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DE19650802B4 - Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

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DE19650802B4 DE19650802A DE19650802A DE19650802B4 DE 19650802 B4 DE19650802 B4 DE 19650802B4 DE 19650802 A DE19650802 A DE 19650802A DE 19650802 A DE19650802 A DE 19650802A DE 19650802 B4 DE19650802 B4 DE 19650802B4
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layers
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Tetsuo Shiba
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bestehend aus den Schritten:
Vorbereiten eines p-InP-Substrats (1) mit einer (001)-Oberflächenorientierung;
epitaktisches Aufwachsen von abgeschiedenen Halbleiterschichten (2, 3, 4) an der Oberfläche des p-InP-Substrats (1), d.h. der (001)-Oberfläche;
Abscheiden einer Isolierschicht (5) auf einem streifenförmigen Bereich der abgeschiedenen Halbleiterschichten (2, 3, 4), der sich entlang einer <110>-Richtung erstreckt;
Verwenden der isolierenden Schicht (5) als Maske, Trockenätzen von Bereichen mit Ausnahme des streifenförmigen Bereichs der abgeschiedenen Halbleiterschichten (2, 3, 4), wodurch eine sich entlang der <110>-Richtung erstreckende Mesastruktur (21) ausgebildet wird, die eine (110)-Oberfläche an gegenüberliegenden Seiten und eine Höhe Hm aufweist; und
Verwenden der isolierenden Schicht (5) als Maske, aufeinanderfolgendes Aufwachsen durch selektives epitaktisches Wachstum einer p-InP-Einbettungsschicht (6) mit einer konstanten Dicke Dp und einer n-InP-Einbettungsschicht (7) an der (110)-Oberfläche an gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur (21) sowie an der (001)-Oberfläche an der oberen Oberfläche der abgeschiedenen Halbleiterschicht (2), die an...

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers, bei welchem eine Mesastruktur durch Trockenätzen von aufgewachsenen Verbindungshalbleiter-Schichten und Mesaeinbettungsschichten ausgebildet wird.
  • In letzter Zeit wird eine Massenspeicherung und Hochgeschwindigkeitsübertragung mittels verschiedener optischer Kommunikationssysteme durchgeführt. In Zukunft wird vermutlich eine noch größere optische Massenspeicher-Übertragung benötigt. Sobald eine Signalumwandlung von Licht in Elektrizität oder von Elektrizität in Licht in einem Signalübertragungspfad durchgeführt wird, ist die Übertragungskapazität beträchtlich beschränkt. Um diesen Problem gerecht zu werden, ohne die Leiterplatten elektrisch miteinander zu verbinden, während sich in jeder Leiterplatte ein Baustein mit einer optischen Vorrichtung befindet, ist es notwendig die Signalverarbeitung durch direktes Modulieren von Licht durchzuführen und optische Fasern oder optische Wellenleiter zur Verbindung zwischen den Leiterplatten in jeder Leiterplatte zu verwenden, wodurch man eine Massenspeicherung und eine Hochgeschwindigkeitsübertragung bei verringerter Modulgröße erhält.
  • Zur Herstellung eines derartigen optischen Wellenleiters wird unter Verwendung einer Maske, die auf einem Halbleitersubstrat angeordnet wird zum Ausbilden einer Mesastruktur ein Ätzen durchgeführt und die Mesastruktur in weitere Halbleiterschichten eingegraben bzw. eingebettet.
  • Als Verfahren zum Einbetten des Mesas in die Halbleiterschichten ist ein MOCVD-Verfahren (metallorganisches chemisches Dampfabscheidungsverfahren) bekannt. Dieses Verfahren verwendet für ein InGaAsP-Systemmaterial TMI (Trimethylindium) und TEG (Triethylgallium) als Quellenmaterial für In und Ga, die Gruppe-III-Elemente darstellen, während es AsH3 und PH3 als Quellenmaterial für As und P verwendet, die Gruppe-V-Elemente darstellen, wobei diese Quellenmaterialien zum Wachstum eines Kristalls thermisch auf einem Substrat abgeschieden werden. Beim InGaAsP-Systemmaterial wird eine Mesastruktur mit einer lichtleitenden aktiven Schicht (InGaAsP-Schicht) in InP-Schichten eingebettet, die jeweils eine Bandabstands-Energie aufweisen, die größer ist als die der aktiven Schicht.
  • Zum Ausbilden der Mesastruktur wird üblicherweise Naßätzen unter Verwendung einer flüssigen Ätzlösung durchgeführt. Wie in Ohkura et al., Electronics Letters, 28 (1992), Seiten 1844–1845, beschrieben, ragt bei diesem Ätzvorgang eine Maske über die Seitenoberflächen des Mesas aufgrund der Seitenätzung des Mesas hinaus, wodurch der Mesa erfolgreich mit den Einbettungsschichten eingebettet wird. Da darüber hinaus die Mesaseitenoberflächen gleichmäßig sind, wird das Kristallwachstum der Einbettungsschichten erleichtert.
  • Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Herstellungsverfahrens für einen herkömmlichen Halbleiterlaser mit einer Mesastruktur beschrieben, der mit dem vorstehend beschriebenen Naßätzverfahren ausgebildet wird. Die 14(a) bis 14(d) zeigen Schnittansichten, die Herstellungsschritte in dem Herstellungsverfahren darstellen. Gemäß 14(a) wird nacheinander zu Beginn eine p-InP-Pufferschicht 2 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 1,8 μm, eine nicht-dotierte 1,3 μm-Band InGaAsP-aktive Schicht 3 mit einer Dicke von 0,1 μm und eine erste n-InP-Hüllschicht 4 mit einer La dungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 0,7 μm auf einem p-InP-Substrat 1 mit einer (001) Oberfläche an ihrer vorderen Oberfläche vorzugsweise mittels eines MOCVD-Verfahrens zum Ausbilden einer Doppel-Heteroübergangsstruktur abgeschieden. Als nächstes wird eine SiO2-Schicht 5 entlang einer <110>-Richtung, d.h. entlang einer Richtung senkrecht zum Schnitt in der Figur, angeordnet, die als Maske für ein selektives Aufwachsen bzw. Abscheiden dient und eine Breite von 5 μm aufweist. Unter Verwendung dieser SiO2-Schicht 5 als Maske werden die aufgewachsenen bzw. abgeschiedenen Schichten wahlweise durch Naßätzen unter Verwendung einer Ätzlösung wie beispielsweise HBr zum Ausbilden einer Mesastruktur 20 geätzt, die sich entlang der <110>-Richtung (14(b)) erstreckt. Die Höhe des Mesas, d.h. die Ätztiefe, beträgt ca. 2,5 μm. Die Breite des Mesas beträgt 1,5 μm.
  • Beim Schritt gemäß 14(c) wird nacheinander unter Verwendung der SiO2-Schicht 5 als Maske eine p-InP-Mesaeinbettungsschicht 6 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 8 × 1017 cm–3 und einer Dicke von 0,7 μm, eine n-InP-Stromsperrschicht 7 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 7 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 0,8 μm und eine p-InP-Stromsperrschicht 8 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 8 × 1017 cm–3 und einer Dicke von 1,0 μm wahlweise auf den Bereich des Wafers abgeschieden bzw. aufgewachsen, die nicht durch die SiO2-Schicht maskiert sind. Da die p-InP-Mesaeinbettungsschicht 6 eine (111)B-Oberfläche aufweist, an der sich kein Kristallwachstum ausbildet, werden bei diesem Aufwachs- bzw. Abscheidevorgang benachbarte entgegengesetzte Enden eines oberen Teils des Mesas 20, die sich in Kontakt mit der SiO2-Schicht 5 und der n-InP-Stromsperrschicht 7 befinden, nicht an der (111)B-Oberfläche abgeschieden, so daß kein Kontakt mit der ersten n-InP-Hüllschicht 4 entsteht. Nach Entfernen der SiO2-Schicht 5 wird nacheinander eine zweite n-InP-Hüllschicht 9 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 1,5 μm und eine n-InP-Kontaktschicht 10 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 7 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 0,5 μm an der gesamten Oberfläche des Wafers abgeschieden bzw. aufgewachsen. Schließlich wird eine vordere Elektrode 11 und eine hintere Elektrode 12 an der Kontaktschicht 10 und der hinteren Oberfläche des Substrats 1 entsprechend ausgebildet (14(b)). Gefolgt von einem Spalten bzw. Zerteilen des Wafers und Beschichten der vorderen und rückseitigen Facetten-Reflexionsschichten wird der Halbleiterlaser vervollständigt.
  • Bei dem auf dem p-InP-Substrat ausgebildeten Halbleiterlaser hängt die Verschlechterung der Lasereigenschaften von den Qualitäten der Mesa-Einbettungsschichten ab und insbesondere vom Raum zwischen der aktiven Schicht 3 und der n-InP-Stromsperrschicht 7, d.h. der Leckstrom-Pfadbreite, sowie der Anwesenheit eines Kontakts des Endabschnitts der n-InP-Stromsperrschicht 7 und der ersten n-InP-Hüllschicht 4. Zur Unterdrückung eines außerhalb der aktiven Schicht 3 fließenden Leckstroms sollte die in 15 dargestellte Leckstrom-Pfadbreite so schmal wie möglich sein. Wenn jedoch die Breite zu schmal ist, fließt der Strom zwischen der n-InP-Stromsperrschicht 7 und der ersten n-InP-Hüllschicht 4 aufgrund des Tunneleffekts. Daher ist ein Leckstrompfad mit einer Breite von ca. 0,1 bis 0,2 μm am besten geeignet. Wenn in der Zwischenzeit die n-InP-Hüllschicht 4 in Kontakt mit der n-InP-Stromsperrschicht 7 ist, fließt durch die n-InP-Kontaktschicht 10 sowie die n-InP-Hüllschichten 9 und 4 ein Strom in die n-InP-Stromsperrschicht 7 ohne in der aktiven Schicht 3 konzentriert zu werden. Da, wie vorstehend beschrieben, die p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 ihre Nicht-Aufwachs-(111)B-Oberfläche in der Nähe der gegenüberliegenden Enden eines oberen Teils des Mesas 20 in Kontakt mit der SiO2-Schicht 5 besitzt, wird üblicherweise keine n-InP-Stromsperrschicht 7 an der (111)B-Oberfläche abgeschieden bzw. aufgewachsen. Wenn jedoch das Wachstum bzw. das Abscheiden der Stromsperr schicht 7 vorschreitet und eine Oberfläche mit geringerer Ordnung, wie beispielsweise eine (001)-Oberfläche, der Stromsperrschicht 7 gleichmäßig mit der (111)B-Oberfläche ausgebildet wird, wird die Stromsperrschicht 7 ebenso an der (111)B-Oberfläche abgeschieden, wodurch die n-InP-Hüllschicht 4 in Kontakt mit der n-InP-Stromsperrschicht 7 gelangt. Die Stromsperrschicht 7 muß daher ohne Ausbildung der Oberfläche mit geringer Ordnung, wie beispielsweise der (001)-Oberfläche, gleichmäßig mit der (111)B-Oberfläche der p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 abgeschieden werden.
  • Beim herkömmlichen Halbleiterlaser, bei dem die Mesastruktur in den Halbleiterschichten eingebettet ist, wird der Mesa wie vorstehend beschrieben durch Naßätzen ausgebildet. Dieses Naßätzen besitzt jedoch nur eine geringe Steuerbarkeit, so daß die Höhe des Mesas sowie die Länge der Maske, die über die Mesaseitenoberflächen hinausragen nicht einheitlich sind, wodurch sich der Wachstumsaufbau und die Wachstumsgeschwindigkeit der Mesa-Einbettungsschichten ändern. Demzufolge ist es schwierig, die Dicke der p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 in der Nähe der gegenüberliegenden Seiten der aktiven Schicht 3 genau zu steuern, d.h. die Leckstrom-Pfadbreite genau einzustellen. Darüber hinaus ist die Ausbildung einer schmalen Mesastruktur aufgrund der Seitenätzung schwierig. Da die Form des Ätzens ferner stark von der Oberflächenorientierung des Kristalls abhängt, ist es sehr schwierig einen optischen Wellenleiter in einer geeigneten Richtung auf dem Substrat auszubilden.
