DE68924628T2

DE68924628T2 - Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser mit hoher Ausgangsleistung, breiter Bandpasscharakteristik und einer vergrabenen, streifenförmigen BRS-Struktur.

Info

Publication number: DE68924628T2
Application number: DE68924628T
Authority: DE
Inventors: Pascal Devoldere; Alkis Paraskevopoulos
Original assignee: France Telecom SA
Current assignee: Oclaro North America Inc
Priority date: 1988-09-08
Filing date: 1989-09-06
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: EP0358569A1; FR2636176A1; FR2636176B1; EP0358569B1; DE68924628D1; JPH02121382A; US5043291A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Halbleiter- Laserquellen.
Sie betrifft hauptsächlich ein Verfahren, mit dem ein Halbleiterlaser mit hoher Emissionsstärke und großem Durchlaßbereich auf der Grundlage einer sogenannten Struktur mit einem vergrabenen Streifen vom BRS-Typ (Buried Ridge Stripe) hergestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann insbesondere eine Anwendung bei der optischen Telekommunikation über optische Fasern mit hohem Durchsatz über eine große Distanz finden, insbesondere auf einer Einzelmoden-Faser mit 1,3 oder 1,55 um.
Es wurden bereits zahlreiche Laserstrukturen mit einem vergrabenen Streifen vorgeschlagen.
Bei diesen Strukturen ist der aktive Teil des Lasers ein kleiner rechteckiger Streifen aus einem InGaAsP-Material, in dem die injizierten Träger und die Laserstrahlung gleichzeitig eingeschlossen sind. Der Querschnitt des InGaAsP-Streifens beträgt typischerweise 0,2 x 2 um²
Das vorliegende allgemeine Problem besteht darinf eine effiziente Lokalisierung des Stroms von den metallischen Kontakten zu dem vergrabenen Streifen zu erhalten.
Die bekannten Laserstrukturen mit einem vergrabenen Streifen können entsprechend der verwendeten Technik der Stromlokalisierung in zwei Kategorien aufgeteilt werden.
Gemäß einer ersten Kategorie erreicht man die Stromlokalisierung mit Hilfe eines Stapels von InP-Schichten, die abwechselnd vom n-Typ und vom p-Typ sind, zu beiden Seiten des vergrabenen Streifens, der dazu vorgesehen ist, den Stromfluß in diesen Bereichen zu blockieren.
Der Stand der Technik, der dieser Kategorie von Lasern entspricht, wurde sehr ausführlich in der Druckschrift FR-A-2 581 801 beschrieben.
In der beigefügten Fig. 1 ist eine typische Struktur nach diesem Stand der Technik dargestellt. Diese Struktur wird DCPBH (für "Double Channel Planar Buried Heterostructure") genannt. Sie wurde von I. Mito et al. in der Druckschrift Elect. Letters, Bd. 18, Nr. 22 (1982), S. 953 beschrieben.
Die in der beigefügten Fig. 1 dargestellte bekannte Struktur umfaßt die folgenden Schichten:
- 10: n&spplus;-InP-Substrat,
- 11: Begrenzungsschicht aus n-InP,
- 12: InGaAsP-Schicht,
- 13: Begrenzungsschicht aus p-InP,
- 14: Blockierschicht aus p-InP,
- 15: Blockierschicht aus n-InP,
- 16: Begrenzungsschicht aus p-InP,
- 17: Kontaktschicht aus p&spplus;-InGaAsP.
In der Figur 1 ist der aktive Bereich aus InGaAsP mit 18 bezeichnet.
Die in der Figur 1 dargestellte Struktur wird mit dem folgenden Verfahren hergestellt.
Eine herkömmliche doppelte Heterostruktur, welche den Schichten 11, 12 und 13 aus n-InP, aus InGaAsP, und aus p-InP entspricht, wird im Verlauf einer ersten Expitaxie auf dem Substrat 10 realisiert.
Streifen mit einer Mesa-Form, die dem von der Begrenzungsschicht 13 aus p-InP bedeckten aktiven Bereich 18 aus InGaAsP entsprechen, werden dann in dieser doppelten Heterostruktur definiert.
