich einem Fall des Beugungsgitters 70, das, wie in Fig. 10 dargestellt, eine gleichmäßige Höhe aufweist, ist als Ergebnis die Lichtdichte in dem Gebiet 52 des Zentralteils des Resonators klein, und die Lichtdichte in den Gebieten 53 in der Nähe der Resonatorenden ist groß. Dementsprechend kann die nicht gleichförmige Lichtdichteverteilung 81 gemäß Fig. 11, die in einem Fall erzielt wird, bei dem das Beu gungsgitter 70 eine gleichförmige Höhe aufweist, gemittelt werden, um gleichförmig zu sein.

In dem Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung der fünften Ausführungsform kann durch Herstellen eines Beu gungsgitters unter Verwendung eines Verfahrens zum Herstel len eines Beugungsgitters entsprechend der vierten Ausfüh rungsform und unter Verringerung der Höhe der Beugungsgit ter 51 in dem Gebiet 52 an dem mittleren Teil des Resona tors und durch Vergrößern der Höhe der Beugungsgitter 51 in den Gebieten 53 in der Nähe der Resonatorenden die Licht dichteverteilung über die gesamte Resonatorlänge gleichför mig gestaltet werden, wodurch ein Halbleiterlaser mit ver zweigter Rückkopplung, bei welchem keine Verschlechterung bezüglich der LD-Charakteristik und insbesondere der Cha rakteristik des Lichtausgangsstroms infolge eines Raumloch brennens entsteht, erzielt wird.

Das Verfahren des partiellen Variierens der Höhe des Beugungsgitters wie bei der vierten Ausführungsform kann ebenso auf die Herstellung eines um λ/4 verschobenen Beu gungsgitters selbst angewandt werden. Entsprechend einer sechsten Ausführungsform wird ein Halbleiterlaser eines Typs mit verzweigter Rückkopplung auf diese Weise gebildet, der ein um λ/4 verschobenes Beugungsgitter aufweist.

Bei dem um λ/4 verschobenen Beugungsgitter wird ein Ge biet gebildet, bei welchem ein Rasterabstand des Beugungs gitters in dem Mittelteil des Elements um 1/4 der Wellen länge verschoben wird, um die Eigenschaft der einzigen Wel lenlänge eines Lasers mit verzweigter Rückkopplung zu ver bessern.

Ein um λ/4 verschobenes Beugungsgitter wird üblicher weise durch Strukturierung durch Interferenzbelichtung oder durch direktes Elektronstrahlzeichnen erzeugt. Jedoch muß bei dem Interferenzbelichtungsverfahren der Fotolitogra phieprozeß zweimal durchgeführt werden, um eine λ/4-Ver schiebung durchzuführen, und der Prozeß ist ziemlich kom pliziert, während bei dem direkten EB-Zeichnen aufeinander folgend jeweilige Strukturen gezeichnet werden müssen, wo durch die Herstellungszeit sehr groß ist, was zu einer Ver schlechterung des Durchsatzes führt.

Demgegenüber wird bei der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das entsprechend der dritten Ausfüh rungsform beschriebene Verfahren angew 05219 00070 552 001000280000000200012000285910510800040 0002019504117 00004 05100andt, um ein um λ/4 verschobenes Beugungsgitter zu erzeugen, bei welchem der Brechungsindex des Wellenleitergebiets zum äquivalenten Verschieben der Phase partiell verändert wird, um ein um λ/4 verschobenes Beugungsgitter zu erzielen. Nachfolgend wird das Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters entsprechend der sechsten Ausführungsform beschrieben.

Gemäß Fig. 9 bezeichnet Bezugszeichen 61 ein Beugungs gitter. Bezugszeichen 60 bezeichnet das gesamte Beugungs gitter. Bezugszeichen 62 bezeichnet ein um λ/4 verschobenes Gebiet einer Länge L an dem mittleren Teil des Resonators, bei welchem der Brechungsindex des Wellenleitergebiets par tiell verändert wird, um äquivalent die Phase zu verschie ben.

