DE69203418T2 - Halbleiter-Vorrichtung und Methode zu deren Herstellung. - Google Patents

Halbleiter-Vorrichtung und Methode zu deren Herstellung.

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Description

  • Die Erfindung betrifft allgemein eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung. Im einzelnen betrifft diese Erfindung eine Halbleitervorrichtung, die darin ein Beugungsgitter enthält, und insbsondere einen Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung (DFB, "distributed feedback") zur Verwendung als Lichtquelle bei einem optischen Breitband-Kommunikationssystem über Langstrecken und auch ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Halbleitervorrichtung.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Herkömmliche Halbleiterlaser, die als Lichtquelle bei einem optischen Kommunikationssystem verwendet werden können, enthalten beispielsweise einen Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung (DFB), der durch Y. Itaga u.a. in "Electronics Letters", Bd. 18, Nr. 23, S. 1006 (1982) beschrieben worden ist. Der in dieser Veröffentlichung offenbarte Halbleiterlaser ist ein Halbleiterlaser der Art, bei der ein Beugungsgitter innerhalb eines Halbleiterkristalls ausgebildet wird, der einen Resonator bildet, der ein Hauptbestandteil des Lasers bildet. Dieser Halbleiterlaser kann mit einem einzelnen Längs-( Schwingungs-)Typ bei Zimmertemperatur schwingen.
  • Fig. 3 zeigt im Querschnitt eine Grundanordnung eines DFB- Halbleiterlasers, der allgemein durch ein Bezugszeichen 30 bezeichnet und in der vorstehend erwähnten Veröffentlichung offenbart ist. In Fig. 3 bezeichnet Bezugszeichen 1 ein N- Leitfähigkeitstyp- (nachstehend als N-Typ- bezeichnetes) InP- Substrat, auf dein eine N-Typ-InP-Hüllschicht 2, eine InGaAsP- Aktivschicht 3, eine P-Leitfähigkeitstyp- (nachstehend als P- Typ- bezeichnete) InGaAsP-Beugungsgitterschicht 50 sowie eine P-Typ-InP-Hüllschicht 70 in der Reihenfolge der Erwähnung geschichtet sind. Die Hüllschicht 2, die Aktivschicht 3, die Beugungsgitterschicht 50 und die Hüllschicht 70 bilden einen optischen Resonator. Eine P&spplus;-Typ-InGaAsP-Kontaktschicht 8 ist auf der P-Typ-InP-Hüllschicht angeordnet. Auf den oberen und unteren Oberflächen des derart gebildeten Stapels, d.h. auf der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 8 und auf der unteren Oberfläche des Substrats 1 sind eine P-Elektrode 9 bzw. eine N-Elektrode 10 angeordnet. Auf der Oberfläche der P-Typ- InGaAsP-Beugungsgitterschicht 50, die eine Übergängsfläche mit der P-Typ-InP-Hüllschicht 70 bildet, sind Welligkeiten zum Bilden einer gleichmäßigen, periodischen Dickenveränderung der Schicht 50 vorgeßehen, wodurch ein Beugungsgitter 60 gebildet wird.
  • Im Betrieb wird eine Vorwärts-Vorspannung zwischen die P- Elektrode 9 und die N-Elektrode 10 angelegt. Dies verursacht, daß Löcher von der P-Elektrode 9 und Elektronen von der N- Elektrode 10 injiziert werden. Rekombination von Löchern und Elektronen, die in der Aktivschicht 3 auftritt, verursacht, daß Licht erzeugt wird. Die Brechungsindizes der Aktivschicht 3 und der Beugungsgitterschicht 50 werden derart gewählt, daß sie relativ grob sind, wohingegen diejenigen der N-Typ-InP- Hüllschicht 2 und der P-Typ-InP-Hüllschicht 70 relativ klein sind, so daß durch diese Schichten eine Hohlleiter-Anordnung gebildet werden kann. Dementsprechend breitet sich erzeugtes Licht in der Aktivschicht 2, der Beugungsgitterschicht 50 und ihrer Nähe in einer Richtung parallel zu der Aktivschicht 3 (d.h. in der horizontalen Richtung der Zeichnung) aus. Weil das Beugungsgitter 60 auf der oberen Oberfläche der Beugungsgitterschicht 50 gebildet ist, d.h. an der Übergangsfläche der Schicht 50 mit der Hüllschicht 70, verändert sich der Beugungsindex effektiv periodisch in der Richtung des Verlaufs des Beugungsgitters 60 (d.h. in der horizontalen Richtung der Zeichnung). Durch Einstellen der Periode des Beugungsgitters 60, d.h. der Periode der Veränderung der Brechungsindizes auf eine Periode, bei der das erzeugte Licht der Bragg-Reflektion unterzogen wird, wird nur Licht mit der Wellenlänge, bei dem die Bragg-Reflektionsbedingung erfüllt ist, wiederholt innerhalb der Hohlleiter-Änordnung zum Erzeugen von Laserschwingungen reflektiert, wodurch Ausgangslicht hr erzeugt wird.
