DE3700909A1

DE3700909A1 - Verfahren zur herstellung eines halbleiterelementes mit verketteter rueckkopplung

Info

Publication number: DE3700909A1
Application number: DE19873700909
Authority: DE
Inventors: Shoji Hirata
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-01-14
Filing date: 1987-01-14
Publication date: 1987-07-16
Also published as: GB2185353B; JPS62163385A; FR2592989A1; GB2185353A; CA1285057C; US4716132A; GB8700702D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit verketteter Rückkopplung nach dem Oberbegriff des Anspruchs, der sich durch eine hohe Kopplung zwischen Licht und Gitter auszeichnet.

Ein Halbleiterlaser mit verteilter oder verketteter Rückkopplung bzw. Rückführung (nachfolgend als DFB-Laser bezeichnet) wird als Laser angesehen, der einen einzigen longitudinalen Schwingungsmode erzeugen kann.

In DFB-Lasern sind bis jetzt Gitter erster oder zweiter Ordnung verwendet worden, in denen gleichförmig gebildete Rillen als Gitter (Beugungsgitter) zur verteilten Rückführung von Licht gemäß der Bragg'schen Reflektion dienen.

Obwohl mit einem Gitter erster Ordnung bei einer solchen Vorrichtung eine wirksame verteilte Rückführung aufgrund der hohen Kopplung mit dem Licht erzielt werden kann, kann die Vorrichtung weder einfach noch mit der gewünschten Reproduzierbarkeit hergestellt werden.

Weiterhin kann bei dem Gitter zweiter Ordnung, bei dem die Fourier Komponente erster Ordnung entsprechend der Form - wie in Fig. 3 gezeigt - Null ist, die Kopplung in Abhängigkeit von dem speziellen Fall auf Null reduziert werden, da der Betrag der Kopplung mit dem Licht als absoluter Wert im Vergleich mit dem des Gitters erster Ordnung klein ist. Außerdem hängt die Intensität der Kopplung in hohem Maße von der Form des Gitters ab. Demgemäß ist es schwierig, in einem DFB-Laser eine stabile Schwingung mit genügender Stärke unter Verwendung eines Gitters zweiter Ordnung, wie in Fig. 3 gezeigt, zu erzeugen.

Jedoch ist theoretisch und experimentell nachgewiesen worden, daß eine genügend hohe Kopplung (Kopplungskoeffizienten größer als 100 cm^-1) bei einem DFB-Laser unter Verwendung eines Gitters zweiter Ordnung der in Fig. 4 gezeigten Form, bei der die Fourier Komponente erster Ordnung einen Maximalwert erreicht, erzielt werden kann. Es ist deshalb wünschenswert, ein Verfahren zur Herstellung eines gleichförmigen Gitters zweiter Ordnung der in Fig. 4 gezeigten Form mit guter Reproduzierbarkeit zu entwickeln.

Jedoch ist es mit dem holographischen Belichtungsverfahren, das im allgemeinen für die Herstellung eines Gitters mit einem Gitterabstand A von etwa 0,1 bis 0,4 µm verwendet wird, aufgrund der diesem Verfahren anhaftenden Verteilung in der Belichtungsintensität nahezu unmöglich, ein wie in Fig. 4 gezeigtes Gitter herzustellen. Andererseits ist es aufgrund der einem Halbleitersubstrat anhaftenden Anisotropie (Verschiedenheit der Kristallflächen) und der Ätzlösung möglich, die in Fig. 3 gezeigte Form in selbstjustierender Weise und mit guter Reproduzierbarkeit herzustellen, solange die Verteilung der Belichtungsintensität innerhalb bestimmter Grenzen bleibt.

Da ein Belichtungsverfahren mit Elektronenstrahl angewendet werden kann, wenn A 0,4 µm ist, ist es außerdem möglich, ein Gitter zweiter Ordnung der in Fig. 4 gezeigten Form mit guter Reproduzierbarkeit herzustellen. Jedoch ist es nicht möglich, dieses Verfahren bei einem DFB-Laser mit einer Wellenlänge im Bereich von 850 nm anzuwenden, da der Gitterabstand bei einem Gitter zweiter Ordnung ungefähr 0,25 µm beträgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit verketteter Rückkopplung zu schaffen, mit dem dieser einfach und reproduzierbar unter Verwendung eines Gitters erster oder zweiter Ordnung hergestellt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches.