Wenn, wie in Fig. 9 dargestellt, die Höhe des InGaAsP- Beugungsgitters in dem um λ/4 verschobenen Gebiet 62 in dem Zentralteil des Elements niedrig (oder hoch) gestaltet wird, verändert sich die Verteilung in Richtung der Schichtdicke des sich fortpflanzenden Lichts und der äqui valente Brechungsindex n, der durch den Brechungsindex und die Schichtdicke der jeweiligen InP-Schicht 1 und InGaAsP- Schicht 61 bestimmt ist.

Wenn die Länge des Gebiets mit einem sich ändernden äquivalenten Brechungsindex n mit L bezeichnet wird und der Veränderungsbetrag des äquivalenten Brechungsindex n mit Δn bezeichnet wird, wird, falls die Höhe und Länge L des Beu gungsgitters so gestaltet sind, daß die Bedingung

Δn · L = λ/4 (wobei λ die Wellenlänge des Lichts ist)

erfüllt ist, eine λ/4-Verschiebung realisiert. Bei spielsweise werden bei λ = 1,55 µm, A = 0,00775 und L = 50 µm bevorzugt.

Bei diesem Verfahren kann der Rasterabstand des ges am ten Beugungsgitters 60 konstant sein (das Intervall zwi schen dem Beugungsgitter beträgt etwa 200 µm), und es wer den komplizierte Prozesse zum Verschieben der Rasterabstän de wie zweimalige Fotolitographieprozesse oder eine Struk turzeichnung für jeweilige Strukturen nicht benötigt, wo durch ein um λ/4 verschobenes Beugungsgitter einfach herge stellt werden kann.

Bei dem Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung mit einem um λ/4 verschobenen Beugungsgitter entsprechend einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren des teilweisen Veränderns der Höhe des Beugungsgitters bei der Herstellung des um λ/4 verschobenen Beugungsgitters selbst ähnlich wie bei der vierten Ausfüh rungsform angewandt. Daher kann das um λ/4 verschobene Beu gungsgitter, bei welchem der Rasterabstand des Beugungsgit ters um 1/4 der Wellenlänge in einem mittleren Teil des Elements verschoben ist, um die Eigenschaft der Monowellen länge eines Lasers mit verzweigter Rückkopplung zu verbes sern, einfach erzeugt werden, ohne daß Schwierigkeiten ei nes komplizierten Verfahrens wie das Erfordern eines zwei maligen Fotolitographieprozesses unter Verwendung einer In terferenzbelichtung oder eines aufeinanderfolgenden Zeich nens von jeweiligen Strukturen durch eine direkte EB-Zeich nung auftreten. Auf diese Weise kann das um λ/4 verschobene Beugungsgitter einfach erzeugt werden, und es kann leicht ein um λ/4 verschobener Laser mit verzweigter Rückkopplung, bei welchem die Eigenschaft der Monowellenlänge verbessert ist, erzielt werden.