  • Bei diesem herkömmlichen DFB-Halbleiterlaser 30 ist, da die Periode des Beugungsgitters 60 in der Richtung der Länge L der Laservorrichtung (d.h. in der horizontalen Richtung der Zeichnung) gleichmäßig ist, der Kopplungsfaktor, der den Bruchteil des Lichts angibt, das der durch das Beugungsgitter erzeugten, verteilten Rückkopplung unterliegt, entlang der Richtung des Resonators (d.h. in der Richtung der Länge L) konstant. Infolgedessen wird eine Lichtintensitäts-Verteilung innerhalb des Resonators wie durch eine durchgezogene Linie A gemäß Fig. 4 erzeugt, bei der die Intensität in der Nähe des Mittelpunkts (0,5L) des Resonators relativ groß ist. Dies kann ein axiales, räumliches Lochbrennen bei einem Betrieb mit hoher Ausgangsleistung verursachen, das wiederum eine unbeständige Schwingungsart verursacht und eine Verwirklichung einer schmalen Spektrallinienbreite verhindert.
  • In der Veröffentlichung "A New DFB-Laser Diode with Reduced Spatial Hole Burning" von G. Morthier u.a. in "IEEE Photonics Technology Letters", Bd. 2, Nr. 6, Juni 1990, S. 388 bis 390 sind Ergebnisse einer theoretischen Berechnung offenbart, die lehrt, daß zum Verwirklichen eines DFB-Halbleiterlasers mit einer schmalen Spektrallinienbreite bei einer hohen Ausgangsleistung die Amplitude des Beugungsgitters in der Axial- (d.h. Längs-) Richtung des Resonators verändert werden muß, damit dadurch der Kopplungsfaktor in dieser Richtung verändert wird, so daß ein axiales räumliches Lochbrennen verhindert werden kann.
  • Das US-Patent Nr. 5 020 072, das Y. Abe u.a. am 28. Mai 1991 erteilt worden ist, offenbart eine Anordnung zum Erleichtern einer sehr gut reproduzierbaren Herstellung von DFB-Halbleiterlasern, die von einer derartigen Anordnung Gebrauch machen, die bei einer hohen Ausgangsleistung ein Betrieb mit einer schmalen Spektrallinienbreite durchführen kann. Insbesondere ist in Fig. 6a bis 6e dieser Patentschrift ein DFB- Halbleiterlaser dargestellt, bei dem eine Interferenzstreifen-Belichtungstechnologie und eine chemische Ätztechnologie zum Bilden eines Beugungsgitters verwendet werden, deren Amplitude sich an dem axialen Mittelabschnitt des Resonators von einer Amplitude an den Enden des Resonators unterscheidet, so daß der Kopplungsfaktor an dem Mittelabschnitt relativ klein verglichen mit dem an den Enden ist, was zu einer Unterdrückung der Lichtintensität in dem Mittelabschnitt führt. Auf diese Weise wird eine Erzeugung von axialem, räumlichen Lochbrennen unterdrückt und dementsprechend ein Betrieb mit einer beständigen, schmalen Spektrallinienbreite mit hoher Leistung erreicht.
  • Der Artikel von Morthier u.a. deutet an, daß es relativ schwierig ist, ein Beugungsgitter gemäß der mathematischen Analyse herzustellen.
  • Die Herstellung der in der vorstehend erwähnten US-Patentschrift offenbarten Anordnung erfordert eine relativ genaue Steuerung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers, eine Halbleitervorrichtung, ein Halbleiterlaser und eine Halbleitervorrichtung mit einer Vielzahl von Halbleiterlasern sind in den angefügten Ansprüchen 1, 2, 5 und 9 definiert.
  • Das vorstehend beschriebene Verfahren ist einfach und kann (beispielsweise durch ein Unterziehen eines mittleren Abschnitts der Oberfläche der Beugungsgitterschicht einem selektiven Ätzen) bei der Herstellung einer DFB-Halbleiterlaservorrichtung mit einer vergleichsweise gleichmäßigen Lichtintensitätsverteilung entlang dem axialen Längsverlauf angewandt werden, wodurch ein axiales räumliches Lochbrennen unterdrückt wird, so daß der Laser frei von einer Instabilität der Schwingungsart ist und eine schmale Spektrallinienbreite selbst für Hochleistungsbetrieb verwirklicht werden kann.