  • Zur Vermeidung dieser Probleme wurde ein Verfahren untersucht, bei dem eine Mesastruktur durch Trockenätzen ausgebildet wird. Beim Einsatz eines Trockenätzverfahrens wird die Einheitlichkeit in der Waferoberfläche der Mesastruktur im Vergleich zu einem verwendeten Naßätzverfahren außerordentlich verbessert. Da der Mesastreifen ferner in einer geeigneten Richtung unabhängig von der Oberflächenorientierung des Kristalls ausgebildet wird, ist es zur Ausbildung des optischen Wellenleiters besonders geeignet. Beim Trockenätzen kann jedoch eine Seitenätzung bzw. ein seitliches Unterätzen des Mesas nur sehr schwer erreicht werden. Die Maske reicht daher nicht über die Mesaseitenoberflächen hinaus, weshalb die Mesaseitenoberflächen nahezu senkrecht zur Substratoberfläche liegen, so daß die Oberfläche der Einbettungsschichten nicht gleichmäßig an einem Abschnitt ausgebildet werden kann, bei dem die Oberfläche parallel zur Mesaseitenoberfläche in Kontakt mit der parallel zur Substratoberfläche liegenden Oberfläche ist. Wenn die Maske nicht hervorsteht und die aufgewachsenen Oberflächen nicht gleichmäßig sind, ergibt sich ein nicht ganz klarer Wachstumsaufbau. Zum Ausbilden einer integrierten optischen Vorrichtung muß folglich der Wachstumsaufbau in der Nähe der Mesastruktur erfolgen, die durch Trockenätzen ausreichend klar bzw. rein ausgebildet wird und eine eingebettete Struktur erhält, die für eine Geräte bzw. Vorrichtungsherstellung geeignet ist.
  • Derzeit ist eine eingebettete Struktur für die Herstellung einer Vorrichtung mit einer Mesastruktur, die mittels eines Trockenätzvorgangs ausgebildet wird, lediglich in Y. Kondo, et al., Extended Abstract Nr. 27p-ZA-5 Seiten 930 aus "The Japan Society of Applied Physics" beschrieben. Die eingebettete Struktur ist auf einem n-InP-Substrat ausgebildet, während jedoch eine eingebettete Struktur, die auf einem p-Substrat ausgebildet ist, nicht beschrieben wurde. Dies liegt vermutlich daran, daß beim Wachstums- bzw. Abscheideverfahren mehr begrenzende Faktoren vorliegen, wenn ein Halbleiterlaser auf einem p-InP-Substrat ausgebildet wird. Dies bedeutet, daß obwohl die Stromsperrschichten zwei Schichten von p-InP/n-InP in einem Halbleiterlaser aufweisen, der in einem p-InP-Substrat ausgebildet wird, diese Stromsperrschichten in einem Halbleiterlaser, der in einem p-InP-Substrat ausgebildet wird, drei Schichten von p-InP/n-InP/p-InP aufweisen müssen und die n-InP-Schicht nicht in Kontakt mit einer oberen n-InP-Hüllschicht liegen darf.
  • Wenn jedoch eine Laseranordnung mit einer Vielzahl von Halbleiterlasern bei einer hohen Geschwindigkeit arbeitet, besitzt die auf dem p-Substrat ausgebildete Halbleiterlaseranordnung gegenüber der Halbleiterlaseranordnung, die ein n-Substrat verwendet, gewisse Vorteile. Üblicherweise werden die in 16(a) und 16(b) dargestellten Schaltungen als Ansteuerschaltungen zum Ansteuern derartiger Laseranordnungen verwendet. Die 16(a) zeigt eine Schaltung zum Ansteuern einer Laseranordnung 34 mit entsprechenden Halbleiterlasern 30, die ein p-Substrat verwenden, wobei n-p-n-Transistoren 32 in dieser Schaltung verwendet werden. Die 16(b) zeigt eine Schaltung zum Ansteuern einer Laseranordnung 35 mit entsprechenden Halbleiterlasern 31, die n-Substrate verwenden, wobei p-n-p-Transistoren 33 in dieser Schaltung verwendet werden. Die Arbeitsgeschwindigkeit bzw. Schaltgeschwindigkeit von n-p-n-Transistoren ist größer als die von p-n-p-Transistoren. Um daher die Halbleiterlaser mit einer höheren Geschwindigkeit anzusteuern ist eine Halbleiterlaseranordnung, die ein p-Substrat verwendet, wünschenswerter und besitzt größere Vorteile im praktischen Einsatz als die ein n-Substrat verwendende Halbleiteranordnung.
  • Aus dem bereits vorn zitierten Aufsatz von OHKURA, Y. u.a.: "Low Threshold FS-BH Laser on p-InP Substrate Grown by All-MOCVD" in GB-Z.: Electronics Letters, 1992, Vol. 28, No. 19, S. 1844–1845, ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bekannt, bei welchem eine Mesastruktur unter Verwendung einer flüssigen Ätzlösung naßgeätzt wird.
  • Das US-Patent 5 390 205 A offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, bei welchem Kristallschichten auf der (110)-Oberfläche und auf der ebenen (001)-Oberfläche mit derselben Wachstumsgeschwindigkeit aufwachsen.
    •
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei welchem sehr feine Strukturen an einer Mesastruktur auf einfache Weise ausgebildet werden können.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.
  • Gemäß einer Ausgestaltung besitzt die Halbleitervorrichtung ein p-InP-Substrat mit einer (001)-Oberflächenorientierung; eine Mesastruktur, die durch Trockenätzen von Bereichen mit Ausnahme eines streifenförmigen Bereichs, der sich entlang einer <110>-Richtung erstreckt, von abgeschiedenen Halbleiterschichten, die auf dem p-InP-Substrat epitaktisch aufgewachsen wurden, wobei die Mesastruktur eine (110)-Oberfläche an gegenüberliegenden Seiten und eine Höhe Hm aufweist; und Mesaeinbettungsschichten mit einer epitaktisch auf der (110)-Oberfläche an den gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur und an der (001)-Oberfläche an der oberen Oberfläche der abgeschiedenen Halbleiterschicht, die an den gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur verbleibt, epitaktisch aufgewachsenen p-InP-Einbettungsschicht, wobei die p-InP-Einbettungsschicht eine Dicke Dp besitzt, sowie einer an der Seite und der oberen Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht epitaktisch aufgewachsenen n-InP-Einbettungsschicht. Wenn ein zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeter Winkel θ111 ist, die Wachstumsgeschwindigkeiten der n-InP-Einbettungsschicht auf der (110)-Oberfläche und der (001)-Oberfläche jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, ein Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) bestimmt wird und die kritische Dicke Dn der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht, wenn die n-InP-Einbettungsschicht nicht an der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen wird, durch die folgende Gleichung dargestellt wird
    Figure 00100001
    erfüllt eine Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht die Beziehung D ≤ Dn.
  • Durch Steuerung der Dicke der p-InP-Einbettungsschicht kann daher die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert bzw. schmäler gemacht werden. Darüber hinaus wird die n-InP-Einbettungsschicht nicht auf der (111)B-Oberflä che der p-InP-Einbettungsschicht abgeschieden, wodurch der Kontakt zwischen der n-InP-Einbettungsschicht und einer obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden wird. Folglich erhält man eine Halbleitervorrichtung mit einem verringerten Leckstrom und verbesserten Geräteeigenschaften.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besitzen in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung die epitaktisch abgeschiedenen Halbleiterschichten eine aktive Schicht zum Ausstrahlen von Laserlicht und eine auf der aktiven Schicht aufgewachsen erste n-Hüllschicht; wobei die n-InP-Einbettungsschicht eine n-InP-Stromsperrschicht ist. Ferner weist die Halbleitervorrichtung eine p-InP-Stromsperrschicht auf, die epitaktisch auf der n-InP-Stromsperrschicht aufgewachsen wird. Die Leckstrom-Pfadbreite wird daher bei guter Steuerbarkeit weiter verringert, während der Kontakt der n-InP-Stromsperrschicht mit der ersten n-Hüllschicht als obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden wird. Folglich erhält man einen Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besitzen in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung, die Mesaeinbettungsschichten ferner eine auf der p-InP-Stromsperrschicht aufgewachsen n-InP-Deckschicht. Ferner weist die Halbleitervorrichtung eine zweite n-InP-Hüllschicht und eine n-InP-Kontaktschicht auf, die nacheinander epitaktisch auf der gesamten Oberfläche der ersten Hüllschicht als eine oberste Schicht des. Mesas und die n-InP-Deckschicht als oberste Schicht der Mesaeinbettungsschichten aufgewachsen werden. Wenn in der Halbleitervorrichtung ein zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeter Winkel θ111 ist, die Wachstumsgeschwindigkeiten der n-InP-Einbettungsschicht auf der (110)-Oberfläche und der (001)-Oberfläche jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, ein Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) bestimmt wird und die kritische Dicke Dn der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht, wenn die n-InP-Einbettungsschicht nicht an der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen wird, durch die folgende Gleichung dargestellt wird
    Figure 00120001
    erfüllt eine Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht die Beziehung D ≤ Dn. Die Leckstrom-Pfadbreite wird daher mit guter Steuerbarkeit verringert, während der Kontakt der n-InP-Stromsperrschicht mit der ersten n-Hüllschicht als obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden wird. Folglich erhält man einen Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften. Darüber hinaus wird die zweite n-InP-Hüllschicht auf der n-InP-Abdeckschicht erneut aufgewachsen, wobei diese Nachwachs-Schnittstelle keine p-n-Übergangsschnittstelle darstellt, sondern eine Schnittstelle zwischen n-Schichten. Dadurch wird ein Ansteigen eines Leckstroms aufgrund von Schnittstellen-Störungen, die verursacht werden, wenn die Nachwachs-Schnittstelle eine p-n-Übergangsschnittstelle ist, vermieden, wodurch die Zuverlässigkeit des Halbleiterlasers im Vergleich zur Halbleitervorrichtung verbessert wird, bei der die zweite n-InP-Hüllschicht auf der p-InP-Stromsperrschicht abgeschieden wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besteht ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung aus den Schritten: epitaktisches Aufwachsen von abgeschiedenen Halbleiterschichten an der Oberfläche des p-InP-Substrats, d.h. der (001)-Oberfläche; Abscheiden einer Isolierschicht auf einem streifenförmigen Bereich der abgeschiedenen Halbleiterschichten, der sich entlang einer <110>-Richtung erstreckt; Verwenden der isolierenden Schicht als Maske, Trockenätzen von Bereichen mit Ausnahme des streifenförmigen Bereichs der abgeschiedenen Halbleiterschichten, wodurch eine sich entlang der <110>-Richtung erstreckende Mesastruktur ausgebildet wird, die eine (110)-Oberfläche an gegenüberliegenden Seiten und eine Höhe Nm aufweist; und Verwenden der isolierenden Schichten als Maske, aufeinanderfolgendes Aufwachsen durch selektives epitaktisches Wachstum einer p-InP-Einbettungsschicht mit einer Dicke Dp und einer n-InP-Einbettungsschicht an der (110)-Oberfläche an gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur sowie an der (001)-Oberfläche an der oberen Oberfläche der abgeschiedenen Halbleiterschicht, die an den gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur verbleibt. Wenn ein zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeter Winkel θ111 ist, die Wachstumsgeschwindigkeiten der n-InP-Einbettungsschicht an der (110)-Oberfläche und an der (001)-Oberfläche jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, ein Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) bestimmt wird, und die kritische Dicke Dn der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht, wenn die n-InP-Einbettungsschicht nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen ist, durch die folgende Gleichung dargestellt ist
    Figure 00130001
    erfüllt eine Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht die Beziehung D ≤ Dn.
  • Durch Steuerung der Dicke der p-InP-Einbettungsschicht kann daher die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert werden. Ferner wird die n-InP-Einbettungsschicht nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht abgeschieden, wodurch der Kontakt der n-InP-Einbettungsschicht mit einer obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden wird. Folglich kann eine Halbleitervorrichtung mit verringertem Leckstrom und verbesserten Geräteeigenschaften hergestellt werden. Da das Ausbilden des Mesas mittels Trockenätzens erfolgt, kann darüber hinaus eine feinstrukturierte Mesastruktur bei guter Steuerbarkeit und ein optischer Wellenleiter bestehend aus dem Mesa in einer geeigneten Richtung ausgebildet werden, da sich der Mesastreifen in einer geeigneten Richtung erstreckt. Folglich erhält man ein integriertes optisches Gerät mit verbesserten Eigenschaften, welches bei guter Steuerbarkeit hergestellt werden kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besteht beim vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das epitaktische Aufwachsen der abgeschiedenen Halbleiterschichten aus einem aufeinanderfolgenden epitaktischen Aufwachsen einer p-InP-Pufferschicht, einer ein Laserlicht emittierenden aktiven Schicht und einer an der Oberfläche des p-InP-Substrats, d.h. der (001)-Oberfläche, ausgebildeten ersten n-InP-Hüllschicht, wobei die n-InP-Einbettungsschicht eine n-InP-Stromsperrschicht ist; und das Aufwachsen der Mesaeinbettungsschichten aus einem epitaktischen Aufwachsen einer p-InP-Stromsperrschicht nach dem epitaktischen Aufwachsen der p-InP-Einbettungsschicht und der n-InP-Stromsperrschicht. Dadurch wird die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert und der Kontakt zwischen der n-InP-Einbettungsschicht und der n-InP-Hüllschicht als der obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden. Folglich kann ein Halbleiterlaser mit einem verringerten Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften hergestellt werden. Da die Mesaausbildung mittels Trockenätzens erfolgt, kann darüber hinaus eine feinstrukturierte Me sastruktur bei guter Steuerbarkeit und ein optischer Wellenleiter mit dem Mesa in einer geeigneten Richtung ausgebildet werden. Folglich kann eine integrierte optische Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften bei guter Steuerbarkeit hergestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besteht beim vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das Aufwachsen der Mesaeinbettungsschichten aus einem epitaktischen Aufwachsen einer n-InP-Deckschicht nach dem epitaktischen Aufwachsen der p-InP-Einbettungsschicht, der n-InP-Stromsperrschicht und der p-InP-Stromsperrschicht; wobei nach dem Aufwachsen der Mesaeinbettungsschichten darüber hinaus nacheinander eine zweite n-InP-Hüllschicht und eine n-InP-Kontaktschicht über der gesamten Oberfläche der ersten n-InP-Hüllschicht als eine oberste Schicht des Mesas und die n-InP-Deckschicht als eine oberste Schicht der Mesaeinbettungsschichten nacheinander aufgewachsen werden. In diesem Herstellungsverfahren erfüllt, wenn ein Winkel zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche 8111 beträgt, die Wachstumsgeschwindigkeiten der n-InP-Einbettungsschicht an der (110)-Oberfläche und an der (001)-Oberfläche jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, ein Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) bestimmt wird, und die kritische Dicke Dn der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht, wenn die n-InP-Einbettungsschicht nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen ist, durch die folgende Gleichung dargestellt ist
    Figure 00150001
    erfüllt eine Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsten n-InP-Einbettungsschicht 7 die Beziehung D ≤ Dn.