Vorstehend wurde unter anderem eine Quantenverdrahtung und ein Verfahren zu deren Herstellung offenbart. Demgemäß ist ein Verfahren vorgesehen zum Erzeugen einer Quantenver drahtung mit den Schritten: Bilden einer Feinisolierungs schicht einer Breite von 100 nm oder darunter auf einer Oberfläche eines ersten Halbleitersubstrats, selektives kristallines Aufwachsen einer zweiten Halbleiterschicht auf dem ersten Halbleitersubstrat unter Verwendung der Isolie rungsschicht als Maske, wobei die zweite Halbleiterschicht einen trapezförmigen Querschnitt und geneigte Halbleiter kristalloberflächen besitzt, auf denen ein Aufwachsen einer dritten Halbleiterschicht nicht auftritt, Aufwachsen einer dritten Halbleiterschicht, die einen kleineren Bandabstand als denjenigen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht besitzt, auf der oberen Oberfläche der trapezförmigen Gestalt an einem Teil außer den geneigten Halbleiterkristalloberflächen der zweiten selektiv aufge wachsenen Halbleiterschicht und auf der ersten Halbleiter schicht zwischen den selektiv aufgewachsenen Schichten, wo durch die dritte Halbleiterschicht als Quantenverdrahtung aufwächst, und Bilden einer vierten Halbleiterschicht, die einen größeren Bandabstand als denjenigen der dritten Halb leiterschicht besitzt, auf der dritten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht, um diese Schichten zu vergraben. Daher können Quantenverdrahtungen einer hohen Dichte erzeugt werden, und es wird eine Verdrahtung einer hohen Güte ohne Beschädigung während des Verfahrens er langt.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung (Fig. 1) mit den Schritten:
Bilden einer Isolierungsschicht (2) auf einer Oberfläche eines ersten Halbleitersubstrats (1) in einer Feinstruktur einer Breite von 100 nm oder darunter,
selektives kristallines Aufwachsen einer zweiten Halb leiterschicht (3) auf der Oberfläche des ersten Halbleiter substrats (1) unter Verwendung der Isolierungsschicht (2) als Maske, wobei die zweite Halbleiterschicht eine trapezför mige Gestalt im Querschnitt und geneigte Halbleiterkri stalloberflächen besitzt, auf denen ein Aufwachsen eines dritten Halbleiters nicht auftritt,
Aufwachsen einer dritten Halbleiterschicht (4a), die einen kleineren Bandabstand als denjenigen des ersten Halb leiters (1) und des zweiten Halbleiters (3) besitzt auf der oberen Oberfläche der trapezförmigen Gestalt (3a), an einem Teil außer den geneigten Halbleiterkristalloberflächen der selektiv aufgewachsenen Schicht (3) des zweiten Halbleiters und auf der Oberfläche der ersten Halbleiterschicht (11) zwischen benachbarten selektiv aufgewachsenen Schichten (3), wodurch die dritte Halbleiterschicht (4a) aufwächst, die als Quantenverdrahtung dient, und
Bilden einer vierten Halbleiterschicht (5), deren Bandabstand größer als derjenige der dritten Halbleiter schicht (4a, 4b) ist, auf der dritten Halbleiterschicht (4a, 4b) und auf der zweiten Halbleiterschicht (3), um diese Schichten zu vergraben.

2. Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung (Fig. 1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Halbleitersubstrat (1) aus InP, der zweite Halbleiter (3) aus InP, der dritte Halbleiter (4a, 4b) aus InGaAs und der vierte Halbleiter (5) aus InP gebildet sind.

3. Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung (Fig. 1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkristalloberflächen als geneigte Oberflächen der selektiv aufgewachsenen zweiten Halbleiterschicht (3) als eine (111)A-Oberfläche und (111)B-Oberfläche ausgebildet sind.

4. Verfahren zum Herstellen einer Quantenverdrahtung (Fig. 3) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Bilden der dritten Halbleiterschicht (4a, 4b) ein Auf wachsen einer InP-Schicht (12) so dünn wie das erste Halb leitersubstrat (1) auf den geneigten Oberflächen und der Oberfläche der zweiten selektiv aufgewachsenen Halbleiter schicht (3) und auf der Oberfläche des ersten Halbleiter substrats (1) zwischen den benachbarten selektiv aufgewach senen Schichten (3) durchgeführt wird.