  • Hergestellte oder wie vorstehend beschriebene angeordnete Halbleiterlaser können als Lichtquellen zur Verwendung bei optischen Breitband-Kommunikationssystemen über Langstrecken verwendet werden.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Fig. 1(a) bis 1(d) sind Querschnittsansichten, die verschiedene Schritte bei der Herstellung eines Halbleiterlasers zeigen, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung ist.
  • Fig. 2 zeigt eine Lichtintensitäts-Verteilung innerhalb des Resonators des vervollständigten Halbleiterlasers gemäß Fig. 1(d).
  • Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Grundaufbau eines herkömmlichen Halbleiterlasers zeigt, der mit dem Halbleiterlaser gemäß Fig. 1 vergleichbar ist.
  • Fig. 4 zeigt eine Lichtintensitäts-Verteilung innerhalb des Resonators des herkömmlichen Halbleiterlasers gemäß Fig. 3.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, daß die vorliegene Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
    • Ausführungsbeispiel 1
  • Fig. 1(a), 1(b) und 1(c) zeigen verschiedene Schritte bei der Herstellung eines Halbleiterlasers, der ein Ausführungsbeispiel ist, und Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines vervollständigten Halbleiterlasers 20.
  • In Fig. 1 bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie diejenigen, die in Fig. 3 verwendet wurden, die vorstehend erläutert wurde, ähnliche oder entsprechende Teile oder Funktionen. Wie aus Fig. 1(a) und 1(d) ersichtlich ist, die den vervollständigten Halbleiterlaser darstellen, bezeichnen Bezugszeichen 1, 2, 3, 8, 9 und 10 ein N-Typ-InP-Substrat, eine erste N- Typ-InP-Hüllschicht, eine InGaAsP-Aktivschicht, eine P-Typ- InGaAsP-Kontaktschicht, eine P-Elektrode bzw. eine N-Elektrode. Bezugszeichen 4 bezeichnet eine P-Typ-Grenzschicht, die auf der InGaAsP-Aktivschicht 3 angeordnet ist, und eine Beugungsgitterschicht 5 ist auf der P-Typ-Grenzschicht 4 angeordnet. Die Beugungsgitterschicht 5 enthält einen Stapel von drei Unter-Schichten, nämlich einer P-Typ-InGaAsP-Unter- Schicht 5a, einer P-Typ-InP-Unter-Schicht 5b und einer P-Typ- InGaAsP-Unter-Schicht 5c, die auf die Schicht 4 geschichtet sind. Die drei geschichteten Halbleiter-Unter-Schichten sind in einer solchen Weise verarbeitet, daß sie ein Beugungsgitter 6 bilden, wie nachstehend beschrieben ist. Eine zweite Hüllschicht 7 ist auf der Beugungsgitterschicht 5 angeordnet und aus demselben Material wie die Grenzschicht 4, d.h. P- Typ-InP gebildet. Die Energiebandlücken des Materials der ersten P-Typ-InP-Hüllschicht 2, der P-Typ-InP-Grenzschicht 4, der Beugungsgitterschicht 5 und der zweiten P-Typ-InP-Hüllschicht sind größer als die Energiebandlücke der InGaAsP-Aktivschicht 3. Die Brechungsindizes der Aktivschicht 3 und der Beugungsgitterschicht 4 sind verglichen mit denen der ersten und zweiten Hüllschichten 2 und 7 groß. Die Aktivschicht 3, die Beugungsgitterschicht 5 und die ersten und zweiten Hüllschichten 2 und 7 bilden zusammen eine Hohlleiter-Anordnung und die Schichten 2, 3, 4, 5 und 7 zusammen einen optischen Resonator.
  • Nachstehend wird das Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau beschrieben.
  • Zunächst werden die erste N-Typ-InP-Hüllschicht 2, die InGaAsP-Aktivschicht 3, die P-Typ-Grenzschicht 4, die P-Typ- InGaAsP-Unter-Schicht 5a, die P-Typ-InP-Unter-Schicht 5b und die InGaAsp-Unter-Schicht 5c nacheinander in der Reihenfolge ihrer Erwähnung auf dem N-Typ-InP-Substrat 1 zum Bilden des Stapels gemäß Fig. 1(a) gebildet. Irgendwelche in dem technischen Halbleitergebiet bekannten Verfahren können zum Bilden der entsprechenden Schichten verwendet werden. Die Dicken der Grenzschicht 4, der P-Typ-InGaAsP-Unter-Schichten 5a und 5c sowie der P-Typ-InP-Unter-Schicht 5b sind "1b", "1w&sub1;", "1w&sub2;" bzw. "1s".