Die vier Schichten 14, 15, 16 und 17 aus p-InP, n-InP, p-InP und p&spplus;-InGaAsP werden dann im Verlauf einer zweiten Epitaxie realisiert, wobei zumindest die Schichten 14 und 15 durch eine Flüssigphasenepitaxie realisiert werden.
Die elektrische Begrenzung beruht auf dem Stapel der Schichten 11, 14, 15, 16: n-p-n-p.
Man erhält mit den Laserstrukturen von dem in der beigefügten Fig 1 dargestellten Typ einen Schwellenstrom in der Nähe von 10 mA und eine optische Emissionsleistung oberhalb von 50 mW.
Unglücklicherweise besitzen diese bekannten Strukturen von dem in der Fig. 1 dargestellten Typ ein geringes Durchlaßband (2 bis 3 GHz). Das Durchlaßband wird durch die parasitischen Kapazitäten begrenzt, welche die Übergänge von p- und n-InP zum Blockieren des Stroms bilden.
Um zu versuchen, dieses Durchlaßband zu verbessern, haben K.Kihara et al. in dem Artikel Elect. Letters, Bd. 23, Nr. 18 (1987), 5. 942 vorgeschlagen, den Zentralteil des Lasers von dem Rest des chips durch tiefe Ätzungen sehr nahe bei dem vergrabenen Streifen zu beiden Seiten desselben zu isolieren. Diese Lösung erfordert jedoch das Umsetzen einer komplizierten Technologie.
Man beachte, daß die Mehrzahl der Strukturen von dem in der beigefügten Fig. 1 dargestellten Typ in zwei Epitaxiezyklen, oder - für bestimmte von ihnen - in drei Epitaxiezyklen realisiert werden und daß die zweite Epitaxie nahezu systematisch eine Flüssigphasenepitaxie zum Einebnen der Oberfläche ist.
In der beigefügten Fig. 2 ist ein anderer Typ einer bekannten Struktur dargestellt, der in der ersten vorangenannten Kategorie klassifiziert werden kann. Die in der beigefügten Fig. 2 dargestellte Struktur ist in der Druckschrift FR-A-2 587 852 beschrieben und in der Fig. 2 dieser Druckschrift dargestellt. Diese Struktur wird SBH (für "Strip Buried Heterostructure") in der vorangehend genannten Druckschrift genannt, sie wird jedoch in der Literatur häufiger BRS (Buried Ridge Stripe) genannt. Sie umfaßt die folgenden Schichten:
- 20: Substrat aus n&spplus;-InP,
- 21: Begrenzungsschicht aus n&spplus;-InP,
- 22: Schicht aus InGaAsP,
- 23: Führungsschicht aus InGaAsP oder Schutzschicht aus p-InP,
- 24: Schicht aus p dotierten InP,
- 25: Schicht aus GaInAs,
- 26: Schicht aus Titan,
- 27: Schicht aus Gold.
Sie wird durch das folgende Verfahren realisiert.
Die Schichten 21, 22, 23 aus InP und InGaAsP werden im Verlauf einer ersten Epitaxie auf dem Substrat 20 realisiert.
Die Schichten 22 aus InGaAsP und 23 aus InGaAsP oder InP werden dann in der Form eines Streifens durch selektives Angreifen geätzt.
Danach werden die Schichten 24 und 25 aus p-dotiertem InP und aus GaInAs im Verlauf einer zweiten Epitaxie realisiert.
Bei dieser Struktur wird die elektrische Begrenzung durch einen einzigen pn-Übergang in dem InP-Material realisiert, der in Vorwärtsrichtung polarisiert ist und sich zu beiden Seiten des aktiven Bereichs befindet. Dieser pn-Übergang wird durch die Schichten 21 und 24 gebildet. Die Begrenzung wird durch die positive Differenz zwischen dem Diffusionspotential eines pn-InP-Homoübergangs und demjenigen des n-InP/p-InGaAsP-Laser- Heteroübergangs gewährleistet.