Ein nach diesem Verfahren hergestellter Halbleiterlaser mit verteilter Rückführung enthält nach Fig. 1B und Fig. 1C eine erste Trägerschicht 2 (z. B. n-Al_0,3Ga_0,7As) eine aktive Schicht 3 (z. B. GaAs) auf der ersten Trägerschicht, eine Leitungsschicht 4 (z. B. p-Al_0,15Ga_0,85As) auf der aktiven Schicht und eine zweite Trägerschicht 7 (z. B. p- Al_0,3Ga_0,7As) auf der Leitungsschicht, in der ein Gitter (z. B. ein Gitter zweiter Ordnung 8) an der Leitungsschicht gebildet ist, wobei das Verfahren folgende Verfahrenschritte aufweist:

Bildung einer vorbestimmten Materialschicht 5 (z. B. p-Al_0,3Ga_0,7As) auf der Leitungsschicht 4, teilweises Ätzen der Materialschicht 5 und der Leitungsschicht 4 solange, bis die Leitungsschicht 4 wenigstens teilweise freigelegt ist, wodurch eine rillenförmige Struktur mit im wesentlichen trigonaler Wellenform (als Beispiel mit 6 bezeichnet) der Oberfläche der Materialschicht 5 mit der Leitungsschicht 4 gebildet wird, sowie Aufbringen einer Trägerschicht 7 zum Abdecken der Unebenheiten.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform eines DFB-Lasers mit hetero-AlGaAs/GaAs-Struktur anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1A bis 1C Querschnittsansichten, die das Verfahren zur Herstellung eines DFB- Lasers in einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung in der Reihenfolge der Verfahrensschritte zeigen;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines Gitters dritter Ordnung;

Fig. 3 die Querschnittsansicht eines Gitters zweiter Ordnung, bei dem die Fourier Komponenten erster Ordnung 0 sind; und

Fig. 4 die Querschnittsansicht eines Gitters zweiter Ordnung, bei dem die Fourier Komponenten erster Ordnung ein Maximum erreichen.

Wie in Fig. 1A gezeigt, sind eine n-Al_0,3Ga_0,7As-Schicht 2, die eine erste Trägerschicht bildet, eine GaAs-Schicht 3, die eine aktive Schicht bildet, eine p- Al_0,15Ga_0,85As-Schicht 4, die eine Leitungsschicht bildet und eine p-Al_0,3Ga_0,7As- Schicht 5, aufeinanderfolgend epitaxial auf einem n-GaAs-Substrat 1 mittels MBE- oder MOCVD-Verfahrens aufgebracht. Die Dicke der p-Al_0,3Ga_0,7As-Schicht 5 soll etwa halb so groß sein, wie die Höhe der weiter unten beschriebenen Rillen 6.

Dann werden mittels desselben schon beschriebenen Verfahrens wie zur Herstellung des in Fig. 3 gezeigten Gitters zweiter Ordnung (Verfahren unter Verwendung der selbstjustierenden Eigenschaften des Ätzens), die p-Al_0,3Ga_0,7As-Schicht 5 und die p- Al_0,15Ga_0,85As-Schicht 4 selektiv geätzt, bis die p-Al_0,15Ga_0,85As-Schicht 4 teilweise freigelegt ist und außerdem bis zu etwa der Tiefe, die gleich der Dicke der p Al_0,3Ga_0,7As-Schicht 5 ist, wobei, wie in Fig. 1B gezeigt, trigonal wellenförmige Rillen 6 entlang der Grenzfläche zwischen der p-Al_0,3Ga_0,7As-Schicht5 und der p- Al_0,15Ga_0,85As-Schicht 4 als Symmetrielinie gebildet werden.

Dann wird die p-Al_0,3Ga_0,7As-Schicht 7 epitaxial mittels des MBE- oder MOCVD- Verfahrens so aufgebrachtt, daß sie die Rillen 6, wie in Fig. 1C gezeigt, abdeckt, um den mit Gitter zweiter Ordnung 8, die im wesentlichen die gleiche Form haben wie die in Fig. 4 gezeigten Gitter zweiter Ordnung, versehenen DFB-Laser zu vervollständigen. Die zweite Trägerschicht wird aus der p-Al_0,3Ga_0,7As-Schicht 7, wie oben beschrieben, und der p-Al_0,3Ga_0,7As-Schicht 5 a (durch die gestrichelte Linie in Fig. 1C gezeigt) mit trigonalem Querschnitt, der, wie oben beschrieben, beim Ätzen erhalten geblieben ist, gebildet.