  • Anschließend wird durch eine herkömmliche Photolithographie ein (nicht dargestelltes) Maskenmuster mit einem Fenster in einem Bereich II in der Nähe des Mittelpunkts des Resonators angeordnet, der sich zwischen End-Bereichen I befindet. Der Teil der P-Typ-InGaAsP-Unterschicht 5c, der durch das Fenster in dem Bereich II belichtet wurde, wird mit einem Ätzmittel entfernt, das aus Schwefelsäure, einer wässrigen Lösung aus Wasserstoffperoxid und Wasser besteht. Dieses Ätzmittel beeinflußt InP im wesentlichen nicht, weswegen nur die P-Typ- InGaAsP-Unter-Schicht 5c reproduzierbar und zuverlässig entfernt wird (siehe Fig. 1(b). Wenn es erforderlich ist, nur die InP-Schicht selektiv zu entfernen, kann ein Atzmittel verwendet werden, das aus Phosphorsäure und Salzsäure bzw. Chlorwasserstoffsäure besteht.
  • Dann wird unter Verwendung beispielsweise einer Zweistrahl- Interferenzstreifen-Beleuchtungstechnik ein dem Beugungsgitter entsprechendes Muster auf die Oberflächen der Bereiche I und II der Anordnung projiziert. Dann wird eine chemische Ätztechnik, die im wesentlichen keine Selektivität auf InGaAsP und InP zeigt, zum Ätzen der Anordnung mit einer Tiefe verwendet, die größer als (1w&sub1;+1w&sub2;+1s), aber kleiner als (1w&sub1;+1s+1b) ist. Dies führt zu dem Beugungsgitter 6 mit verteilter Rückkopplung mit nebeneinanderliegenden Streifen, die jeweils Teile der Unter-Schichten 5a und 5b in dem Bereich II enthalten (siehe Fig. 1(c)).
  • Danach werden die zweite P-Typ-InP-Hüllschicht 7 und die P- Typ-InGaAsP-Kontaktschicht 8 auf dem Beugungsgitter 6 nacheinander gebildet (Fig. 1(d)). Wie vorstehend erwähnt sind die P-Typ-Grenzschicht 4 und die zweite P-Typ-InP-Hüllschicht 7 aus einem Material mit demselben Aufbau gebildet, was dazu führt, daß die nebeneinanderliegenden periodischen Streifen in einer P-Typ-InP-Schicht (mit den Schichten 4 und 7) eingefügt werden. Wie vorstehend erwähnt weisen die Streifen in den Bereichen I einen Dreischichtenaufbau mit den gestapelten Unter-Schichten 5a, 5b und 5c auf, während die Streifen in dem Bereich II einen Zweischichtenaufbau mit den gestapelten Unter-Schichten 5a und 5b aufweisen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die P-Typ-InP-Unter-Schicht 5b und die zweite P-Typ-InP-Hüllschicht 7 aus demselben Material gebildet, und von den Streifen in dem Bereich II kann behauptet werden, daß sie eine einzelne Schicht, nämlich die InGaAsP- Unter-Schicht aufweisen. Die Materialien der Unter-Schicht 5b und der zweiten Hüllschicht 7 müssen jedoch im allgemeinen nicht denselben Aufbau aufweisen.
  • Danach werden die P-Elektrode 9 und die N-Elektrode 10 jeweils auf den oberen und unteren Oberflächen des derart hergestellten Aufbaus angeordnet, was zu dem vervollständigten Halbleiterlaser 20 gemäß Fig. 1(d) führt. Die Elektroden 9 und 10 können durch irgendeine, hinreichend bekannte Technik aus dem technischen Halbleitergebiet hergestellt werden.
  • Nachstehend wird die Arbeitsweise des Halbleiterlasers 20 beschrieben. Zunächst wird wie bei dem Fall des Halbleiterlasers 30 gemäß Fig. 3 eine Vorwärts-Vorspannung zwischen die P-Elektrode 9 und die N-Elektrode 10 angelegt. Dies verursacht, daß Ladungsträger in die Aktivschicht 3 injiziert werden. Mit anderen Worten werden Löcher von der P-Elektrode 9 und Elektronen von der N-Elektrode 10 injiziert, die in der Aktivschicht 3 zum Erzeugen von Licht rekombinieren. Da wie der vorstehend beschriebene, herkömmliche Halbleiterlaser 30 der Halbleiterlaser 20 einen Hohlleiter-Aufbau aufweist, breitet sich erzeugtes Licht in der Richtung parallel zu der Aktivschicht 3 aus. Die Dicke 1b der Grenzschicht 4 ist derart dünn, daß erzeugtes Licht die Beugungsgitterschicht 5 ausreichend erreicht. Das die Beugungsgitterschicht 5 erreichende Licht wird durch die periodische Veränderung des äquivalenten Brechungsindizes des Beugungsgitters 6 beeinflußt, der durch die periodischen Streifen gebildet wird, und wird einer Bragg-Reflektion unterzogen. Auf diese Weise treten Laser-Schwingungen auf,
  • Ein Kopplungsfaktor, der den Anteil des verteilten, rückgekoppelten Lichts darstellt, ist hauptsächlich durch den Abstand zwischen der Aktivschicht 3 und dem Beugungsgitter 6 sowie die Amplitude des Beugungsgitters 6 bestimmt. Bei dem Halbleiterlaser 20 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Abstand zwischen der Aktivschicht 3 und dem Beugungsgitter 6 durch die Dicke der Grenzschicht 4 bestimmt, die sowohl in den Bereichen I und dem Bereich II lb beträgt. Andererseits ist die Amplitude des Beugungsgitters 6 durch die Konfiguration des Mehrschichtenaufbaus der Beugungsgitterschicht 5 und die Anzahl der gestapelten Unter-Schichten bestimmt, die die Schicht 5 bilden. Die Konfiguration des Mehrschichtenaufbaus ist ein dreischichtiger Aufbau mit einem Stapel der Unter- Schichten InGaAsP/InP/InGaAsP (d.h. der Unter-Schichten 5a, 5b, 5c) in den Bereichen I und ein zweischichtiger Aufbau mit InP/InGaAsP (d.h. den Unter-Schichten 5a, 5b). Dementsprechend ist der Kopplungsfaktor größer in den Bereichen I, während er kleiner in dem Bereich II ist.