Diese Struktur gestattet es, einen schwachen Schwellenstrom von der Größenordnung von 10 bis 15 mA, aber eine optische Emissionsleistung, die auf 10 mW (für eine Emissionswellenlänge von 1,3 um) beschränkt ist, zu erzielen. Oberhalb eines bestimmten Stroms (typischerweise dem Drei- bis Vierfachen des Schwellenstroms) werden die seitlichen InP-pn-Homoübergänge leitend, weil sie in Vorwärtsrichtung oberhalb ihres Diffusionspotentials polarisiert sind. Dieselben Übergänge bilden parasitische Kapazitäten, welche das Durchlaßband sehr stark begrenzen.
Man kann versuchen, diese parasitischen Kapazitäten durch die Implantation von Protonen in den seitlichen Bereichen der Schichten 24, 26, 27 bei dem vergrabenen Streifen sehr nahe bei dem Streifen zu begrenzen und dementsprechend dieses Durchlaßband zu verbessern. Unter diesen Bedingungen kann das Durchlaßband 7 bis 8 GHz erreichen. Die Protonenimplantation erfordert jedoch auch hier das Umsetzen einer sehr komplizierten Technologie. Im übrigen bleibt selbst nach einer solchen Implantation ein nicht implantierter Bereich zu beiden Seiten des vergrabenen Streifens (mit einer Breite von 2 z auf jeder Seite) als Ursache von Verlustströmen oberhalb des Drei- bis Vierfachen des Schwellenstroms zurück.
Gemäß einer zweiten Kategorie wird die Lokalisierung des Stroms durch die Gegenwart von semusolierenden oder zumindest sehr resistiven Schichten zu beiden Seiten des Streifens gewährleistet.
Diese semiisolierenden Schichten werden meistens durch epitaxiales Wachstum in der Dampfphase realisiert.
Die leistungsfähigste dieser Strukturen ist diejenige, die von J.E. Bowers et al. in Elect. Letters, Bd. 23, Nr. 24 (1987), S. 1265 beschrieben ist. Diese Struktur wird SIPBH (für "Semi Insulating Planar Buried Heterostructure") bezeichnet. Sie ist schematisch in der beigefügten Fig. 3 dargestellt.
Die in der beigefügten Fig. 3 dargestellte bekannte Struktur umfaßt die folgenden Schichten:
- 30: n&spplus;-InP-Substrat,
- 31: aktive InGaAsP-Schicht, die in Streifenform geätzt ist,
- 32: semiisolierende InP-Begrenzungsschicht, die zu beiden Seiten der aktiven Schicht 31 angeordnet ist,
- 33: p-InP-Schicht, die in Streifenform geätzt ist und dem aktiven InGaAsp-Streifen 31 überlagert ist,
- 34: SiO&sub2;-Schicht auf der Begrenzungsschicht 32 und auf den Flanken des Streifens 33,
- 35: Polyimidschicht zu beiden Seiten des Streifens 33,
- 36: Deckschicht.
Die in der beigefügten Fig. 3 dargestellte Struktur erfordert drei Epitaxiezyklen und das Umsetzen einer sehr komplizierten Technologie. Diese Kompliziertheit kann zu einer schlechten Reproduzierbarkeit führen und die Zuverlässigkeit der Struktur verringern.
Diese bekannte Struktur gestattet es, einen Schwellenstrom von 15 bis 25 mA, eine Emissionsleistung von 20 mW und, gemäß den Autoren der vorangehend genannten Druckschrift, ein Durchlaßband nahe bei 20 GHz zu erzielen.
Eine weitere Laserstruktur, welche semiisolierende Schichten enthält und dementsprechend in die zweite vorangehend genannte Kategorie paßt, ist von D.P. Wilt et al. in der Druckschrift Appl. Phys. Lett. 44(3) 1984, S. 290 beschrieben. Diese Struktur ist in der beigefügten Fig. 4 dargestellt. Sie wird CSBH (für "Channel Substrate Buried Heterostructure") genannt.
Gemäß der vorangehend genannten Druckschrift wird die semiisolierende Schicht durch die Implantation von Eisenatomen in einer n-Schicht realisiert.
Die in der beigefügten Fig. 4 dargestellte Struktur umfaßt die folgenden Schichten:
- 40: n-InP-Substrat,
- 41: mit Fe implantierte InP-Begrenzungsschicht,
- 42: n-InP-Schicht,
- 43: InGaAsP-Schicht,
- 44: p-InP-Schicht,
- 45: p-InGaAs-Schicht.