Mit dem oben beschriebenen Beispiel werden wesentliche Verbesserungen erzielt. Da die in Fig. 1B gezeigten trigonal wellenförmigen Rillen 6 gleichförmig und mit guter Reproduzierbarkeit selbst mit dem konventionellen Verfahren gebildet werden können, hat das schließlich erzielte Gitter zweiter Ordnung 8 bezüglich seiner Gestalt eine hervorragende Gleichförmigkeit und Reproduzierbarkeit. Da außerdem die Höhe der trigonal wellenförmigen Rillen 6 durch die Filmdicke für die Al_0,3Ga_0,7As-Schicht 5 bestimmt werden kann und aufgrund der Verwendung des MBE- oder MOCVD-Verfahrens in dem vorhergehenden Beispiel die Filmdicke sehr fein festgelegt werden kann, ist auch die Bestimmung der Höhe der Rillen in dem schließlich erzielten Gitter zweiter Ordnung 8 sehr genau möglich. Dementsprechend ist es in dem vorhergehenden Beispiel möglich, einen DFB-Laser mit Gittern zweiter Ordnung 8, bei denen die Fourier Komponenten erster Ordnung ein Maximum haben, sowie mit einer hohen Kopplung mit dem Licht einfach und mit guter Reproduzierbarkeit zu fertigen.

Obwohl diese Erfindung anhand einer Ausführungsform beschrieben worden ist, ist sie in keiner Weise nur auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind verschiedene Modifikationen auf der Grundlage der technischen Idee der Erfindung möglich. Es ist zum Beispiel möglich, die p-Al_0,3Ga_0,7As-Schicht 5 a nach Bildung der trigonal wellenförmigen Rillen 6 zu entfernen und dann epitaxial die p-Al_0,3Ga_0,7As- Schicht 7 aufzubringen.

Außerdem können, obwohl die p-Al_0,3Ga_0,7As-Schicht 5 zum Aufbau der Leitungsschicht in dem vorhergehenden Beispiel auf der p-Al_0,15KGa_0,85As-Schicht 4 gebildet ist, anstatt der p-Al_0,3Ga_0,7As-Schicht 5 andere Leitungsschicht-Materialien verwendet werden, solange sie Material aufweisen, das durch Ätzen die trigonal wellenförmigen Ringe 6, wie in Fig. 1 gezeigt, bilden kann, wobei zum Beispiel AlGaAs-Schichten mit verschiedenen Al-Mischungen verwendet werden können.

Obwohl die Erfindung in dem obigen Beispiel auf den Fall der Bildung eines Gitters zweiter Ordnung 8 angewendet wurde, kann sie auch für den Fall der Bildung eines Gitters dritter Ordnung, wie zum Beispiel in Fig. 2 gezeigt, oder höherer Ordnung verwendet werden. Schließlich ist die Erfindung auch bei DFB-Lasern mit anderen als den AlGaAs/GaAs-Heterostrukturen anwendbar.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit verketteter Rückkopplung mit
- einer ersten Trägerschicht,
- einer auf der ersten Trägerschicht angeordneten aktiven Schicht,
- einer auf der aktiven Schicht aufgebrachten Leitungsschicht und einer auf der Leitungsschicht angeordneten zweiten Trägerschicht, in der ein auf die Leitungsschicht wirkendes Gitter angeordnet ist, gekennzeichnet durch:
- Bildung einer vorbestimmten Materialschicht auf der Leitungsschicht,
- selektives Ätzen der Materialschicht und der Leitungsschicht solange, bis die Leitungsschicht wenigstens teilweise freigelegt ist und dadurch Rillen von im wesentlichen trigonaler Wellenform zu der Oberfläche der Materialschicht und der Leitungsschicht gebildet werden, und durch
- Bildung einer zweiten Unebenheiten abdeckenden Trägerschicht.