  • Die Verteilung der Lichtintensität entlang der Richtung der Länge (L) des Resonators des Halbleiterlasers der vorstehend beschriebenen Anordnung ist durch eine gestrichelte Linie B in Fig. 2 gekennzeichnet. Verglichen mit einer durchgezogenen Linie A, die die Intensitäts-Verteilung des herkömmlichen Halbleiterlasers anzeigt (dieselbe Linie wie die Linie A gemäß Fig. 4), wird die Intensität in den Bereichen I verbessert und in dem Bereich II verringert.
  • Bei dem herkömmlichen Laser ist die Lichtintensität in den Abschnitten in der Nähe des Mittelpunktes der Länge L des Resonators (d.h. in dem Mittelabschnitt des Bereichs II) wie durch die Linie A dargestellt sehr groß, weshalb bei einer hohen Ausgangsleistung wie vorstehend erwähnt eine Schwingungstyp-Instabilität nachteiligerweise auftritt, die durch axiales, räumliches Lochbrennen verursacht ist. Eine vorgeschlagene Lösung besteht darin, den Kopplungsfaktor über der gesamten Anordnung zu verringern. Mit einem verringerten Kopplungsfaktor wird jedoch auch die Menge an rückgekoppeltem Licht verringert, was ein neues Problem der Zunahme eines Schwingungs-Schwellstroms erzeugt.
  • Abweichend von einer derartigen Lösung weist der Halbleiterlaser 20 mit dem Aufbau gemäß Fig. 1(d) einen größeren Kopplungsfaktor in Bereichen (Bereichen I) in der Nähe der End- Oberflächen, bei denen die Lichtintensität gering ist, und einen kleineren Kopplungsfaktor in dem mittleren Bereich (Bereich II) auf, bei dem die Lichtintensität groß ist. Dies ermöglicht es, eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Lichtintensität in dem Resonator zu erreichen, ohne die Menge an rückgekoppeltem Licht zu verringern, indem die Zunahme der Lichtintensität in dem Mittelbereich (Bereich II) unterdrückt (d.h. sie verringert) wird, während die Intensität in der Nähe der Endoberflächen-Bereiche (Bereiche I) erhöht wird. Auf diese Weise ist der Halbleiterlaser 20 selbst im Betrieb mit hoher Ausgangsleistung frei von axialem, räumlichen Lochbrennen, so daß sein Schwingungstyp beständig ist.
  • Gewöhnlich sind die Abmessungen eines in einem DFB-Halbleiterlaser ausgebildeten Beugungsgitters sehr gering. Beispielsweise beträgt die Periode der Streifen 0,2 um und die Tiefe der auftretenden Einschnitte ungefähr 0,1 mm oder weniger. Dementsprechend muß bei der herkömmlichen Halbleiterlaser-Anordnung zum Verändern der Tiefe des Beugungsgitters beispielsweise das Ätzverfahren sehr genau gesteuert werden, was schwierig zu erreichen ist. Jedoch kann erfindungsgemäß jede gewünschte Tiefe leicht erhalten werden, indem eine oder mehrere gewünschte der Unter-Schichten selektiv gleichmäßig geätzt werden, die die mehrschichtige Beugungsgitterschicht 5 bilden. Auf diese Weise können alle gewünschten Abmessungen leicht verwirklicht werden.