  • Die Leckstrom-Pfadbreite wird daher bei guter Steuerbarkeit verringert und der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht und der n-InP-Hüllschicht als der obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden. Folglich kann ein Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften hergestellt werden. Da der Mesaaufbau mittels Trockenätzens erfolgt, kann darüber hinaus eine feinstrukturierte Mesastruktur bei guter Steuerbarkeit sowie ein optischer Wellenleiter mit dem Mesa in einer geeigneten Richtung ausgebildet werden. Folglich kann eine integrierte optische Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften bei guter Steuerbarkeit hergestellt werden. Ferner wird die zweite n-InP-Hüllschicht auf der n-InP-Deckschicht erneut aufgewachsen bzw. abgeschieden, wobei diese Nachwachs-Schnittstelle keine p-n-Übergangsschnittstelle, sondern eine Schnittstelle zwischen den n-Schichten darstellt. Eine Vergrößerung des Leckstroms aufgrund einer Schnittstellenverschlechterung, die verursacht wird, wenn die Nachwachs-Schnittstelle eine p-n-Übergangsschnittstelle darstellt, wird dadurch vermieden, wodurch die Zuverlässigkeit des Halbleiterlasers im Vergleich zu einem Halbleiterlaser, bei dem die zweite n-InP-Hüllschicht auf der p-InP Stromsperrschicht aufgewachsen bzw. abgeschieden wird, verbessert wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besteht eine Halbleitervorrichtung aus einem Halbleitersubstrat; einer Mesastruktur, die durch Trockenätzen von Bereichen mit Ausnahme eines streifenförmigen Bereichs von abgeschiedenen Halbleiterschichten ausgebildet wird, die eine ein Laserlicht emittierende aktive Schicht aufweist und epitaktisch auf dem Halbleitersubstrat aufgewachsen ist; und Mesa-Einbettungsschichten, die an gegenüberliegenden Seitenoberflächen der Mesastruktur und an der oberen Oberfläche der abgeschiedenen Halbleiterschicht, die an den gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur übrigbleibt, epitaktisch aufgewachsen werden. In dieser Halbleitervorrich tung ist eine Rillenbreite W der Seitenoberfläche des streifenförmigen Mesas kleiner oder gleich 40 nm. Dadurch erhält man einen Laser mit verbesserten Temperatureigenschaften, bei dem ein Leckstrom bei Zimmertemperatur unterdrückt wird, ein Schwellenwertstrom verringert ist und ein Ansteigen des Leckstroms bei hohen Temperaturen unterdrückt wird, wodurch eine Verschlechterung der Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen verhindert wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besteht das Halbleitersubstrat in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung aus einem p-InP-Substrat mit einer (001)-Oberflächenorientierung. Die Mesastruktur wird durch Trockenätzen der Bereiche mit Ausnahme eines streifenförmigen Bereichs, der sich entlang einer <110>-Richtung erstreckt, von epitaktisch auf dem p-InP-Substrat aufgewachsen abgeschiedenen Halbleiterschichten ausgebildet, wobei die Mesastruktur eine (110)-Oberfläche an gegenüberliegenden Seiten sowie eine Höhe Hm besitzt. Die Mesa-Einbettungsschichten besitzen eine an der (110)-Oberfläche an den gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur und an der (001)-Oberfläche an der oberen Oberfläche der abgeschiedenen Halbleiterschicht, die an den gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur übrigbleibt, epitaktisch aufgewachsen p-InP-Einbettungsschicht, wobei die p-InP-Einbettungsschicht eine Dicke Dp und eine an der Seite und der oberen Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht epitaktisch aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht aufweist. Wenn in der Halbleitervorrichtung ein zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeter Winkel θ111 ist, die Wachstumsgeschwindigkeiten der an der (110)-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeten n-InP-Einbettungsschicht jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, ein Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) bestimmt wird und die kritische Dicke Dn der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbet tungsschicht, wenn die n-InP-Einbettungsschicht nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen wird, durch folgende Gleichung dargestellt ist
    Figure 00180001
    erfüllt eine Dicke D der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht die Beziehung D ≤ Dn. Dadurch erhält man einen Laser mit verbesserten Temperatureigenschaften, bei dem ein Leckstrom bei Zimmertemperatur unterdrückt wird, ein Schwellenwertstrom verringert ist und ein Ansteigen des Leckstroms bei hohen Temperaturen verhindert wird, wodurch eine Verschlechterung der Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen verhindert wird. Durch Steuerung der Dicke der p-InP-Einbettungsschicht kann darüber hinaus die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert werden. Ferner wird die n-InP-Einbettungsschicht nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht abgeschieden bzw. aufgewachsen, wodurch der Kontakt zwischen der n-InP-Einbettungsschicht und einer obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden wird. Folglich erhält man einen Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Geräteeigenschaften.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besitzen in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung die epitaktisch abgeschiedenen Halbleiterschichten eine aktive Schicht sowie eine auf der aktiven Schicht aufgewachsen erste n-Hüllschicht. Die n-InP-Einbettungsschicht der Mesa-Einbettungsschichten ist eine n-InP-Stromsperrschicht. Die Halbleitervorrichtung weist ferner eine epitaktisch auf der n-InP-Stromsperrschicht aufgewachsen p-InP-Stromsperrschicht auf. Dadurch erhält man einen Laser mit verbesserten Temperatureigenschaften, bei dem ein Leckstrom bei Zimmertemperatur unterdrückt wird, der Schwellenwertstrom verringert ist und ein Anstieg des Leckstroms bei hohen Temperaturen verhindert wird, wodurch eine Verschlechterung der Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen verhindert wird. Darüber hinaus wird die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert und der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht und der ersten n-Hüllschicht als obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden. Folglich erhält man einen Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besitzen die Mesa-Einbettungsschichten in der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung darüber hinaus eine n-InP-Deckschicht, die auf der p-InP-Stromsperrschicht abgeschieden wird. Die Halbleitervorrichtung weist ferner eine zweite n-Hüllschicht und eine n-InP-Kontaktschicht auf, die nacheinander epitaktisch an der gesamten Oberfläche der ersten Hüllschicht als einer obersten Schicht des Mesas und der n-InP-Deckschicht als einer obersten Schicht der Mesa-Einbettungsschichten aufgewachsen werden. Wenn in der Halbleitervorrichtung ein Winkel zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche θ111 beträgt, eine Rillenbreite W der Seitenoberfläche des streifenförmigen Mesas kleiner oder 40 nm ist, und die Wachstumsgeschwindigkeiten an der n-InP-Stromsperrschicht an der (111)-Oberfläche und der (001)-Oberfläche jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, ein Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) bestimmt wird und die kritische Dicke Dn der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht, wenn die n-InP-Einbettungsschicht nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen wird, durch folgende Gleichung dargestellt ist
    Figure 00200001
    erfüllt eine Dicke D der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht 7 die Beziehung D ≤ Dn.
  • Dadurch kann man einen Laser mit verbesserten Temperatureigenschaften herstellen, bei dem ein Leckstrom bei Zimmertemperatur unterdrückt wird, ein Schwellenwertstrom verringert ist und ein Ansteigen des Leckstroms bei hohen Temperaturen unterdrückt wird, wodurch Störungen bzw. Verschlechterungen der Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen verhindert werden. Darüber hinaus wird die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert und der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht und der ersten n-InP-Hüllschicht als obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden, wodurch ein Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften hergestellt werden kann. Darüber hinaus wird die zweite n-InP-Hüllschicht auf der n-InP-Deckschicht erneut aufgewachsen bzw. abgeschieden, wobei diese Nachwachs-Schnittstelle keine p-n-Übergangsschnittstelle sondern eine Schnittstelle zwischen n-Schichten darstellt. Ein Vergrößerung des Leckstroms aufgrund von Schnittstellenstörungen, die verursacht werden, wenn die Nachwachsschnittstelle eine p-n-Übergangsschnittstelle ist, wird dadurch vermieden, weshalb die Zuverlässigkeit des Halbleiterlasers im Vergleich zum Halbleiterlaser bei dem die zweite n-InP-Hüllschicht auf der p-InP-Stromsperrschicht abgeschieden wird, verbessert ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besteht ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung aus den Schritten: epitaktisches Aufwachsen von abgeschiedenen Halbleiterschichten mit einer ein Laserlicht emittierenden aktiven Schicht auf dem Halbleitersubstrat; Trockenätzen von Bereichen mit Ausnahme eines streifenförmigen Bereichs der abgeschiedenen Halbleiterschichten zum Ausbilden einer Mesastruktur mit einer Rillenbreite W, die an ihrer Seitenoberfläche kleiner oder gleich 40 nm ist; und epitaktisches Aufwachsen von Mesa-Einbettungsschichten an gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur und an der oberen Oberfläche der abgeschiedenen Halbleiterschicht, die an den gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur übrigbleibt. Dadurch kann ein Laser mit verbesserten Temperatureigenschaften hergestellt werden, bei dem ein Leckstrom bei Zimmertemperatur unterdrückt wird, ein Schwellenwertstrom verringert ist und ein Anstieg des Leckstroms bei hohen Temperaturen unterdrückt wird, wodurch Störungen bzw. Verschlechterungen der Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen verhindert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besteht beim vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das epitaktische Aufwachsen der abgeschiedenen Halbleiterschichten aus einem epitaktischen Aufwachsen der abgeschiedenen Halbleiterschichten an der Oberfläche eines p-InP-Substrats, d.h. einer (001)-Oberfläche; das Ausbilden der Mesastruktur aus einem Abscheiden einer isolierenden Schicht auf dem streifenförmigen Bereich der abgeschiedenen Halbleiterschichten, der sich entlang einer <110>-Richtung erstreckt, wobei die isolierende Schicht als Maske verwendet wird, und ein Trockenätzen der Bereiche mit Ausnahme des streifenförmigen Bereichs zum Ausbilden einer Mesastruktur verwendet wird, die sich entlang der <110>-Richtung erstreckt und eine (110)-Oberfläche an den gegenüberliegenden Seiten sowie eine Höhe Hm besitzt; und das epitaktische Aufwachsen der Mesaeinbettungsschichten die Verwendung der isolierenden Schicht als Maske, das aufeinanderfolgende Aufwachsen durch selektives epitaktisches Wachstum einer p-InP-Einbettungsschicht mit einer Dicke Dp und einer n-InP-Einbettungsschicht an der (110)-Oberfläche an den gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur und an der (001)-Oberfläche an der oberen Oberfläche der abgeschiedenen Halbleiterschicht, die an den gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur übrigbleibt aufweist. Wenn bei diesem Herstellungsverfahren ein zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeter Winkel θ111 ist, die Wachstumsgeschwindigkeiten der an der (110)-Oberfläche und an der (001)-Oberfläche ausgebildeten n-InP-Einbettungsschicht jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, ein Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) bestimmt wird und die kritische Dicke Dn der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht, wenn die n-InP-Einbettungsschicht nicht an der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen wird, durch folgende Gleichung dargestellt wird
    Figure 00220001
    erfüllt eine Dicke D der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht die Beziehung D ≤ Dn. Dadurch kann ein Laser mit verbesserten Temperatureigenschaften hergestellt werden, bei dem ein Leckstrom bei Zimmertemperatur unterdrückt wird, ein Schwellenwertstrom verringert ist und ein Anstieg des Leckstroms bei hohen Temperaturen unterdrückt wird, wodurch Verschlechterungen der Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen verhindert werden. Darüber hinaus wird durch Steuerung der Dicke der p-InP-Einbettungsschicht die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert, wodurch eine Halbleitervorrichtung mit verringertem Leckstrom und verbesserten Geräteeigenschaften entsteht. Da darüber hinaus die Mesaausbildung durch Trockenätzen durchgeführt wird, kann eine fein strukturierte Mesastruktur bei guter Steuerbarkeit erzeugt werden und ein optischer Wellenleiter mit einem Mesa in einer geeigneten Richtung ausgebildet werden, da sich der Mesastreifen in einer geeigneten Richtung erstreckt. Folglich kann man eine integrierte optische Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften bei guter Steuerbarkeit herstellen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besteht beim vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das epitaktische Aufwachsen der abgeschiedenen Halbleiterschichten aus einem aufeinanderfolgenden epitaktischen Aufwachsen einer p-InP-Pufferschicht, einer aktiven Schicht und einer ersten n-InP-Hüllschicht an der Oberfläche des p-InP-Substrats, d.h. der (001)-Oberfläche; die n-InP-Einbettungsschicht ist hierbei eine n-InP-Stromsperrschicht und das Aufwachsen der Mesa-Einbettungsschichten aus einem epitaktischen Aufwachsen einer p-InP-Stromsperrschicht, welches dem epitaktischen Aufwachsen der p-InP-Einbettungsschicht und der n-InP-Stromsperrschicht folgt. Daher kann man einen Laser mit verbesserten Temperatureigenschaften herstellen, bei dem ein Leckstrom bei Zimmertemperatur unterdrückt wird, ein Schwellenwertstrom verringert ist und ein Anstieg des Leckstroms bei hohen Temperaturen unterdrückt wird, wodurch eine Verschlechterung der Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen verhindert wird. Darüber hinaus wird die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert und der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht und der ersten n-InP-Hüllschicht als der obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden, wodurch man einen Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften herstellen kann. Da ferner das Ausbilden des Mesas mittels Trockenätzens durchgeführt wird, wird eine feinstrukturierte Mesastruktur bei guter Steuerbarkeit hergestellt, wobei ein optischer Wellenleiter mit einem Mesa in geeigneter Richtung ausgebildet wird. Folglich kann ein integriertes optisches Gerät mit verbesserten Eigenschaften bei guter Steuerbarkeit hergestellt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung besteht beim vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das Aufwachsen der Mesaeinbettungsschichten aus einem epitaktischen Aufwachsen einer n-InP-Deckschicht, welches dem epitaktischen Aufwachsen der p-InP-Einbettungsschicht, der n-InP-Stromsperrschicht und der p-InP-Stromsperrschicht folgt; und nach dem Aufwachsen der Mesa-Einbettungsschichten folgende weitere Schritte aufweist, aufeinanderfolgendes epitaktisches Aufwachsen einer zweiten n-InP-Hüllschicht und einer n-InP-Kontaktschicht über der gesamten Oberfläche der ersten n-InP-Hüllschicht als einer obersten Schicht des Mesas und der n-InP-Deckschicht als einer obersten Schicht der Mesa-Einbettungsschichten. Wenn in diesem Herstellungsverfahren ein zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche liegender Winkel θ111 beträgt, eine Rillenbreite W der Seitenoberfläche des Mesas kleiner oder gleich 40 nm ist, die Wachstumsgeschwindigkeiten der an der (110)-Oberfläche und an der (001)-Oberfläche ausgebildeten n-InP-Einbettungsschicht jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, ein Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) bestimmt wird, und die kritische Dicke Dn der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht, wenn die n-InP-Einbettungsschicht nicht an der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen wird, durch folgende Gleichung dargestellt wird
    Figure 00240001
    erfüllt eine Dicke D der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht die Beziehung D ≤ Dn.