In der Fig. 4 ist der aktive Bereich aus InGaAsP mit 46 bezeichnet.
Die in der Fig. 4 dargestellte Struktur wird gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt, das schematisch in den Fig. 4A, 4B und 4C dargestellt ist.
Eisenionen werden in das n-InP-Substrat 40 implantiert (Fig. 4A) um eine Schicht 41 zu erzeugen, welche der oberen Schicht des Substrats entspricht, die einen hohen Widerstand aufweist (Fig. 4B).
Gemäß der vorangehend genannten Druckschrift beträgt die Dotierung des Substrats n = 6 10¹&sup7; cm&supmin;³ und die Implantation von Eisenionen wird in zwei Schritten in Form einer Dosis von 1,25 10¹&sup4; cm&supmin;² bei 275 keV bzw. 400 keV realisiert.
Eine SiO&sub2;-Maske 47, welche Öffnungen 48 mit einer Breite von 2,8 um besitzt, wird auf der Schicht 41 mit Hinblick auf ein Ätzen mit Hilfe von HCl : H&sub3;PO&sub4; angebracht.
Man erhält Kanäle 49 in der Schicht 41 und dem Substrat 40. Das Ganze wird bei 720ºC über 15 Minuten getempert.
Danach wird eine doppelte Heterostruktur, welche den Schichten 42, 43, 44 und 45 aus n-InP, aus InGaAsP, aus p-InP und aus p- InGaAs entspricht, auf der Schicht 41 und dem Substrat 40 z.B. durch Flüssigphasenepitaxie realisiert.
Die n-InP-Schicht 42 ist mit Zinn dotiert.
Die Schicht 43 aus InGaAsP ist nicht vorsätzlich dotiert.
Die Schichten 44 und 45 aus p-InP und p-InGaAs sind mit Zink dotiert.
Metallische Kontaktschichten (AuZnAu, AuSn und TiPtAu) werden dann aufgebracht.
Wie Fig. 1 der vorangehend genannten Druckschrift auf S. 291 zeigt, hat der aktive InGaAsP-Bereich 46, der auf der n-InP- Schicht 42 realisiert ist, ungefähr die Form eines Halbmondes.
Der Stromfluß wird theoretisch durch die Stapel der Schichten 40, 41 und 42 aus n-InP/semiisolierendem InP/n-InP blockiert, die zu beiden Seiten des aktiven Bereichs 46 ausgebildet sind.
Die erzielten Leistungsdaten sind jedoch bei dieser Struktur mäßig: Schwellenstrom 22 mA, optische Leistung 12 mW.
Diese mäßigen Leistungsdaten zeigen, daß Verlustströme zu beiden Seiten des aktiven Bereichs 46 bestehen bleiben, dort wo die Stapel n-InP/semiisolierendes InP/n-InP quasi nicht existieren.
Wie vorangehend erwähnt wurde, sind die Strukturen für einen Laser mit einem vergrabenen Streifen nicht vollständig zufriedenstellend.
Die Nachteile des Standes der Technik können wie folgt zusammengefaßt werden.
Die Strukturen der ersten Kategorie vom Typ DCPBH (Lokalisation des Stroms durch einen Stapel von InP-Schicht mit der Abfolge p-n-p-n) leiden unter zwei Hauptnachteilen: zum einen erfordert ihre Herstellung die Verwendung der Flüssigphasenepitaxie, sie können also nicht von den Trümpfen der neueren Wachstumstechnik wie der MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) profitieren und andererseits sind ihre Modulationseigenschaften mittelmäßig und können nur um den Preis einer komplexen Technologie verbessert werden (vgl. Elect. Letters, Bd. 23, Nr. 18 (1987)).
Die SBH-Struktur, die ebenfalls zu der ersten Kategorie gehört, leidet an der Ineffizienz des InP-pn-Übergangs zum Blokkieren des Kontakts jenseits einer bestimmten Polarisation, die dem Zwei- oder Vierfachen des Schwellenstroms entspricht. Ihr Durchlaßband ist außerdem durch parasitische Kapazitäten begrenzt.