    • Ausführungsbeispiel 2
  • Anstelle des dreischichtigen Aufbaus mit InGaAsP/InP/InGaAsP für die Beugungsgitterschicht 5 gemäß Ausführungsbeispiel 1 kann die Schicht 5 einen Stapel aus zwei, vier oder mehr Unter-Schichten aufweisen. Sie kann beispielsweise ein fünfschichtiger Aufbau aus InGaAsP/InP/InGaAsP/InP/InGaAsP sein.
    • Ausführungsbeispiel 3
  • Bei dem Halbleiterlaser gemäß Ausführungsbeispiel 1 werden nur zwei verschiedene Kopplungsfaktoren für die Bereiche I und den Bereich II verwendet. Der Resonator kann jedoch eine größere Anzahl von Bereichen innerhalb der Grenze der Anzahl der gestapelten Unter-Schichten der Beugungsgitterschicht 5 aufweisen, bei der Bereiche verschiedene Kopplungsfaktoren aufweisen.
    • Ausführungsbeispiel 4
  • Das Beugungsgitter des Halbleiterlasers gemäß Fig. 1 weist eine Phase auf, die entlang seiner Länge gleichmäßig ist. Durch Einsatz eines Beugungsgitters, deren Phase in dem mittleren Bereich des Resonators um eine viertel Wellenlänge verschoben wird, kann ein (um) λ/4 (verschobener) Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung verwirklicht werden. Allgemein weist ein (um) λ/4 (verschobener) DFB-Halbleiterlaser eine Lichtintensität auf, die besonders in einem mittleren Bereich des Resonators erhöht ist und deswegen einem axialen räumlichen Lochbrennen bei einem Betrieb mit hoher Ausgangsleistung unterworfen ist. Dementsprechend ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei derartigen (um) λ/4 (verschobenen) DFB-Halbleiterlasern sehr vorteilhaft.
    • Ausführungsbeispiel 5
  • Der Halbleiterlaser gemäß Ausführungsbeispiel 1 hat einen derartigen Aufbau, daß die Kopplungsfaktoren in Bereichen in der Nähe der End-Oberflächen (d.h. Bereichen I) groß sind, bei denen die Lichtintensität gering ist, wohingegen der Kopplungsfaktor in einem Bereich in der Nähe des Mittelpunkts (d.h. Bereich II) klein ist, bei dem die Lichtintensität groß ist, wobei die Kopplungsfaktoren in den Bereichen in der Nähe der End-Oberflächen einander gleich sind. Die Anzahl der gestapelten Unter-Schichten kann jedoch zwischen den Bereichen neben den beiden End-Oberflächen unterschiedlich gemacht werden, damit dadurch verschiedene Kopplungsfaktoren in diesen Bereichen gebildet werden. Bei einem derartigen Aufbau ist die Licht-Ausgangsleistung von der End-Oberfläche, wenn der Kopplungsfaktor kleiner ist, größer als die Licht-Ausgangs-. leistung von der End-Oberfläche mit einem größeren Kopplungsfaktor.
    • Ausführungsbeispiel 6
  • Anstelle der einschichtigen InGaAsP-Aktivschicht 3 gemäß Ausführungsbeispiel 1 kann ein mehrschichtiger Aufbau wie eine InGaAs/InGaAsP-Mehrquanten-Quellenschicht ("multiple quantum weil layer") mit denselben Wirkungen erzeugt werden, die durch den Halbleiterlaser gemäß Ausführungsbeispiel 1 erzeugt werden.
    • Ausführungsbeispiel 7
  • Der Halbleiterlaser gemäß Ausführungsbeispiel 1 verwendet ein leitendes N-Typ-InP-Substrat. Die Verwendung des Beugungsgitter-Aufbaus gemäß Ausführungsbeispiel 1 für einen Laser mit einem leitenden P-Typ-Substrat oder einem halbisolierenden InP-Substrat kann dieselben Vorteile erzeugen wie vorstehend für Ausführungsbeispiel 1 beschrieben.
    • Ausführungsbeispiel 8
  • Der Halbleiterlaser gemäß Ausführungsbeispiel 1 verwendet InGaAsP als Haupt-Halbleitermaterial, aber der Beugungsgitter-Aufbau kann für Vorrichtungen verwendet werden, die andere bekannte Verbindungshalbleiter-Materialien wie AlGaInAs- und AlGaAs-/GaAs-Materialien aufweisen.
    • Ausführungsbeispiel 9
  • Die Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 ist ein DFB-Halbleiterlaser, aber der gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 verwendete Beugungsgitter-Aufbau kann auch bei anderen Halbleitervorrichtungen verwendet werden, die von einem Beugungsgitter vorteiligerweise Gebrauch machen, wie einem verteilten Bragg- Reflektions-Halbleiterlaser, einem Hohlleitergitter-Filter und einem Reflektionsgitter-Ablenker bzw. -Deflektor.