  • Daher kann ein Laser mit verbesserten Temperatureigenschaften hergestellt werden, bei dem ein Leckstrom bei Zimmertemperatur unterdrückt wird, ein Schwellenwertstrom verringert ist und ein Anstieg des Leckstroms bei hohen Temperaturen unterdrückt wird, wodurch eine Verschlechterung der Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen verhindert wird.
  • Darüber hinaus kann die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert werden und der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht und der ersten n-InP-Hüllschicht als obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden werden, wodurch ein Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften hergestellt werden kann. Da das Ausbildens des Mesas mittels Trockenätzens durchgeführt wird, kann ferner eine feinstrukturierte Mesastruktur bei guter Steuerbarkeit hergestellt werden, wobei ein optischer Wellenleiter mit einem Mesa in geeigneter Richtung ausgebildet wird. Folglich kann eine integrierte optische Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften bei guter Steuerbarkeit hergestellt werden. Darüber hinaus wird die zweite n-InP-Hüllschicht erneut auf der n-InP-Deckschicht abgeschieden bzw. aufgewachsen, wobei diese Nachwachs-Schnittstelle keine p-n-Übergangsschnittstelle, sondern eine Schnittstelle zwischen n-Schichten darstellt. Ein Anstieg des Leckstroms aufgrund von Schnittstellenstörungen, die verursacht werden, wenn die Nachwachs-Schnittstelle eine p-n-Übergangsschnittstelle ist, wird dadurch vermieden, weshalb die Zuverlässigkeit des Halbleiterlasers im Vergleich zum Halbleiterlaser verbessert wird, bei dem die zweite n-InP-Hüllschicht auf der p-InP-Stromsperrschicht abgeschieden wird.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1(a)–1(e) Schnittansichten, die die Ladungsträgerkonzentration in Abhängigkeit von Abscheide- bzw. Aufwachskonfigurationen einer n-InP-Einbettungsschicht darstellt, die eine mittels Trockenätzens hergestellte Mesastruktur einbettet;
  • 2 eine Darstellung, die Ladungsträgerkonzentration in Abhängigkeit eines Winkels θ in der n-InP-Einbettungsschicht darstellt;
  • 3(a)–3(c) Schnittansichten, die die Dickenabhängigkeit der Wachstumskonfiguration der n-InP-Einbettungsschicht darstellt, die die mittels Trockenätzens hergestellte Mesastruktur einbettet;
  • 4 eine Schnittansicht mit dem der Abscheide- bzw. Aufwachsvorgang der Mesa-Einbettungsschichten beim Herstellungsverfahren eines erfindungsgemäßen Halbleiterlasers erklärt wird;
  • 5(a)–5(c) Schnittansichten, die die Verfahrensschritte beim Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers und eines Halbleiterlasers darstellen, der gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens hergestellt wurde;
  • 6 eine Darstellung zur Erläuterung der Leckstrom-Pfadbreite im Halbleiterlaser gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
  • 7(a) und 7(b) Schnittansichten, die die Verfahrensschritte in einem Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers und eines Halbleiterlasers darstellen, der mit einem Verfahren gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel hergestellt wurde;
  • 8(a)–8(e) Schnittansichten, sowie eine perspektivische Ansicht, die die Verfahrensschritte zum Ausbilden einer Ätzmasken-SiO2-Schicht für die Mesaausbildung unter Verwendung einer Kontaktbelichtung darstellen;
  • 9(a) und 9(b) eine perspektivische Ansicht, sowie einer Draufsicht, die eine mittels Naßätzens hergestellte Mesastruktur darstellen;
  • 10(a) und 10(b) eine perspektivische Ansicht sowie eine Draufsicht, die eine mittels Trockenätzens, insbesondere durch RIE, hergestellte Mesastruktur darstellen;
  • 11 eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Rillenbreite W einer Mesaseitenoberfläche und der charakteristischen Temperatur T0 des Lasers darstellt;
  • 12(a)–12(f) Schnittansichten sowie perspektivische Ansichten, die die Verfahrensschritte in einem Halbleiterlaserherstellungsverfahren und einen Halbleiterlaser darstellen, der mit dem Verfahren gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel hergestellt wurde;
  • 13 eine perspektivische Ansicht, die einen Halbleiterlaser gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 14(a)–14(d) Schnittansichten, die die Verfahrensschritte in einem Halbleiterlaserherstellungsverfahren gemäß dem Stand der Technik darstellen;
  • 15 eine Darstellung zur Erläuterung einer Leckstrom-Pfadbreite bei einem herkömmlichen Halbleiterlaser; und
  • 16(a) und 16(b) Schaltungen, die jeweils eine Laseranordnung ansteuern.
  • Die Erfinder untersuchten experimentiell die Wachstumskonfiguration von Schichten, die eine mittels Trockenätzens ausgebildete Mesastruktur einbetten und nahezu senkrecht zur Substratoberfläche liegende Seitenoberflächen besitzen.
  • Nachfolgend wird die Wachstumskonfiguration der Mesa-Einbettungsschichten beschrieben. Die 1(a)–1(e) zeigen Schnittansichten, die jeweils ein Beispiel des Experiments in der Wachstumskonfiguration darstellen. Der Schnitt erfolgt senkrecht zu einer <110>-Richtung. Zu Beginn werden eine p-InP-Pufferschicht 2, eine InGaAsP-aktive Schicht 3 sowie eine erste n-InP-Hüllschicht 4 nacheinander epitaktisch auf einem p-InP-Substrat 1 abgeschieden bzw. aufgewachsen. Daraufhin wird eine SiO2-Schicht 5 in einem streifenförmigen Bereich der ersten Hüllschichtoberfläche abgeschieden, die sich entlang einer <110>-Richtung erstreckt. Gemäß 1(a) wird unter Verwendung der SiO2-Schicht 5 als Maske ein Trockenätzen durchgeführt, wodurch ein Mesa 21 mit nahezu senkrecht zur Substratoberfläche, d.h. der (001)-Oberfläche liegenden Seitenoberflächen ausgebildet wird. Daraufhin wird unter Verwendung der SiO2-Schicht 5 als Maske nacheinander eine p-InP-Schicht 6 und eine n-InP-Schicht 7 zur Einbettung des Mesas 21 selektiv aufgewachsen. Als Ergebnis der Untersuchung der Wachstumskonfiguration der Mesa-Einbettungsschichten ergeben sich die folgenden Tatsachen.
  • Gemäß 1(b) wird die p-InP-Schicht 6 derart aufgewachsen, daß sie nahezu die Form der Seitenoberfläche des Mesas 21, d.h. der (110)-Oberfläche, und der oberen Oberfläche der Pufferschicht 2, die an den entgegengesetzten Seiten des Mesas 21 verbleibt, d.h. der (001)-Oberfläche, beibehält.
  • Wenn darüber hinaus die n-InP-Schicht 7 aufgewachsen wird, unterscheidet sich die obere Oberfläche der Pufferschicht 2 ((001)-Oberfläche), die an den gegenüberliegenden Seiten des Mesas 21 übrigbleibt, und die Mesaseitenoberfläche ((110)-Oberfläche) durch unterschiedliche Wachstumsgeschwindigkeiten. Da die Ladungsträgerkonzentration der n-InP-Schicht 7 größer ist, wird die Wachstumsgeschwindigkeit an der Mesaseite geringer, wodurch ein zwischen der Mesaseitenoberfläche und einer in 1(b) strichlinierten Linie ausgebildeter Winkel θ, d.h. eine Oberfläche, an der die Wachstumsoberfläche der n-InP-Schicht 7 oberhalb der oberen Oberfläche der Pufferschicht 2 an den gegenüberliegenden Seiten des Mesas ((001)-Oberfläche) in Kontakt ist mit ihrer Wachstumsoberfläche oberhalb der Mesaseitenoberfläche ((110)-Oberfläche), kleiner wird. Die konkreten Beispiele sind in den 1(c)–1(e) dargestellt. Wie sich aus diesen Figuren ergibt, betragen die Winkel θ die Werte 10°, 20° und 40°, wenn die Ladungsträgerkonzentration n der n-InP-Schicht 7 jeweils ca. 7 × 1018 cm–3, 4 × 1018 cm–3 und 1 × 1018 cm–3 betragen. In den in den Fi guren dargestellten Schnittansichten schreitet das Wachstum der n-InP-Schicht 7 bis zur (001)-Oberfläche der n-InP-Schicht 7 voran und wird mit der (111)B-Oberfläche fortgesetzt, d.h. die (110)-Oberfläche verschwindet. Die 2 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Winkel θ und der Ladungsträgerkonzentration der n-InP-Schicht 7 darstellt.