5. Quantenverdrahtung (Fig. 1) mit:
einer zweiten Halbleiterschicht (3), die selektiv kri stallin auf der Oberfläche eines ersten Halbleitersubstrats (1) auf einer Isolierungsschicht (2) aufgewachsen ist, die auf der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats (1) in einer Feinstruktur einer Breite von 100 nm oder weniger un ter Verwendung der Isolierungsschicht (2) als Maske gebil det ist, die eine Halbleiterkristalloberfläche mit einer trapezförmigen Gestalt im Querschnitt besitzt, auf welcher ein Aufwachsen einer dritten Halbleiterschicht nicht auf treten kann,
einer dritten Halbleiterschicht (4a), die einen klei neren Bandabstand als denjenigen des ersten Halbleiter substrats (1) und der zweiten Halbleiterschicht (3) be sitzt, die auf der oberen Oberfläche der trapezförmigen Ge stalt (3a) Quantenverdrahtungen an einem Teil außer den ge neigten Halbleiterkristalloberflächen der zweiten selektiv aufgewachsenen Halbleiterschicht (3) und auf der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats (1) zwischen benachbarten selektiv aufgewachsenen Schichten (3) aufweist, und
einer vierten Halbleiterschicht (5), die einen größe ren Bandabstand als denjenigen der dritten Halbleiter schicht (4a, 4b) besitzt und auf der dritten Halbleiter schicht (4a, 4b) und der zweiten Halbleiterschicht (3) ge bildet ist, um diese Schichten zu verdecken.

6. Quantenverdrahtungslaser (Fig. 1) mit einer aktiven Schicht, wobei die aktive Schicht eine Quantenverdrahtung enthält, wobei die Quantenverdrahtung:
eine zweite Halbleiterschicht (3), die selektiv kri stallin auf der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats (1) unter Verwendung der Isolierungsschicht (2) als Maske aufgewachsen ist, wobei die Isolierungsschicht auf der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats (1) in einer Feinstruktur einer Breite von 100 nm oder weniger gebildet ist, wobei die zweite Halbleiterschicht Halbleiterkristall oberflächen besitzt, auf denen ein Aufwachsen einer dritten Halbleiterschicht nicht erfolgt, und eine trapezförmige Ge stalt im Querschnitt besitzt,
eine dritte Halbleiterschicht (4a), die einen kleine ren Bandabstand als denjenigen des ersten Halbleiter substrats (1) und des zweiten Halbleitersubstrats (3) be sitzt, die als Quantenverdrahtung dient, auf der oberen Oberfläche der trapezförmigen Gestalt (3a) an einem Teil außer den geneigten Halbleiterkristalloberflächen der zwei ten selektiv auf gewachsenen Halbleiterschicht (3) und auf der Oberfläche des ersten Halbleitersubstrats (1) zwischen benachbarten selektiv aufgewachsenen Schichten (3) aufge wachsen ist, und
eine vierte Halbleiterschicht (5) aufweist, die einen größeren Bandabstand als denjenigen der dritten Halbleiterschicht (4a, 4b) besitzt, auf der dritten Halbleiterschicht (4a, 4b) und auf der zweiten Halbleiterschicht (3) gebildet ist, um diese Schichten zu verdecken.

7. Verfahren zum Herstellen eines Quantenverdrahtungsla sers (Fig. 4) mit den Schritten:
Bilden einer Isolierungsschicht (2) auf einer Oberflä che eines ersten Halbleiters (1) in einer Feinstruktur ei ner Breite von 100 nm oder darunter,
kristallines Aufwachsen einer zweiten Halbleiter schicht (3), die eine trapezförmige Gestalt im Querschnitt und eine Halbleiterkristalloberfläche besitzt, auf der ein Aufwachsen eines dritten Halbleiters an einer geneigten Oberfläche nicht auftritt, auf der Oberfläche des ersten Halbleiters (1) unter Verwendung der Isolierungsschicht (2) als Maske,
Bilden einer dritten Halbleiterschicht (4a), die einen kleineren Bandabstand als denjenigen des ersten Halbleiters (1) und des zweiten Halbleiters (3) besitzt, auf der oberen Oberfläche der trapezförmigen Gestalt an einem Teil außer den geneigten Halbleiterkristalloberflächen der zweiten se lektiv aufgewachsenen Halbleiterschicht (3) und auf der Oberfläche des ersten Halbleiters zwischen benachbarten se lektiv auf gewachsenen Schichten (3), wodurch die dritte Halbleiterschicht (4b) gebildet wird, die als Quantenver drahtung dient,
Bilden einer vierten Halbleiterschicht (5), die einen größeren Bandabstand als denjenigen der dritten Halbleiter schicht (4a) besitzt, auf der dritten Halbleiterschicht (4a) und der zweiten Halbleiterschicht (3), um diese Schichten zu verdecken, und
Bilden einer Strombegrenzungsstruktur (9) zum Begren zen eines Gebiets, welches einen Strom einer aktiven Schicht sendet, die eine Quantenverdrahtung aufweist, und von Elektroden (10a) zum Injizieren des Stroms in die akti ve Schicht gegenüber der obigen Halbleiterschichtstruktur.