Die Mehrzahl der Strukturen der zweiten Kategorie hat gute Eigenschaften, jedoch um den Preis einer komplexen Technologie; unter anderem sind drei Epitaxieschritte erforderlich. Diese Komplexität kann zu einer schlechten Reproduzierbarkeit ihrer Eigenschaften führen und ihre Zuverlässigkeit verringern.
Die letzte Struktur (CSBH) hat den Nachteil, daß sie nur durch Flüssigphasenepitaxie realisiert werden kann. Weiterhin zeigen ihre mäßigen Eigenschaften, daß Verlustströme zu beiden Seiten des aktiven Bereichs dort bestehen bleiben, wo die Ergänzungen n-InP/semiisolierendes InP/n-InP nicht vorhanden sind.
Die Druckschrift "Neues aus der Technik, Bd. 20, Nr. 1, Februar 1987, S. 6, Zusammenfassung Nr. 185" beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers mit einem vergrabenen Streifen, welches die folgenden Schritte umfaßt:
- Abscheiden einer Heterostruktur, welche eine Schicht aus einem aktiven InGaAsP-Material besitzt, die von zwei InP-Schichten eingerahmt wird, die n- bzw. p-dotiert sind, auf einem n-dotierten InP-Substrat mit einer Überlagerung durch eine Schutzschicht aus InGaAsP,
- Ätzen dieser Struktur, um Streifen in der Schicht aus aktivem Material und der vorher durch Epitaxie auf ihnen aufgebrachten Schichten zu erzielen, Beseitigen der Schutzschicht aus InGaAsP auf der Außenseite der Streifen, die in der Schicht aus aktivem Material ausgebildet worden sind, und nachfolgendes Durchführen einer lonenimplantation mit Fe&spplus;-Verunreinigungen in der Struktur.
Während dieses letzten Arbeitsgangs sind die Streifen aus einem aktiven Material aus InGaAsP und die darübergelagerte p- InP-Schicht durch die obere Schutzschicht aus InGaAsP geschützt.
Die obere Schutzschicht aus InGaAsP wird dann beseitigt.
Dann wird eine zweite Epitaxie auf der Grundlage von InP und von InGaAsP durchgeführt, um die üblichen Isolations- und Kontaktschichten zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die Injektion der Träger und ihre seitliche Begrenzung in dem vergrabenen Streifen deutlich zu verbessern, indem die seitlichen Übergänge p-InP/n-InP, die in Vorwärtsrichtung polarisiert sind, unterdrückt werden, um den "Shunt"-Effekt dieser Übergänge sowohl im kontinuierlichen Regime als auch im Modulationsregime zu unterdrücken, ohne p-n-p-n-InP-Stapel einzuführen, welche hohe parasitische Kapazitäten erzeugen und daher das Modulationsband begrenzen.
Man weiß nämlich, daß die Schwellenströme, die optische Leistung und die Breite des Modulationsbandes direkt von der Effizienz der Stromlokalisierung abhängen.
Ein weiteres, zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Laserstruktur mit einem vergrabenen Streifen vorzuschlagen, welches nur eine auf zwei begrenzte Anzahl von Epitaxien erfordert.
Diese Ziele werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren von der Art erreicht, das in dem beigefügten Anspruch 1 definiert ist, dessen Oberbegriff ausgehend von der vorangehend genannten Druckschrift "Neues aus der Technik" gebildet ist.
Die Realisation der Ionenimplantation von Verunreinigungen nach dem Ätzen des Streifens aus einem aktiven Material gestattet es, ein bessere Selbstjustierung der Begrenzungsschichten an den Flanken des Streifens als nach dem Stand der Technik zu erreichen, der in der vorangehend genannten Druckschrift Appl. Phys. Lett. 44(3), 1984, S. 290 dargestellt ist, die vorschlägt, die Ionenimplantation vor dem Abscheiden des aktiven Materials durch Epitaxie durchzuführen.
Erfindungsgemäß ist die implantierte Verunreinigung vorzugsweise Fe.
Das Realisieren einer Schicht aus einem n&supmin;-dotierten Material mit einer relativ geringen Dotierung, die speziell für die Implantation der Verunreinigungen eingerichtet ist, gestattet es&sub1; ein stärker dotiertes Substrat als nach dem Stand der Technik zu verwenden, der in der vorangehend genannten Druckschrift Appl. Phys. Lett. 44(3), 1984, S. 290 dargestellt ist.