  • Vorausgesetzt, die Dicke der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Schicht 7 ist D und die Dicke D, wenn die (001)-Oberfläche der n-InP-Schicht 7 mit der (111)B-Oberfläche fortgesetzt wird, ist Dn, unterscheidet sich die Wachstumskonfiguration der n-InP-Schicht 7, wenn die Dicke D kleiner ist als die Dicke Dn, stark von der Wachstumskonfiguration, wenn D größer ist als Dn. Die 3(a)–3(c) zeigen Schnittansichten, die jeweils den Zustand der Wachstumskonfiguration der n-InP-Schicht 7 in Abhängigkeit von seinen Dicken D unter der Bedingung einer festen Ladungsträgerkonzentration darstellen. Wenn gemäß 3(a) D kleiner als Dn ist, bilden die (111)B-Oberfläche und die (110)-Oberfläche die Seiten des Mesas, während die (001)-Oberfläche, die die Kristalloberfläche an den gegenüberliegenden Seiten des Mesas ausbildet, nicht mit der (111)B-Oberfläche fortgesetzt wird. Wenn die Dicke D größer oder gleich Dn ist, verschwindet die (110)-Oberfläche, weshalb die (001)-Oberfläche kontinuierlich in der (111)B-Oberfläche fortgesetzt wird (3(b)). Wenn darüber hinaus das Wachstum der n-InP-Schicht 7 fortgesetzt wird und D größer ist als Dn, wächst die n-InP-Schicht 7 auch auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht 6 (3(c)). Zur Vervollständigung eines Halbleiterlasers wird eine p-Stromsperrschicht auf der als Stromsperrschicht dienenden n-InP-Schicht 7 aufgewachsen und nach Entfernen der SiO2-Schicht 5 eine zweite Hüllschicht und eine Kontaktschicht auf der gesamten Oberfläche aufgewachsen bzw. abgeschieden. Wenn bei diesem Wachstum die n-InP-Schicht 7 auf der (111)B-Oberflä che der p-InP-Einbettungsschicht 6 auf gewachst wird, entsteht ein Kontakt zwischen der n-InP-Schicht 7 und der ersten n-InP-Hüllschicht 4, wodurch sich eine beträchtliche Verschlechterung der Lasereigenschaften ergibt.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf den vorstehend beschriebenen Erkenntnissen. Wenn gemäß 4 der Mesa 21 eine Höhe Hm besitzt und mittels Trockenätzens ausgebildet und mit der eine Dicke Dp aufweisenden p-InP-Einbettungsschicht 6 und der n-InP-Einbettungsschicht (Stromsperrschicht) 7 eingebettet ist, ist die Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Schicht 7 kleiner oder gleich Dn, weshalb die n-InP-Schicht 7 nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht 6 aufgewachsen wird. Wenn die Wachstumsgeschwindigkeiten der n-InP-Schicht 7 auf der (110)-Oberfläche und der (001)-Oberfläche jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, wird der Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) dargestellt. Wenn darüber hinaus ein zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeter Winkel θ111 ist, wird die kritische Dicke Dn der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Schicht 7, wenn die n-InP-Schicht 7 nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen ist, durch folgende Gleichung ausgedrückt
    Figure 00300001
  • Der Wert von tan θ111 ist √2. Auf der Grundlage der von den Erfindern gemachten vorstehend beschriebenen Untersuchungen werden nachfolgend die erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele beschrieben.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • Nachfolgend wird eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Die 5(a)–5(c) zeigen Schnittansichten, die Verfahrensschritte in einem Halbleiterlaserherstellungsverfahren darstellen, bei dem eine Mesastruktur durch Trockenätzen von auf einem p-InP-Substrat abgeschiedenen Schichten ausgebildet wird. Die 4 zeigt eine Schnittansicht eines Halbleiterlasers, der gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.
  • Zu Beginn werden ein p-InP-Wafer 1 mit einer (001)-Oberfläche an seiner vorderen Oberfläche, eine p-InP-Pufferschicht 2 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 ×1018 cm–3 und einer Dicke von 1,8 μm, eine nicht-dotierte 1,3 μm-Band InGaAsP-aktive Schicht 3 mit einer Dicke von 0,1 μm und eine erste n-InP-Hüllschicht 4 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 0,7 μm nacheinander vorzugsweise mittels eines MOCVD-Verfahrens oder Gasquellen MBE (Molekularstrahlepitaxie) aufgewachsen bzw. abgeschieden, wodurch aufgewachsen Halbleiterschichten mit einer Doppelheteroübergangsstruktur ausgebildet werden. Die aktive Schicht 3 muß nicht aus einer InGaAsP-Einfachschicht bestehen, sondern kann eine Schicht mit einer Mehrfachquantenwellstruktur aufweisen. Als nächstes wird eine als Maske für das selektive Aufwachsen dienende SiO2-Schicht 5 mit einer Breite von 1,5 μm auf einem streifenförmigen Bereich der ersten Hüllschicht 4 in einer sich entlang einer <110> erstreckenden Richtung vorzugsweise durch ein Sputterverfahren oder mittels eines MOCVD-Verfahrens (chemische Dampfabscheidung) abgeschieden. Im Schritt gemäß 5(a) werden die abgeschiedenen Halbleiterschichten unter Verwendung dieser SiO2-Schicht 5 als Maske einem Trockenätzverfahren unterworfen, wie beispielsweise einem RIE-Verfahren (reaktives Ionenätzen), bei dem vorzugsweise C2H6 + H2-Systemgas zum Ausbilden einer sich entlang der <110>-Richtung erstreckenden Mesastruktur 21 verwendet wird. Die Höhe Hm des Mesas, d.h. eine Ätztiefe, wird beispielsweise auf 2,0 μm eingestellt. Bei dem Ätzvorgang wird aus der oberen Oberfläche der p-InP-Pufferschicht 2, die an den gegenüberliegenden Seiten des Mesas verbleibt, zu einer (001)-Oberfläche, während die Mesaseitenoberfläche nahezu eine (110)-Oberfläche wird. Das für das Trockenätzverfahren verwendete Gas kann aus CH4 + H2 oder CH4 + H2 + O2 bestehen.
  • Daraufhin wird gemäß 5(b) unter Verwendung der SiO2-Schicht 5 als einer Maske eine p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 8 × 1017 cm–3 und einer Dicke von 0,2 μm, eine n-InP-Stromsperrschicht 7 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 7 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 1,2 μm an der (001)-Oberfläche und eine p-InP-Stromsperrschicht 8 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 8 × 1017 cm–3 und einer Dicke von 0,6 μm nacheinander selektiv mittels eines MOCVD-Verfahrens auf den Bereichen des Wafers aufgewachsen bzw. abgeschieden, die nicht mit der SiO2-Schicht 5 maskiert sind. Bei diesem Aufwachsen bzw. Abscheiden bildet die (001)-Oberfläche und die (110)-Oberfläche die Oberfläche der p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 nach dem Aufwachsen, während die n-InP-Stromsperrschicht 7 auf diesen Oberflächen gemäß 1(b) aufgewachsen wird. Da die Ladungsträgerkonzentration der n-InP-Stromsperrschicht 7 7 × 1018 cm–3 beträgt, ergibt sich aus 2, daß ein Winkel θ, der zwischen der (110)-Oberfläche und einer ebenen Oberfläche bestehend aus einer Linie, an der sich die (001)-Oberfläche und die (110)-Oberfläche als aufgewachsen Oberflächen der n-InP-Stromsperrschicht 7 zueinander benachbart sind, und einer Linie, bei der die (001)-Oberfläche und die (110)-Oberfläche als die Oberflächen der p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 zuein ander benachbart sind, 10° beträgt. Wenn die Wachstumsgeschwindigkeiten der n-InP-Mesa-Einbettungsschicht 7 auf der (110)-Oberfläche und auf der (001)-Oberfläche jeweils Rg(110) und Rg(001) betragen, wird der Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) dargestellt. Um daher ein Wachstum der n-InP-Stromsperrschicht 7 auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Mesaeinbettungsschicht 6 zu verhindern, muß die kritische Dicke Dn, der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen Stromsperrschicht 7 1,214 μm betragen, was sich aus der vorstehend beschriebenen Gleichung ergibt:
    Figure 00330001
    wobei Dp die Dicke der p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 und θ111 ein zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeter Winkel ist. Der Wert von tan θ111 beträgt √2. Folglich ist die Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Stromsperrschicht 7 1,2 μm, wodurch die Beziehung D ≤ Dn erfüllt wird.
  • Im Schritt gemäß 5(c) wird nach Entfernen der SiO2-Schicht 5 mittels einer HF-Systemätzlösung eine zweite n-InP-Hüllschicht 9 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 1,5 μm sowie eine n-InP-Kontaktschicht 10 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 7 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 0,5 μm nacheinander auf der gesamten Oberfläche des Wafers vorzugsweise mittels eines MOCVD-Verfahrens oder einem Gasquellen-MBE-Verfahrens abgeschieden bzw. aufgewachsen. Daraufhin wird eine vordere Elektrode 11 bestehend aus Cr/Au mit einer Dicke von 200 nm an der Oberfläche der n-InP-Kontaktschicht 10 vorzugsweise mittels eines Sputterverfahrens ausgebildet. Eine rückseitige Elektrode 12 bestehend aus AuZn wird mit einer Dicke von 100 nm an der rückseitigen Oberfläche des p-InP-Substrats 1 vorzugsweise mittels eines EB- (Elektronenstrahl)-Verdampfungsverfahrens ausgebildet. Daraufhin wird der Wafer in getrennte Halbleiterlaserchips aufgetrennt bzw. gespalten, wobei jeder Chip eine Resonator länge von 300–600 μm aufweist. Zuletzt wird eine vordere Facette eines jeden Chips bzw. Bausteins mit einem vorderen Facettenreflexionsfilm bestehend aus einer Al2O3-Schicht, einer Dicke von 400 nm und einem Reflexionsvermögen von 30 % beschichtet, während eine rückseitige Facette mit einem rückseitigen Facettenreflexionsfilm bestehend aus SiO2, Si, SiO2 und Al2O3-Schichten mit jeweiligen Dicken von ca. 220, 100, 220 und 400 nm beschichtet, wobei die Schichten nacheinander vorzugsweise mit einem EB-Verdampfungsverfahren ausgebildet werden und ein Reflexionsvermögen von 60 % aufweisen, wodurch der in 5(c) dargestellte Halbleiterlaser vervollständigt wird.
  • Gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Stromsperrschicht 7 1,2 μm und damit kleiner oder gleich Dn, da die Ladungsträgerkonzentration der n-InP-Stromsperrschicht 7 den Wert 7 × 1018 cm–3 beträgt. Die n-InP-Stromsperrschicht 7 wird daher nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 aufgewachsen so daß der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht 7 und der ersten n-InP-Hüllschicht 4 vermieden wird. Gemäß 6 wird die an der Seitenoberfläche des Mesas 21 ausgebildete p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 zu einem Pfad für den Leckstrom, der die Laseroszillation nicht beeinflußt, während die in 6 dargestellte Leckstrom-Pfadbreite von der Dicke der an den gegenüberliegenden Seiten des Mesas benachbarten p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 abhängt. Da der Mesa mittels Trockenätzens ausgebildet wird, können die Seitenoberflächen des Mesas mit guter Reproduzierbarkeit nahezu senkrecht zur Substratoberfläche hergestellt werden, so daß die Dickensteuerung der auf der Mesaseitenoberfläche aufgewachsen p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 erleichtert wird. Folglich wird die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert und der Kontakt der n-InP-Schichten wie vorstehend beschrieben wurde, vermieden. Dadurch kann ein Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften hergestellt werden. Obwohl der Mesastreifen entlang der <110>-Richtung ausgebildet wurde, ist es darüber hinaus möglich den Mesastreifen in einer geeigneten Richtung mit Ausnahme der <110>-Richtung auszubilden, da die Mesaausbildung mittels Trockenätzens durchgeführt wird, so daß man einen optischen Wellenleiter mit einem in einer geeigneten Richtung ausgebildeten Mesa erhält. Da zum Ausbilden des Mesas ein Trockenätzverfahren verwendet wird, kann ein feiner strukturierter Mesa als beim vorhergehenden Naßätzverfahren ausgebildet werden. Die integrierte optische Vorrichtung kann folglich mit verbesserten Eigenschaften bei guter Steuerbarkeit hergestellt werden.
  • Wenn die Ladungsträgerkonzentration der n-InP-Stromsperrschicht 7 nicht 7 × 1018 cm–3 sondern beispielsweise 4 × 1018 cm–3 ist, sollte die Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen Stromsperrschicht 7 1,0 μm betragen. In diesem Fall beträgt der Winkel θ 20° und die aus der vorstehend beschriebenen Gleichung erhaltene Dicke Dn 1,002 μm. Da D daher kleiner oder gleich Dn ist, wird der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht 7 und der ersten n-InP-Hüllschicht 4 verhindert.
  • Wenn darüber hinaus die Ladungsträgerkonzentration und der n-InP-Stromsperrschicht 7 beispielsweise 1 × 1018 cm–3 beträgt, sollte die Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen Stromsperrschicht 7 0, 6 μm betragen. In diesem Fall beträgt der Winkel θ 40° und der von der vorstehend beschriebenen Gleichung erhaltene Wert Dn 0,694 μm. Da D daher kleiner oder gleich Dn ist, wird der Kontakt der n-InP-Stromsperrschicht 7 mit der ersten n-InP-Hüllschicht 4 verhindert.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Halbleiterlasers und eines Verfahrens zur Herstellung des Halbleiterlasers gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gegeben.
  • Die 7(a) und 7(b) zeigen Schnittansichten, die Verfahrensschritte in einem Halbleiterlaserherstellungsverfahren und einen Halbleiterlaser darstellen, der entsprechend diesem Verfahren hergestellt wurde. Gleiche Bezugszeichen wie in 5(a)–5(c) bezeichnen gleiche oder entsprechende Elemente, weshalb auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird. Im Halbleiterlaserherstellungsverfahren gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die Verfahrensschritte bis zur Ausbildung des Mesas die gleichen wie im ersten Ausführungsbeispiel.