    • Ausführungsbeispiel 10
  • Ausführungsbeispiel 1 ist ein Beispiel einer einzelnen Halbleitervorrichtung, die unterschiedliche Kopplungsfaktoren innerhalb ihres Resonators aufweist. Diese Erfindung kann jedoch auch angewandt werden, wenn eine Vielzahl von Halbleiterlasern mit voneinander verschiedenen Kopplungsfaktoren auf einem einzelnen Halbleiter-Wafer bzw. einer Halbleiter- Scheibe ausgebildet werden, was die gleichzeitige Herstellung von verschiedenen Arten von Vorrichtungen durch dieselben Herstellungsschritte erleichtert.
  • Wie aus der vorstehenden, unter Bezug auf einige Ausführungsbeispiele gemachten Beschreibung ersichtlich ist, sind Halbleitervorrichtungen derart aufgebaut, daß eine Beugungsgitterschicht einschließlich periodisch angeordneter Streifen in einer in der Nähe angeordneten Hüllschicht ausgebildet ist, die eine größere Energiebandlücke als eine Aktivschicht aufweist, und die Beugungsgitterschicht einen Mehrschichtenaufbau aufweist, der aus einer Vielzahl von Halbleiter-Unter- Schichten gebildet ist, wobei die Anzahl der Unter-Schichten von Bereich zu Bereich entlang der Länge des Resonators verschieden ist, wodurch gewünschte Kopplungsfaktoren gebildet werden. Dieser Aufbau kann eine Kennlinie mit einer schmalen Spektralllinienbreite bei einem Betrieb mit hoher Ausgangsleistung erzeugen.
  • Da außerdem gemäß dem Herstellungsverfahren eine Beugungsgitterschicht auf einem Stapel von Unter-Schichten aus verschiedenen Halbleitermaterialien ausgebildet wird, die einzeln selektiv geätzt werden können, und gewünschte Teile von gewünschten Unter-Schichten zum Erzeugen von Streifen selektiv weggeätzt werden, können Halbleitervorrichtungen mit einer hohen Reproduzierbarkeit und einer gleichmäßigen Qualität leicht hergestellt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers mit den Schritten:
eines aufeinanderfolgenden Bildens in der folgenden genannten Reihenfolge auf einer ersten Hüllschicht (2) aus einem Halbleitermaterial mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, einer Aktivschicht (3) aus einem Halbleitermaterial mit einer kleineren Energiebandlücke als die erste Hüllschicht (2), einer Grenzschicht (4) aus einem Halbleitermaterial mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp und mit einer größeren Energiebandlücke als die Aktivschicht (3) und einer Beugungsgitterschicht (5) mit einem mehrschichtigen Aufbau einschließlich eines Stapels von Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) von einer Vielzahl von Halbleitermaterialien mit demselben Leitfähigkeitstyp wie das Halbleitermaterial der Grenzschicht (4) und mit größeren Energiebandlücken als das Halbleitermaterial der Aktivschicht (3), wobei die Materialien der Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) gegenseitig selektiv geätzt werden können,
eines Unterziehens zumindest eines Abschnitts (II) der Oberfläche der Beugungsgitterschicht (5) einem selektiven Ätzmittel, damit zumindest eine ausgewählte Unter-Schicht (5) in diesem Abschnitt (II) entfernt wird,
eines Bildens paralleler Einschnitte in der Ganzheit der Oberfläche der Beugungsgitterschicht (5), wobei die Einschnitte derart zu der Grenzschicht verlaufen, daß sie parallele Streifen mit einer vorbestimmten Periode erzeugen, und
eines Anordnens einer zweiten Hüllschicht (7) aus einem Halbleitermaterial auf der Beugungsgitterschicht (5) einschließlich der parallelen Streifen, wobei das Halbleitermaterial der zweiten Hüllschicht (7) dasselbe Material ist und denselben Leitfähigkeitstyp wie das Material der Grenzschicht (4) aufweist.
2. Halbleitervorrichtung mit
einer Aktivschicht (3) aus einem Halbleitermaterial,
einer Hüllschicht (7), die auf einer der Hauptoberflächen der Aktivschicht (3) angeordnet ist, wobei die Hüllschicht (7) ein Halbleitermaterial mit einer Energiebandlücke aufweist, die größer als die der Halbleitermaterials der Aktivschicht (3) ist, und
einer Beugungsgitterschicht (5) einschließlich periodisch angeordneter paralleler Streifen, die innerhalb eines Abschnitts (I, II) der Hüllschicht nahe der Aktivschicht (3) ausgebildet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Beugungsgitterschicht (5) einen mehrschichtigen Aufbau mit einem Stapel von Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) von zumindest zwei entsprechenden Halbleitermaterialien aufweist, die gegenseitig selektiv geätzt werden können,
die Anzahl der Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) sich entlang der Richtung verändert, in der die Aktivschicht (3) verläuft, die schräg zu der Richtung der parallelen Streifen ist.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiebandlücken der Halbleitermaterialien der Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) der Beugungsgitterschicht (5) wesentlich größer als die des Halbleitermaterials der Aktivschicht (3) sind.