8. Verfahren zum Herstellen eines Beugungsgitters (Fig. 6, 7) mit den Schritten:
Bilden eines ersten Halbleitersubstrats (21-24), einer selektiven Aufwachsmaskenschicht, die eine Maske einer Lei tungs-Zwischenraum-Struktur (16) aufweist, welche einen Ra sterabstand von 100 bis 400 nm besitzt, und ein Paar zwei ter Masken (15), durch welche ein Teil der ersten Maske (16) dazwischen in einer vertikalen Richtung bezüglich der Anordnungsrichtung der ersten Maske (16) angeordnet ist, Durchführen eines selektiven Aufwachsens einer zweiten Halbleiterschicht (26), die einen größeren Brechungsindex als denjenigen des ersten Halbleiters (21-24) besitzt, un ter Verwendung der Maskenschicht, so daß die Höhe der se lektiven Wachstumsschicht an dem Gebiet zwischen der zwei ten Maske (15) einen höheren Wert annimmt, Entfernen der Maskenschicht, und
Bilden einer dritten Halbleiterschicht (25a, 25b), die einen kleineren Brechungsindex als denjenigen der selekti ven Wachstumsschicht besitzt, die durch Bilden der zweiten Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht (21-24) erlangt wird, um diese Schichten zu verdecken.

9. Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung (Fig. 6, 7), erzeugt durch die Schritte:
Bilden eines ersten Halbleitersubstrats (21-24) einer selektiven Aufwachsmaskenschicht mit einer ersten Maske ei ner Leitungs-Zwischenraum-Struktur (16) mit einem Rasterab stand von 100 bis 400 nm und einem Paar zweiter Masken (15), durch den ein Teil der ersten Maske (16) dazwischen in einer vertikalen Richtung bezüglich der Anordnungsrich tung der ersten Maske (16) angeordnet ist,
Durchführen eines selektiven Aufwachsens einer zweiten Halbleiterschicht (26) mit einem größeren Brechungsindex als demjenigen des ersten Halbleiters (21-24) unter Verwen dung der Maskenschicht, so daß die Höhe der selektiven Auf wachsschicht in einem Gebiet zwischen der zweiten Maske (15) größer wird,
Entfernen der Maskenschicht,
Bilden einer dritten Halbleiterschicht (25a, 25b) mit einem kleineren Brechungsindex als demjenigen der selekti ven Aufwachsschicht, welche bezüglich der zweiten Halblei terschicht (26) auf der ersten Halbleiterschicht (21-24) gebildet wird, um diese Schichten zu vergraben, wodurch ein Beugungsgitter (25a, 25b) mit unterschiedlichen Höhen in Abhängigkeit der Gebiete in dem Resonator gebildet wird, und
wobei die Lichtdichteverteilung in dem Resonator, wel che durch die Höhe des Beugungsgitters (25a, 25b) einge stellt wird, in Abhängigkeit der Gebiete unterschiedlich ist.

10. Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung (Fig. 7) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Beugungsgitters (25a, 25b) groß in einem mittleren Gebiet und niedrig an Facettengebieten in dem Resonator ist.

11. Halbleiterlaser mit verzweigter Rückkopplung (Fig. 10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungs gitter (71) ein Gebiet mit einer Höhe unterschiedlich zu der anderer Gebiete in dem Resonatormittelteil aufweist und als 1/4 Wellenlängenverschiebungs-Beugungsgitter (72) in folge einer Veränderung des Brechungsindexes arbeitet.