  • Nach dem Ausbilden des Mesas werden gemäß 7(a) unter Verwendung der SiO2-Schicht 5 als Maske die p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 8 × 1017 cm–3 und einer Dicke von 0,2 μm, die n-InP-Stromsperrschicht 7 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 0,6 μm auf der (001)-Oberfläche, die p-InP-Stromsperrschicht 8 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 8 × 1017 cm–3 und einer Dicke von 0,6 μm und eine n-InP-Deckschicht 19 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 0,4 μm nacheinander selektiv mittels eines MOCVD-Verfahrens auf den Bereichen des Wafers, die nicht mit der SiO2-Schicht 5 maskiert wurden, aufgewachsen bzw. abgeschieden. Da in diesem Fall die Ladungsträgerkonzentration der n-InP-Stromsperrschicht 7 1 × 1018 cm–3 ist, beträgt der Winkel θ 40°. Um daher die n-InP-Stromsperrschicht 7 nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Mesaeinbettungsschicht 6 aufzuwachsen, beträgt die kritische Dicke Dn der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen Stromsperrschicht 7 0,694 μm. Folglich ist die Dicke der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Stromsperrschicht 7 0,6 μm, wodurch die Beziehung D ≤ Dn erfüllt wird. Der Halbleiterlaser gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem des ersten Ausführungsbeispiels dahingehend, daß die n-InP-Deckschicht 19 auf der p-InP-Stromsperrschicht 8 aufgewachsen bzw. abgeschieden wird.
  • Daraufhin wird wie beim Halbleiterlaserherstellungsverfahren gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach Entfernen der SiO2-Schicht 5 die zweite n-InP-Hüllschicht 9, die n-InP-Kontaktschicht 10, die vordere Elektrode 11 und die rückseitige Elektrode 12 ausgebildet und nachfolgend der Wafer gespalten bzw. aufgetrennt und die vorderen und rückseitigen Facettenreflexionsfilme beschichtet, wodurch der Halbleiterlaser gemäß 7(b) vervollständigt wird.
  • Gemäß dem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel beträgt wie vorstehend beschrieben die Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Stromsperrschicht 7 0,6 μm und ist kleiner oder gleich der Dicke Dn. Daher wird der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht 7 und der ersten n-InP-Hüllschicht 4 vermieden, wodurch ein Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften bei guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann. Nach dem Entfernen der SiO2-Schicht 5 wird ferner die zweite n-InP-Hüllschicht 9 auf der n-InP-Deckschicht 19 erneut aufgewachsen. Diese Nachwachsschnittstelle ist keine p-n-Übergangsschnittstelle, sondern eine Schnittstelle zwischen n-Schichten. Ein Anstieg des Leckstroms aufgrund von Schnittstellenstörungen, die verursacht werden, wenn die Nachwachs-Schnittstelle aus einer p-n-Übergangsschnittstelle besteht, wird dadurch vermieden, weshalb die Zuverlässigkeit des Halbleiterlasers im Vergleich zum Halbleiterlaser gemäß 5(c) verbessert wird, bei dem die zweite n- InP-Hüllschicht 9 auf der p-InP-Stromsperrschicht 8 aufgewachsen bzw. abgeschieden wird.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • Beim Halbleiterlaser, bei dem an gegenüberliegenden Seiten des durch Trockenätzen ausgebildeten Mesas Mesa-Einbettungsschichten aufgewachst werden, sind verbesserte Lasereigenschaften gefordert. Tatsächlich erhält man jedoch keine dem Halbleiterlaser äquivalente Lasereigenschaften, bei denen der Mesa mittels Naßätzens ausgebildet wird. Gemäß der Literaturstelle B.-T. Lee, et al., IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Band 5, Nr. 3, März 1993, Seiten 279–280 und Artikeln von Electronics Society Meetings of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, C-292, Seiten 292, verschlechtern physikalische Beschädigungen der Mesaseitenoberfläche aufgrund des Trockenätzens die Lasereigenschaften des Halbleiterlasers unter Verwendung des Trockenätzverfahrens gegenüber den Lasereigenschaften eines Halbleiterlasers unter Verwendung eines Naßätzverfahrens, wobei die mittels Trockenätzen ausgebildete Mesaseitenoberfläche weiter um ca. 0,1 μm oder mehr naßgeätzt wird, wodurch die Lasereigenschaften des Halbleiterlasers unter Verwendung des Trockenätzverfahrens gleichwertig den Eigenschaften des Halbleiterlasers unter Verwendung des Naßätzverfahrens werden. Wenn jedoch das Naßätzverfahren zusätzlich nach dem Trockenätzverfahren durchgeführt wird, wird die mit guter Gleichmäßigkeit durch das Trockenätzverfahren ausgebildete Mesastreifenstruktur verändert.
  • Als Ergebnis wiederholter sorgfältiger Untersuchungen durch die Erfinder konnte festgestellt werden, daß die Ursache für die beim Halbleiterlaser nicht realisierten verbesserten Lasereigenschaften, bei dem die Mesa-Einbettungsschichten an gegenüberliegenden Seiten des durch Trockenätzen ausgebildeten Mesas aufgewachst wurden, nicht von der physikalischen Beschädigung der Mesaseitenoberfläche aufgrund des Trockenätzens, sondern aufgrund einer Rillenbildung der Mesaseitenoberfläche hervorgerufen wird, die beim Ausbilden des Mesas entsteht, d.h. einer Rillenbildung der Mesabreite. Im Nachfolgenden wird eine genaue Beschreibung dieser Rillenbildung gegeben.
  • Die 8(a)–8(e) zeigen Schnittansichten sowie eine perspektivische Ansicht von Verfahrensschritten zum Ausbilden einer Maske für die Mesaherstellung. Gemäß 8(a) werden zu Beginn die p-InP-Pufferschicht 2, die nicht-dotierte InGaAsP-aktive Schicht 3 sowie die erste n-InP-Hüllschicht 4 nacheinander auf dem p-InP-Substrat aufgewachsen bzw. abgeschieden, wodurch abgeschiedene Halbleiterschichten ausgebildet werden, während die SiO2-Schicht 5 über der gesamten Oberfläche der ersten Hüllschicht 4 abgeschieden wird. Als nächstes wird gemäß 8(b) die gesamte Oberfläche der SiO2-Schicht 5 mit einem Photoresist 101 beschichtet. Im Schritt gemäß 8(c) wird eine Photomaske 105 in der Nähe der Oberfläche des Photoresists 101 aufgelegt, wobei Belichtungslicht 107 den Wafer von oben bestrahlt. Nachdem die Photomaske 105 vom Photoresist 101 getrennt wurde, wird zum Ausbilden eines streifenförmigen Resistmusters 101 eine Entwicklung durchgeführt (8(d)). Daraufhin wird unter Verwendung des Resistmusters 101 als Maske die SiO2-Schicht 5 plasmageätzt und das Resistmuster 101 entfernt, wodurch die streifenförmige SiO2-Schicht 5 ausgebildet wird, die als Ätzmaske für die Mesaausbildung und als Maske für das selektive Wachstum der Mesa-Einbettungsschichten dient. Wenn wie vorstehend beschrieben zum Ausbilden des Resistmusters 101 eine Kontaktbelichtung verwendet wird, um ein streifenförmiges Resistmuster mit einer Breite von 2 μm zu erzeugen, muß die Musterbreite der Photomaske 105 2 μm, d.h. der Wert muß gleich der Breite des Resistmusters sein. Um darüber hinaus eine Über- oder Unterbelichtung zu vermeiden, sollte die Dicke des Resists 101 dünn sein, d.h. ca. 0,1 μm. Für den Fall, daß der Resist 101 dünn ist, kann für das Ätzen der SiO2-Schicht 5, die den Resist 101 als Maske verwendet, kein RIE-Verfahren eingesetzt werden. Daher wird dieses Ätzen durch ein Plasmaätzen durchgeführt. Wenn jedoch das Plasmaätzen durchgeführt wird, besitzt die Seitenoberfläche der streifenförmigen SiO2-Schicht 5 eine zufällige Rillenbildung, die die Form des Resistmusters 101 nicht wiedergibt.
  • Nach Ausbilden der streifenförmigen SiO2-Schicht 5 gemäß 9(a) ist die Rillenbreite b der Mesaseitenoberfläche kleiner als die Rillenbreite a der Seitenoberfläche der SiO2-Schicht 5 (9(b)), wenn die abgeschiedenen Halbleiterschichten unter Verwendung der streifenförmigen SiO2-Schicht 5 als Maske zum Ausbilden der Mesastruktur 20 naßgeätzt werden. Dies liegt daran, dass das Naßätzen ein chemisches Ätzen darstellt, welches derart durchgeführt wird, daß eine schwer zu ätzende Oberfläche übrigbleibt. Da die Mesaseitenoberfläche durch dieses Naßätzen ausgebildet wird, werden die Ungleichmäßigkeiten der Mesaseitenoberfläche weicher als die der Seitenoberfläche des Maskenmusters, selbst wenn die Rillenbildung an der Seitenoberfläche des Maskenmusters vorhanden ist. Wie vorstehend beschrieben ist es jedoch in diesem Fall schwierig, die Leckstrom-Pfadbreite genau zu steuern und eine schmale Mesastruktur auszubilden.
  • Wenn hingegen gemäß 10(a) die Mesastruktur 21 mittels eines RIE-Verfahrens ausgebildet wird, geben die Seitenoberflächen der Mesastruktur 21 vollständig die Form der Seitenoberfläche der als Ätzmaske dienenden SiO2-Schicht 5 wieder. Dies liegt daran, da das RIE-Verfahren ein physikalisches Ätzverfahren ist, welches derart durchgeführt wird, daß die geätzte Oberfläche entfernt wird und eine spezifische Kristalloberfläche nicht an der geätzten Oberfläche frei liegt. Die Rillenbreite der Mesaseitenoberfläche W ist daher nahezu gleich der Rillenbreite der Sei tenoberfläche der streifenförmigen SiO2-Schicht 5 (10(b)).
  • Die 11 zeigt eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Rillenbreite W der durch ein RIE-Verfahren hergestellten Mesaseitenoberfläche und der charakteristischen Temperatur T0 des Lasers zeigt. Im Allgemeinen wird die Temperaturabhängigkeit der Schwellenwert-Stromdichte Jth eines Lasers durch folgende Gleichung dargestellt: Jth = Jth0 e × P (T/T0),wobei Jth0 die proportionale Konstante und T0 die charakteristische Temperatur des Lasers darstellt. Dies bedeutet, daß die charakteristische Temperatur T0 angibt, wie hoch die Temperatur ist, bei der der Laser seine bei Zimmertemperatur äquivalenten Lasereigenschaften beibehalten kann, wobei die Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen besser sind, wenn T0 höher ist. Eine strichlinierte Linie zeigt in der Figur einen Modellwert der charakteristischen Temperatur T0 in einem Laser mit einer durch Naßätzen ausgebildeten Mesastruktur. Wie sich aus der Figur ergibt, ist die charakteristische Temperatur T0 äquivalent zu der eines Lasers, dessen Mesa durch Naßätzen ausgebildet wurde, sofern die Rillenbreite W der Mesaseitenoberfläche kleiner oder gleich 40 nm ist. Folglich werden die Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen verschlechtert, wenn die Rillenbreite W größer als 40 nm ist.
  • In einem Halbleiterlaser wird die Verschlechterung der Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen durch einen Anstieg eines außerhalb einer aktiven Schicht fließenden Stromes, d.h. eines Leckstromes, hervorgerufen. Selbst wenn die Ätzmaske in einer Richtung ausgebildet wird, in der die Mesaseitenoberfläche eine (110)-Oberfläche aufweist, ent steht frühes Wachstum der p-InP-Mesa-Einbettungsschicht in der Nähe der gegenüberliegenden Seiten des Mesas in einer Richtung, die einen leichten Winkel zur (110)-Oberfläche bildet, wenn die Rillenbildung der Mesaseitenoberfläche groß ist. Dadurch unterscheiden sich die Ladungsträgerkonzentration beim aufgewachsen Abschnitt sowie die Aufwachsdicke von den jeweiligen Entwurfswerten. Wenn wie vorstehend beschrieben die Rillenbreite W der Mesaseitenoberfläche groß ist, wird der die Mesa-Einbettungsschicht darstellende Kristall, der als Leckstrompfad an den gegenüberliegenden Seiten der aktiven Schicht dient, ein unerwünschter, weshalb sich die Kristallqualität verschlechtert. Daher steigt die Wahrscheinlichkeit eines Leckstromflußes, während die Schwellenwert-Stromdichte hoch ist. Dies erklärt, warum die charakteristische Temperatur T0 mit einem Anstieg der Rillenbreite W der Mesaseitenoberfläche gemäß 11 abfällt.