4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitervorrichtung außerdem eine zweite Hüllschicht (2) aus einem Halbleitermaterial aufweist, die auf der anderen Hauptoberfläche der Aktivschicht (3) angeordnet ist, wobei die zweite Hüllschicht (2) eine größere Energiebandlücke als das Halbleitermaterial der Aktivschicht (3) aufweist.
5. Halbleiterlaser mit
einer Aktivschicht (3) aus einem Halbieitermaterial,
einer ersten Hüllschicht (2), die auf einer Hauptoberfläche der Aktivschicht (3) angeordnet ist, wobei das Material der ersten Hüllschicht (2) eine größere Energiebandlücke als das Halbleitermaterial der Aktivschicht (3) aufweist, und
einer zweiten Hüllschicht (7), die auf der anderen Hauptoberfläche der Aktivschicht (3) angeordnet ist, wobei das Material der zweiten Hüllschicht (7) eine größere Energiebandlücke als das Halbleitermaterial der Aktivschicht (3) aufweist,
wobei die zweite Hüllschicht (7) in einem Abschnitt (I, II) nahe der Aktivschicht (3) eine Beugungsgitterschicht einschließlich periodischer paralleler Streifen enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Beugungsgitterschicht (5) einen mehrschichtigen Aufbau mit einem Stapel von Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) von zumindest zwei entsprechenden Halbleitermaterialien aufweist, die gegenseitig selektiv geätzt werden können,
die Energiebandlücken der Halbleitermaterialien der Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) der Beugungsgitterschicht wesentlich größer als die des Halbleitermaterials der Aktivschicht (3) sind,
die Anzahl der Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) sich von Bereich (I, II) zu Bereich (I, II) entlang der Richtung der Ausbreitung des innerhalb der Aktivschicht (3) erzeugten Lichts verändert, die schräg zu den parallelen Streifen ist.
6. Halbleiterlaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beugungsgitterschicht (5) denselben Leitfähigkeitstyp wie die zweite Hüllschicht (7) aufweist, und
die Anzahl der Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) der Beugungsgitterschicht (5) in einem mittleren Bereich (II) kleiner und in End-Bereichen (I, I) des Lasers entlang der Richtung der Ausbreitung des in der Aktivschicht (3) erzeugten Lichts größer ist, die schräg zu den parallelen Streifen ist, so daß der mittlere Bereich (II) einen kleineren Kopplungsfaktor und die End-Bereiche (I, I) einen größeren Kopplungsfaktor aufweisen.
7. Halbleiterlaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahlen der Unter-Schichten in den End-Bereichen (I, I) derart ausgewählt werden, daß der Kopplungsfaktor in einem der End-Bereiche (I) größer als der Kopplungsfaktor des anderen End-Bereichs (I) ist.
8. Halbleiterlaser nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen um eine viertel Wellenlänge phasenverschobenen Abschnitt in dem mittleren Bereich (II).
9. Halbleitervorrichtung mit einem Halbleitersubstrat (1) und einer Vielzahl von Halbleiterlasern (20), die auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet sind,
wobei jeder der Halbleiterlaser (20)
eine Aktivschicht (3) aus einem Halbleitermaterial,
eine erste Hüllschicht (2), die auf einer
Hauptoberfläche der Aktivschicht (3) angeordnet ist, wobei das Material der ersten Hüllschicht (2) eine größere Energiebandlücke als das Halbleitermaterial der Aktivschicht (3) aufweist, und
eine zweite Hüllschicht (7) aufweist, die auf der anderen Hauptoberfläche der Aktivschicht (3) angeordnet ist, wobei das Material der zweiten Hüllschicht (7) eine größere Energiebandlücke als das Halbleitermaterial der Aktivschicht (3) aufweist,
wobei die zweite Hüllschicht (7) in einem Abschnitt nahe der Aktivschicht (3) eine Beugungsgitterschicht (5) einschließlich periodischer paralleler Streifen enthält,
die Beugungsgitterschicht (5) einen mehrschichtigen Aufbau mit einem Stapel von Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) von zumindest zwei entsprechenden Halbleitermaterialien aufweist, die gegenseitig selektiv geätzt werden können,
die Energiebandlücken der Halbleitermaterialien der Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) der Beugungsgitterschicht (5) wesentlich größer als die des Halbleitermaterials der Aktivschicht (3) sind, die Anzahl der Unter-Schichten (5a, 5b, 5c) der Beugungsgitterschicht (5) von zumindest einem der-Halbleiterlaser (20) von denen der verbleibenden Halbleiterlaser (20) verschieden ist.
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