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und angesichts der beigefügten Zeichnungen deutlich, die als nicht einschränkende Beispiele angeführt sind und von denen die Fig. 1, 2, 3, 4, 4A, 4B, 4C, die den Stand der Technik illustrieren, bereits beschrieben worden sind und die Figuren 5A bis 5E fünf aufeinanderfolgende Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden zwei Epitaxien realisiert. Diese kann man mit irgendeiner der existierenden Techniken erhalten: LPE (Liquid Phase Epitaxy), MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epitaxy) und MBE (Molecular Beam Epitaxy).
Die erste Expitaxie, die schematisch in der Fig. 5A dargestellt ist, besteht in dem Aufwachsen von vier Schichten 51, 52, 53, 54 auf einem Substrat 50.
Das Substrat 50 ist vorteilhafterweise stark dotiertes n-InP. Die Dotierung des Substrats kann typischerweise von der Grössenordnung von 6 10¹&sup8;cm&supmin;³ sein.

+

Die erste Schicht 51 ist eine n&spplus;-InP-Pufferschicht. Ihre Dotierung liegt vorteilhafterweise in der Größenordnung von 1 bis 3 10¹&sup8;cm&supmin;³. Ihre Dicke beträgt typischerweise ungefähr 2um.
Die Schicht 52 bildet ein wichtiges Merkmal der Erfindung. Sie wird aus hinreichend schwach dotiertem n -InP gebildet. Ihre Dotierung liegt vorteilhafterweise in der Größenordnung von 1 bis 5 10¹&sup7;cm&supmin;³. Ihre Dicke liegt typischerweise in der Größenordnung von 0,5 um. Die Schicht 52 kann jedoch dicker sein. Ihre Dicke hängt nämlich von der Tiefe Fe-Verunreinigungsimplantation ab, welche sie später durchläuft. Die Dicke der Schicht 52 muß ungefähr gleich der Tiefe der Fe-Verunreinigungsimplantation sein.
Die Schicht 53 wird aus einem aktiven InGaAsP-Material gebildet, das nicht dotiert oder n-dotiert ist. Ihre Dicke liegt typischerweise in der Größenordnung von 0,15 um.
Die Schicht 54 ist eine p-InP-Schicht. Die Dotierung der Schicht 54 liegt vorteilhafterweise in der Größenordnung von 3 bis 4 10¹&sup7;cm&supmin;³. Ihre Dicke liegt typischerweise in der Größenordnung von 0,2 um.
Nach der ersten Epitaxie wird ein schmaler Streifen, in den zwei oberen Schichten 53 und 54 aus InGaAsP und p-InP geätzt.
Die Breite der geätzten Streifen beträgt typischerweise 2 um.
Wie in der Fig. 5B dargestellt, verwendet man für das Ätzen eine Maske 55, z.B. ein Si&sub3;N&sub4;-Dielektrikum.
Die Dicke e der Maske muß ausreichen, um die später implantierten Fe-Ionen daran zu hindern, in die darunterliegende p-InP-Schicht 54 einzudringen.
Man führt dann, wie dies schematisch in Fig. 5C dargestellt ist, eine Implantation von Eisen über der gesamten Struktur durch. Bei der Durchführung dieser Implantation behält man die vorher für das Ätzen des Streifens verwendete Maske 55 an ihrem Platz bei.
Die Implantation von Eisen hat zur Folge, daß die Schicht 52 aus n&supmin;-InP auf beiden Seiten des Streifens in selbstjustierender Weise, d.h. sehr nahe bei den Rändern des Streifens, semusolierend gemacht wird. Die Eisenimplantation in der Schicht 52 ist durch Kreuze in den beigefügten Figuren angedeutet.
Als Beispiel können die Implantationsbedingungen wie folgt sein: Energie 400 keV, Dosis 10¹³ Atome/cm², Temperatur 200ºC.
Vorzugsweise folgt auf die Eisenimplantation ein Tempervorgang, z.B. 15 mm bei 700ºC.
Man führt dann eine zweite Epitaxie durch.