  • Zur Vermeidung der Verschlechterung der Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen ist daher eine Verringerung der Rillenbreite der Mesaseitenoberfläche gefordert. Wenn wie vorstehend beschrieben ein RIE-Verfahren zur Ausbildung des Mesas verwendet wird, sollte die Rillenbreite der Seitenoberfläche der streifenförmigen SiO2-Schicht 5 verringert werden, da die Mesaseitenoberfläche die Form der Seitenoberfläche des SiO2-Schicht 5 als Ätzmaske wiederspiegelt. Da jedoch für die Belichtung der als Ätzmaske für die SiO2-Schicht 5 dienende Photoresist 101 eine Kontaktbelichtung als Belichtung verwendet wird, muß die Dicke des Resist 101 klein bzw. dünn sein, ca. 0,1 μm, so daß dieses Ätzen durch ein Plasmaätzen durchgeführt werden muß. Bei diesem Plasmaätzen wird an der Seitenoberfläche der streifenförmigen SiO2-Schicht 5 eine zufällige Rillenbildung erzeugt. Folglich kann die Rillenbreite W der Mesaseitenoberfläche nicht kleiner oder gleich 40 nm sein, weshalb die charakteristi sche Temperatur T0 des Lasers geringer ist als die eines Lasers, dessen Mesa durch Naßätzen ausgebildet wurde.
  • Gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird durch Verringern der Rillenbreite der Mesaseitenoberfläche die Mesastruktur ausreichend durch Trockenätzen eingebettet, wodurch man verbesserte Geräteeigenschaften erhält und eine sehr wirkungsvolle Maßnahme zur Realisierung einer integrierten optischen Vorrichtung.
  • Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Halbleiterlasers und eines Halbleiterlaserherstellungsverfahrens gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gegeben.
  • Die 12(a)–12(f) zeigen Schnittansichten sowie perspektivische Ansichten, die Verfahrensschritte in einem Halbleiterlaserherstellungsverfahren sowie einen Halbleiterlaser darstellen, der mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wird.
  • Wie beim ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird zu Beginn auf dem p-InP-Wafer 1 mit einer (001)-Oberfläche an seiner vorderen Oberfläche die p-InP-Pufferschicht 2 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 1,8 μm, die nicht-dotierte 1,3 μm-Band InGaAsP-aktive Schicht 3 mit einer Dicke von 0,1 μm und die erste n-InP-Hüllschicht 4 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 0,7 μm nacheinander vorzugsweise mittels eines MOCVD-Verfahrens oder eines Gasquellen-MBE-Verfahrens zum Ausbilden von abgeschiedenen Halbleiterschichten mit einer Doppelheteroübergangs-Struktur abgeschieden bzw. aufgewachsen. Die aktive Schicht 3 muß nicht eine einfache InGaAsP-Schicht sein, sondern kann eine Schicht mit einer Mehrfachquantenwellstruktur aufweisen. Darüber hinaus wird die SiO2-Schicht 5 mit einer Dicke von 200 nm auf der gesamten Ober fläche der ersten n-InP-Hüllschicht 4 vorzugsweise durch ein Sputterverfahren oder CVD-Verfahren abgeschieden.
  • Gemäß 12(a) wird als nächstes die gesamte Oberfläche der SiO2-Schicht 5 mit einem Photoresist 102 beschichtet. Da, wie nachfolgend beschrieben wird, eine verringerte Projektionsbelichtung als Belichtung verwendet wird, kann die Dicke des Photoresists 102 größer als die Resistdicke von 0,1 μm sein, wenn Kontaktbelichtung durchgeführt wird, d.h. ca. 0,5 μm.
  • Im Schritt gemäß 12(b) wird eine Reduktions-Projektionsbelichtung unter Verwendung einer Photomaske (reticle) 106 durchgeführt. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 108 das für die Belichtung verwendete Licht. Für den Fall, daß das Reduktionsverhältnis der Belichtung 5 : 1 ist, und unter der Annahme, daß eine Breite eines auszubildenden streifenförmigen Resistmusters 1,5 μm beträgt, kann die Musterbreite der Photomaske 106 7,5 μm betragen. Im Gegensatz zur Kontaktbelichtung, bei der die Musterbreite auf der Photomaske die gleiche Breite aufweisen muß wie das Resistmuster, kann eine überaus geeignete Belichtung auf einfache Weise durchgeführt werden, selbst wenn der Photoresist dick ist.
  • Daraufhin wird zur Ausbildung eines streifenförmigen Resistmusters 102, das sich entlang einer <110>-Richtung erstreckt (12(c)), eine Entwicklung durchgeführt.
  • Anschließend wird unter Verwendung des Resistmusters 102 als Maske die SiO2-Schicht 5 mittels des RIE-Verfahrens geätzt und der Resist 102 zum Ausbilden der streifenförmigen SiO2-Schicht 5 gemäß 12(d) entfernt. Da dieser Resist 102 dick ist (0,5 μm) kann der Resist als Maske für das RIE-Verfahren verwendet werden. In diesem Falle ist die Rillenbildung der Seitenoberfläche der streifenförmigen SiO2-Schicht im Vergleich zu einem Fall, bei dem die SiO2-Schicht unter Verwendung eines durch Kontaktbelichtung als Maske ausgebildeten Resistmusters plasmageätzt wird, geringer.
  • Unter Verwendung dieser SiO2-Schicht 5 als Maske werden die abgeschiedenen Halbleiterschichten einem RIE-Verfahren vorzugsweise unter Verwendung von C2H6 + H2-Systemgas zum Ausbilden der Mesastruktur 21 unterworfen, die sich entlang der <110>-Richtung gemäß 12(e) erstreckt. Eine Höhe Hm des Mesas, d.h. eine Ätztiefe, wird beispielsweise auf 2,0 μm eingestellt. Beim Ätzen verbleibt die obere Oberfläche der p-InP-Pufferschicht 2 an den gegenüberliegenden Seiten des Mesas als eine (001)-Oberfläche, während die Mesaseitenoberfläche nahezu zu einer (110)-Oberfläche wird. Da das für die Mesaausbildung verwendete Ätzverfahren kein Plasmaätzverfahren sondern das RIE-Verfahren darstellt, gibt die Rillenbildung der Mesaseitenoberfläche die Rillenbildung der Seitenoberfläche der streifenförmigen SiO2-Schicht 5 wieder. Wie vorstehend beschrieben ist diese Rillenbildung an der Seite der SiO2-Schicht 5 gering. Die Rillenbreite der Mesaseitenoberfläche wird daher auf 40 nm oder weniger verringert. Das für das RIE-Verfahren verwendete Gas kann CH4 + H2 oder CH4 + H2 + O2 sein.
  • Die nachfolgenden Prozeßschritte sind die gleichen Prozeßschritte wie im ersten Ausführungsbeispiel zum Ausbilden der Mesa-Einbettungsschicht. D.h., daß wie in 5(b) dargestellt, unter Verwendung der SiO2-Schicht 5 als Maske die p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 8 × 1017 cm–3 und einer Dicke von 0,2 μm, die n-InP-Stromsperrschicht 7 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 7 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 1,2 μm auf der (001)-Oberfläche und die p-InP-Stromsperrschicht 8 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 8 × 1017 cm–3 und einer Dicke von 0,6 μm nacheinander selektiv mittels eines MOCVD-Verfahrens auf Bereichen des Wafers aufgewachsen bzw. abgeschieden werden, die nicht mit der SiO2-Schicht 5 maskiert sind. Bei diesem Wachstum bildet die (001)-Oberfläche und die (110)-Oberfläche die Oberfläche der p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 nach dem Wachstum, wobei die n-InP-Stromsperrschicht 7 auf diese Oberflächen gemäß 1(b) aufgewachst bzw. abgeschieden wird. Da die Ladungsträgerkonzentration der n-InP-Stromsperrschicht 7 7 × 1018 cm–3 beträgt, ergibt sich aus 2, daß ein Winkel θ, der zwischen der (110)-Oberfläche und einer ebenen Oberfläche, die eine Linie beinhaltet, bei der die (001)-Oberfläche und die (110)-Oberfläche als abgeschiedene Oberflächen der n-InP-Stromsperrschicht 7 zueinander benachbart sind, und einer Linie, bei der (001)-Oberfläche und die (110)-Oberfläche als Oberflächen der p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 zueinander benachbart sind, 10° beträgt. Wenn die Wachstumsgeschwindigkeiten der n-InP-Mesaeinbettungsschicht 7 an der (110)-Oberfläche und an der (001)-Oberfläche jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, wird der Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) dargestellt. Um daher die n-InP-Stromsperrschicht 7 auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Mesaeinbettungsschicht 6 aufzuwachsen, beträgt die kritische Dicke Dn der auf der (001)-Oberfläche abgeschiedenen bzw. aufgewachsten Stromsperrschicht 7 1,214 μm, was man durch Einsetzen in die vorstehend beschriebene Gleichung
    Figure 00460001
    erhält, wobei Dp die Dicke der p-InP-Mesaeinbettungsschicht 6 und θ111 ein zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeter Winkel ist. Der Wert von tan θ111 beträgt √2. Folglich beträgt die Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Stromsperrschicht 7 1,2 μm, wodurch die Beziehung D ≤ Dn erfüllt wird.
  • Daraufhin wird nach Entfernen der SiO2-Schicht 5 unter Verwendung einer HF-Systemätzlösung die zweite n-InP-Hüllschicht 9 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 1,5 μm sowie die n-InP-Kontaktschicht 10 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 7 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 0,5 μm nacheinander an der gesamten Oberfläche des Wafers vorzugsweise durch ein MOCVD-Verfahren oder Gasquellen-MBE-Verfahren gemäß 5(b) abgeschieden bzw. aufgewachsen. Daraufhin wird die vordere Elektrode 11 bestehend aus Cr/Au mit einer Dicke von 200 nm an der Oberfläche der n-InP-Kontaktschicht 10 vorzugsweise durch ein Sputterverfahren ausgebildet. Die rückseitige Elektrode 12 bestehend aus AuZn wird mit einer Dicke von 100 nm an der rückseitigen Oberfläche des p-InP-Substrats 1 vorzugsweise durch ein EB-Verdampfungsverfahren ausgebildet. Daraufhin wird der Wafer gespalten bzw. in voneinander getrennte Halbleiterlaserbausteine geteilt, die jeweils eine Resonatorlänge (cavity length) von ca. 300 μm (100–1000 μm) aufweisen. Schließlich wird eine vordere Facette eines jeden Bausteins bzw. Chips mit einem Vorderfacettenreflexionsfilm beschichtet, der aus einer Al2O3-Schicht besteht und eine Dicke von 400 nm sowie ein Reflexionsvermögen von 30 % aufweist, während eine rückseitige Facette mit einem Rückseitenfacetten-Reflexionsfilm beschichtet wird, der aus SiO2, Si, SiO2 und Al2O3-Schichten mit den jeweiligen Dicken von 220, 100, 220 und 400 nm besteht, wobei diese Schichten nacheinander vorzugsweise durch ein EB-Verdampfungsverfahren laminiert werden und ein Reflexionsvermögen von 60 % aufweisen, wodurch der in 12(f) dargestellte Halbleiterlaser vervollständigt wird.
  • Gemäß dem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist die Rillenbreite W der Seitenoberfläche der streifenförmigen Mesastruktur 21 kleiner oder gleich 40 nm. Da die Rillenbildung an der Mesaseitenoberfläche klein ist und die zur Mesaseitenoberfläche benachbarte p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 nahezu auf der (110)-Oberfläche aufgewachst wird, entspricht die Ladungsträgerkonzentration in den aufgewachsten Abschnitten und die Wachstumsdicke nahezu den Werten der Entwurfswerte bzw. beabsichtigten Werte, wodurch man eine gute Kristallqualität der Mesa-Einbettungsschicht 6 erhält. Die Mesa-Einbettungsschicht 6 dient daher wie gewollt als Leckstrompfad an den gegenüberliegenden Seiten der aktiven Schicht 3, wobei ein Fließen des Leckstroms durch die Mesa-Einbettungsschicht 6 unterdrückt wird. Folglich erhält man einen Laser mit verbesserten Temperatureigenschaften, bei dem die Schwellenwert-Stromdichte bei Zimmertemperatur verringert ist, ein Anstieg des Leckstroms bei hohen Temperaturen unterdrückt wird und eine Verschlechterung der Lasereigenschaften bei hohen Temperaturen verhindert wird.
  • Da die Ladungsträgerkonzentration der n-InP-Stromsperrschicht 7 7 × 1018 cm–3 beträgt, besitzt darüber hinaus wie im ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Dicke D der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Stromsperrschicht 7 den Wert 1,2 μm und ist kleiner oder gleich Dn. Daher wird die n-InP-Stromsperrschicht 7 nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 aufgewachsen bzw. abgeschieden, so daß der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht 7 und der ersten n-InP-Hüllschicht 4 vermieden wird. Da die Mesastruktur 21 durch ein RIE-Verfahren ausgebildet wird, liegen die Seitenoberflächen bei guter Reproduzierbarkeit nahezu senkrecht zur Substratoberfläche, so daß die Dickensteuerung der auf der Mesaseitenoberfläche aufgewachseen p-InP-Mesa-Einbettungsschicht 6 erleichtert wird. Folglich kann die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert werden und der Kontakt zwischen den n-InP-Schichten wie vorstehend beschrieben vermieden werden, wodurch ein Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften hergestellt werden kann. Obwohl sich der Mesastreifen entlang der <110>-Richtung erstreckt, kann der Mesastreifen darüber hinaus in einer geeigneten Richtung mit Ausnahme der <110>-Richtung ausgebildet werden, da die Mesaausbildung durch Trockenätzen durchgeführt wird, so daß ein optischer Wellenleiter mit einem Mesa in einer geeigneten Richtung hergestellt werden kann. Da für die Ausbildung des Mesas ein Trockenätzverfahren verwendet wird, ist es möglich einen feiner strukturierten Mesa als beim vorher verwendeten Naßätz-Verfahren auszubilden. Folglich kann eine integrierte optische Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften bei guter Steuerbarkeit hergestellt werden.
  • Wenn die Ladungsträgerkonzentration der n-InP-Stromsperrschicht 7 nicht 7 × 1018 cm–3 sondern beispielsweise 4 × 1018 cm–3 beträgt, sollte die Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen Stromsperrschicht 7 1,0 μm betragen. In diesem Fall beträgt der Winkel θ 20° und die aus der vorstehend beschriebenen Gleichung erhaltene Dicke Dn 1,002 μm. Da D daher kleiner oder gleich Dn ist, wird der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht 7 und der ersten n-InP-Hüllschicht 4 verhindert.
  • Wenn darüber hinaus die Ladungsträgerkonzentration der n-InP-Stromsperrschicht 7 beispielsweise 1 × 1018 cm–3 beträgt, sollte die Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen Stromsperrschicht 7 0,6 μm betragen. In diesem Fall beträgt der Winkel θ 40° und die von der vorstehend beschriebenen Gleichung erhaltene Dicke Dn 0,694 μm. Da D kleiner oder gleich Dn ist, kann daher der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht 7 und der ersten n-InP-Hüllschicht 4 verhindert werden.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • Nachfolgend wird eine Beschreibung eines Halbleiterlasers und eines Halbleiterlaserherstellungsverfahrens gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gegeben.
  • Bei diesem Herstellungsverfahren sind die Verfahrensschritte bis zur Ausbildung des Mesas die gleichen wie in den 12(a)–12(e) gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, während die nachfolgenden Prozeßschritte die gleichen sind wie die in den 7(a) und 7(b) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Schritte.
  • D.h., daß die Mesastruktur 21 wie in den 12(a)–12(e) ausgebildet wird. Die Rillenbreite der Seitenoberfläche des Mesas 21 ist kleiner oder gleich 40 nm. Daraufhin wird gemäß 7(a) unter Verwendung der SiO2-Schicht 5 als Maske die p-InP-Mesaeinbettungsschicht 6 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 8 × 1017 cm–3 und einer Dicke von 0,2 μm, die n-InP-Stromsperrschicht 7 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 0,6 μm auf der (001)-Oberfläche, die p-InP-Stromsperrschicht 8 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 8 × 1017 cm–3 und einer Dicke von 0,6 μm und die n-InP-Deckschicht 19 mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 1018 cm–3 und einer Dicke von 0,4 μm nacheinander selektiv mittels eines MOCVD-Verfahrens auf den Bereichen des Wafers abgeschieden bzw. aufgewachsen, die nicht mit der SiO2-Schicht 5 maskiert sind. Da in diesem Fall die Ladungsträgerkonzentration der n-InP-Stromsperrschicht 7 1 × 1018 cm–3 beträgt, ist der Winkel θ 40°. Um daher die n-InP-Stromsperrschicht 7 nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Mesaeinbettungsschicht 6 aufzuwachsen, beträgt die kritische Dicke Dn der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsen Stromsperrschicht 7 0,694 μm. Folglich beträgt die Dicke D der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Stromsperrschicht 7 0,6 μm, wobei die Beziehung von D ≤ Dn wie im ersten Ausführungsbeispiel erfüllt wird. Der Halbleiterlaser gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem gemäß 12(f) darin, daß die n- InP-Deckschicht 19 auf der p-InP-Stromsperrschicht 8 aufgewachsen wird.
  • Daraufhin wird wie beim Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach Entfernen der SiO2-Schicht 5 die zweite n-InP-Hüllschicht 9, die n-InP-Kontaktschicht 10, die vordere Elektrode 11 und die rückseitige Elektrode 12 ausgebildet, wobei nachfolgend der Wafer geteilt bzw. gespalten wird und die vorderen und rückseitigen Facettenreflexionsfilme beschichtet werden, wodurch der in 13 dargestellte Halbleiterlaser vervollständigt wird.
  • Gemäß dem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird die als Leckstrompfad an den gegenüberliegenden Seiten der aktiven Schicht 3 dienende Mesa-Einbettungsschicht 6 wie gewünscht ausgebildet, da die Rillenbreite W der Seitenoberfläche der Mesastruktur 21 kleiner oder gleich 40 nm ist. Folglich erhält man einen Laser mit verbesserten Temperatureigenschaften, bei dem ein Leckstrom bei Zimmertemperatur unterdrückt wird, ein Schwellenwertstrom verringert ist und ein Anstieg des Leckstroms bei hohen Temperaturen verhindert wird. Wie vorstehend beschrieben beträgt darüber hinaus die Dicke D der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Stromsperrschicht 7 0,6 μm und ist kleiner oder gleich der Dicke Dn. Daher wird der Kontakt zwischen der n-InP-Stromsperrschicht 7 und der ersten n-InP-Hüllschicht 4 vermieden, wodurch ein Halbleiterlaser mit verringertem Leckstrom und verbesserten Lasereigenschaften bei guter Reproduzierbarkeit hergestellt werden kann. Nach Entfernen der SiO2-Schicht 5 wird darüber hinaus die zweite n-InP-Hüllschicht 9 auf der n-InP-Deckschicht 19 erneut aufgewachsen. Diese Nachwachs-Schnittstelle stellt keine p-n-Übergangsschnittstelle sondern eine Schnittstelle zwischen n-Schichten dar. Ein Anstieg des Leckstroms aufgrund von Schnittstellenverschlechterungen, die verursacht werden, wenn die Nachwachs-Schnittstelle eine p-n-Übergangsschnitt stelle ist, wird daher vermieden, weshalb die Zuverlässigkeit des Halbleiterlasers im Vergleich zum Halbleiterlaser verbessert wird, bei dem die zweite n-InP-Hüllschicht 9 auf der p-InP-Stromsperrschicht 8 aufgewachsen wird.
  • Eine Halbleitervorrichtung besitzt ein p-InP-Substrat mit einer (001)-Oberflächenorientierung. Eine Mesastruktur, die durch Trockenätzen von Bereichen mit Ausnahme eines sich entlang einer <110>-Richtung erstreckenden streifenförmigen Bereichs ausgebildet wird, der aus epitaktisch auf dem p-InP-Substrat abgeschiedenen Halbleiterschichten besteht, besitzt an seinen gegenüberliegenden Seiten eine (110)-Oberfläche und eine Höhe Hm. Mesa-Einbettungsschichten bestehen aus einer an der (110)-Oberfläche der gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur sowie an der (001)-Oberfläche an einer oberen Oberfläche der abgeschiedenen Halbleiterschicht, die an den gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur übrigbleibt, epitaktisch aufgewachsen p-InP-Einbettungsschicht. Die p-InP-Einbettungsschicht besitzt eine Dicke Dp, während eine n-InP-Einbettungsschicht epitaktisch an der Seite und der oberen Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen wird. Wenn in der Halbleitervorrichtung ein zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeter Winkel θ111 ist, die Wachstumsgeschwindigkeiten der an der (110)-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeten n-InP-Einbettungsschicht jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, ein Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) bestimmt wird, und die kritische Dn der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht, wenn die n-InP-Einbettungsschicht nicht an der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen wird, die folgende Gleichung erfüllt
    Figure 00520001
    erfüllt eine Dicke D der an der (001)-Oberfläche aufgewachsen n-InP-Einbettungsschicht die Beziehung D ≤ Dn. Durch Steuerung der Dicke der p-InP-Einbettungsschicht kann daher die Leckstrom-Pfadbreite bei guter Steuerbarkeit verringert werden. Darüber hinaus wird die n-InP-Einbettungsschicht nicht an der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht aufgewachsen, weshalb der Kontakt zwischen der n-InP-Einbettungsschicht und einer obersten Schicht der abgeschiedenen Halbleiterschichten vermieden wird. Folglich erhält man eine Halbleitervorrichtung mit verringertem Leckstrom und verbesserten Geräteeigenschaften.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung bestehend aus den Schritten: Vorbereiten eines p-InP-Substrats (1) mit einer (001)-Oberflächenorientierung; epitaktisches Aufwachsen von abgeschiedenen Halbleiterschichten (2, 3, 4) an der Oberfläche des p-InP-Substrats (1), d.h. der (001)-Oberfläche; Abscheiden einer Isolierschicht (5) auf einem streifenförmigen Bereich der abgeschiedenen Halbleiterschichten (2, 3, 4), der sich entlang einer <110>-Richtung erstreckt; Verwenden der isolierenden Schicht (5) als Maske, Trockenätzen von Bereichen mit Ausnahme des streifenförmigen Bereichs der abgeschiedenen Halbleiterschichten (2, 3, 4), wodurch eine sich entlang der <110>-Richtung erstreckende Mesastruktur (21) ausgebildet wird, die eine (110)-Oberfläche an gegenüberliegenden Seiten und eine Höhe Hm aufweist; und Verwenden der isolierenden Schicht (5) als Maske, aufeinanderfolgendes Aufwachsen durch selektives epitaktisches Wachstum einer p-InP-Einbettungsschicht (6) mit einer konstanten Dicke Dp und einer n-InP-Einbettungsschicht (7) an der (110)-Oberfläche an gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur (21) sowie an der (001)-Oberfläche an der oberen Oberfläche der abgeschiedenen Halbleiterschicht (2), die an den gegenüberliegenden Seiten der Mesastruktur (21) verbleibt; wobei, wenn ein zwischen der (111)B-Oberfläche und der (001)-Oberfläche ausgebildeter Winkel θ111 ist, die Wachstumsgeschwindigkeiten der n-InP-Einbettungsschicht (7) an der (110)-Oberfläche und an der (001)-Oberfläche jeweils Rg(110) und Rg(001) sind, ein Winkel θ durch tan θ = Rg(110)/Rg(001) bestimmt wird, und die kritische Dicke Dn der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsenen n-InP-Einbettungsschicht (7), wenn die n-InP-Einbettungsschicht (7) nicht auf der (111)B-Oberfläche der p-InP-Einbettungsschicht (6) aufgewachsen ist, durch die folgende Gleichung dargestellt ist
    Figure 00550001
    eine Dicke D der auf der (001)-Oberfläche aufgewachsenen n-InP-Einbettungsschicht (7) die Beziehung D ≤ Dn erfüllt.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das epitaktische Aufwachsen der abgeschiedenen Halbleiterschichten ein aufeinanderfolgendes epitaktisches Aufwachsen einer p-InP-Pufferschicht (2), einer ein Laserlicht emittierenden aktiven Schicht (3) und einer an der Oberfläche des p-InP-Substrats (1), d.h. der (001)-Oberfläche, ausgebildeten ersten n-InP-Hüllschicht (4) aufweist; die n-InP-Einbettungsschicht eine n-InP-Stromsperrschicht (7) ist; und das Aufwachsen der Mesa-Einbettungsschichten ein epitaktisches Aufwachsen einer p-InP-Stromsperrschicht (8) nach dem epitaktischen Aufwachsen der p-InP-Einbettungsschicht (6) und der n-InP-Stromsperrschicht (7) aufweist.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwachsen der Mesa-Einbettungsschichten ein epitaktischen Aufwachsen einer n-InP-Deckschicht (19) nach dem epitaktischen Aufwachsen der p-InP-Einbettungsschicht (6), der n-InP-Stromsperrschicht (7) und der p-InP-Stromsperrschicht (8) aufweist; und nach dem Aufwachsen der Mesa-Einbettungsschichten darüber hinaus nacheinander eine zweite n-InP-Hüllschicht (9) und eine n-InP-Kontaktschicht (10) über der gesamten Oberfläche der ersten n-InP-Hüllschicht (4) als einer obersten Schicht des Mesas und der n-InP-Deckschicht (19) als einer obersten Schicht der Mesaeinbettungsschichten nacheinander aufgewachsen werden.
  4. Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim epitaktischen Aufwachsen der abgeschiedenen Halbleiterschichten eine ein Laserlicht emittierende aktive Schicht (3) ausgebildet wird; und beim Trockenätzen der Bereiche mit Ausnahme des streifenförmigen Bereichs eine Mesastruktur (21) mit einer Rillenbreite W ausgebildet wird, die an ihrer Seitenoberfläche kleiner oder gleich 40 nm ist.
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