Dies gestattet das Wachsen von zwei Schichten 56, 57, die in der Fig. 5D schematisch dargestellt sind.
Die erste Schicht 56 ist eine InP-Schicht, die nicht vorsätzlich dotiert ist. Die erhaltene Restdotierung beträgt typischerweise n&supmin; ≈5 10¹&sup5;cm&supmin;³ Die Dicke der Schicht 56 liegt typi scherweise bei 1 bis 1,5 um.
Die zweite Schicht 57 ist eine InGaAs-Schicht, die nicht dotiert ist. Die erzielte Restdotierung beträgt typischerweise n&supmin;≈ 5 10¹³ cm&supmin;³. Ihre typische Dicke beträgt ungefähr 0,5 um.
Nach der zweiten Epitaxie führt man eine lokalisierte Diffusion eines p-Dotierungsstoffes, vorzugsweise mit Zink durch. Diese Zinkdiffusion wird über eine Maske 58, vorzugsweise aus Si&sub3;N&sub4;, durchgeführt, die auf der Schicht 57 aufgebraucht ist. Die Maske 58 besitzt eine Öffnung 59. Diese muß über dem geätzten Streifen (Schichten 53 und 54) liegen.
In der Fig. 5E ist schematisch mit gestrichelten Linien der Bereich 60 der Zinkimplantation dargestellt.
Die Zinkdiffusion wird derart kontrolliert, daß dieser Bereich 60 in Kontakt mit der Schicht 54 aus p-InP kommt, die sich direkt über dem vergrabenen Streifen 53 aus InGaAsP befindet.
Man erhält auf diese Weise einen Halbleiterlaser mit einem vergrabenen Streifen, in dem der aktive Bereich 53 zu beiden Seiten von semusolierendem InP 52 umgeben ist, das man durch die Implantation von Eisen erhält. Da die Implantation von Eisen in der Schicht 52 nach dem Ätzen des aktiven Bereichs durchgeführt wird, ist eine Selbstjustierung des semiisoherenden Materials mit den aktiven Bereichen 53 gewährleistet. Das semiisolierende InP-Material ist nach Art eines Sandwichs zwischen zwei schwach n-dotierten InP-Schichten eingefügt (Grundlage von 52 und 56). Dieser Stapel n&supmin;-InP (n ≈ 1 bis 3 10¹&sup7; cm&supmin;³)/semiisolierendes InP/n&supmin;-InP (n ≈ 5 10¹&sup5; cm&supmin;³) gestattet eine sehr wirksame Begrenzung bei einer Polarisation der Diode in Vorwärtsrichtung bis zu 4V. Weiterhin ist die durch diese n&supmin;-InP/semiisolierendes InP/n&supmin;-InP - Struktur eingeführte parasitische Kapazität gering. Dies gestattet es, ein großes Modulationsband zu erhalten.
Gegenüber dem Stand der Technik weist die Laserstruktur, die man durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung er hält, weiterhin die folgenden Vorteile auf.
Gemäß dem in Appl. Phys. Lett. 44(3) 1984, S. 290 beschriebenen Verfahren wird die Eisenimplantation direkt in das InP- Substrat durchgeführt. Die n-Dotierung dieses Substrats muß daher die kleinstmögliche sein, damit diese Implantation wirksam ist. Daraus folgt unausweichlich eine Erhöhung des Eingangswiderstands zwischen dem metallischen Kontakt vom Typ n und dem aktiven Bereich des Lasers. Gemäß der vorangehend zitierten Druckschrift beträgt die Dotierung des Substrats n ≈ 6 10¹&sup7; cm&supmin;³.
Demgegenüber ist erfindungsgemäß eine Schicht 52 vom Typ n vorgesehen, die speziell für die Implantation von Eisen eingerichtet ist. Dies gestattet es, eine geringe Dotierung für die implantierte Schicht (n ≈ 5 10¹&sup7; cm&supmin;³) zü wählen, während man gleichzeitig ein stark n-dotiertes Substrat 50 (n ≈ 6 10¹&sup8; cm&supmin;³) behält. Man beachte, daß die Realisierung dieser speziellen Implantationsschlcht 52 nicht zu einem zusätzlichen Epitaxiezyklus führt
Die Verwendung einer nicht vorsätzlich dotierten Schicht 56 gestattet es, die Effizienz des Blockierens zu optimieren.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers mit einem vergrabenen Streifen, welches die folgenden Schritte umfaßt:

- Aufbringen mindestens einer Heterostruktur (51, 52, 53, 54) , die zumindest eine Schicht aus einem aktiven Material (53) enthält, auf einem Substrat (50) durch Epitaxie, sodann

- Bilden einer Maske (55) auf der solchermaßen gewonnenen Struktur und

- Ätzen derselben durch die Maske (55) hindurch, um Streifen in der Schicht aus aktivem Material (53) und der oder den Schichten (54) zu gewinnen, die gegebenenfalls vorher durch die Epitaxie auf die Schicht aus aktivem Material (53) aufgebracht wurde(n), sodann

- Bewirken einer Fremdatom-Ionenimplantation in der Struktur, wobei die Streifen aus aktivem Material (53) und die Schicht oder die Schichten (54), welche gegebenenfalls auf diesem Material abgeschieden worden sind, mit Hilfe einer Maske (55) geschützt werden, die für die lonenimplantation nicht durchlässig ist, um das den aktiven vergrabenen Streifen umgebende Material semiisolierend zu machen, dadurch gekennzeichnet,

daß die bei dem Schritt der Fremdatom-Ionenimplantation verwendete Maske (55) die Maske ist, welche zum Bewirken des Ätzvorgangs aufgebracht und verwendet wurde, wobei diese Maske dielektrisch ist, und eine Schicht (52) aus einem n-dotierten Material mit einer relativ geringen Dotierung vor der Schicht aus aktivem Material (53) derart aufgebracht wird, daß die Fremdatom-Ionenimplantation in dieser Schicht aus n-dotiertem Material (52) bewirkt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das implantierte Fremdatom Fe ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus n-dotiertem Material (52) aus InP besteht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der Schicht aus n-dotiertem Material (52) ungefähr 1 bis 5 10¹&sup7; cm&supmin;³ beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht aus n-dotiertem Material (52) mindestens 0,5 um beträgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Pufferschicht (51) aus einem n&spplus;-dotierten Material vor der Schicht aus einem n-dotierten Material (52) aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das n&spplus;-dotierte Material (51) aus InP besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Dotierung der Schicht aus n&spplus;-dotiertem Material (51) ungefähr 1 bis 3 10¹&sup8;cm&supmin;³ beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht aus einem n&spplus;-dotierten Ma terial (51) ungefähr 2 um beträgt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgebrachte aktive Material (53) aus InGaAsP besteht.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus aktivem Material (53) eine Dicke von ungefähr 0,15 um aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht aus p-dotiertem Material (54) nach der Schicht aus aktivem Material (53) aufgebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das p-dotierte Material (54) aus InP besteht.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung des p-dotierten Materials (54) ungefähr 3 bis 4 10¹&sup7; cm&supmin;³ beträgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des p-dotierten Materials (54) ungefähr 0,2 um beträgt.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Fremdatom-Ionenimplantation bei einer Dosis von ungefähr 10¹³ Atomen/cm² bewirkt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Fremdatom-Ionenimplantation ein Temperschritt folgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Fremdatomimplantation ein Schritt folgt, der im Realisieren einer zweiten Epitaxie (56, 57) besteht.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine InP-Schicht (56), welche nicht vorsätzlich dotiert ist, bei dem Schritt der zweiten Epitaxie aufgebracht wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (57) aus nicht dotiertem InGaAs auf der nicht vorsätzlich dotierten InP-Schicht (56) aufgebracht wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß es den letzten Schritt einer lokalisierten Diffusion einer Dotierungssubstanz (60) vom Typ p oberhalb der vergrabenen Streifen (53, 54) umfaßt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungssubstanz (60) vom Typ p aus Zink besteht.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 oder 22 in Verbindung mit einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die lokalisierte Diffusion einer Dotierungssubstanz vom Typ p (60) mit der Schicht aus p-dotiertem Material (54) in Kontakt kommt, welche durch die erste Epitaxie aufgebracht wurde.