本发明涉及制作具有耦合波导的DFB激光二极管和DFB激光二极管层 结构的方法。 光数据传送在当今远距离通讯上已显得十分重要。但是，由于成本费用 的缘故使其在用户中转领域内的发展受到了限制。为了使网络用户可以通 过中转存取获得配址和有效的服务，提供相应的单向直接和双向直接数据 流，安装的中转模块就既要包含具有优良功能的半导体激光发射机也要包 含有光二极管接收机。作为第二功能，还要能利用监控二极管控制发射激光 器和波长选择过滤器，以通过隔离不同的发射波长和接收波长来拟制串话 干扰。为满足未来在系统方面的大量需求，这些模块的制作成本应十分经 济。 具有上述四种器件：激光二极管，监控二极管，接收二极管和过滤器功 能的商用发射-接收模块，应该利用微型光学结构方式以现代技术水准进行 制作(见公开文章“BIDI Bidirektionale Module”Nr.B155-H6656-X-X-7400 (1993)西门子公司)。但是，大量零部件的安装和调试就会导致相当大的费 用开支。在本技术中提供了多种降低成本的可能性，例如利用预制子单元， 如纤维棱镜单元，激光器-调制器单元。此外，还可通过开发一种简单合理 的结构技术来提高各个模块元件的质量、产额和寿命。例如，由具有均匀 激光有源层结构的MCRW激光器(MCRW意指金属覆盖的脊型波导)过渡 到均匀应变量子阱结构(SL-MQW-结构，SL-MQW代表应变层多量子阱)的 MCRW激光器。这种激光器除具有MCRW结构所具有的优点：单次外 延工艺，低的漏电流和长寿命外，还具有低的阈值和高的最高工作温度，因 而是一种高温激光器。1.3um MCRW激光器的特性在B.Stegmueller， E.Veuhoff，J.Rieger和H.Hedrich“High-temperature(130℃)CW operation of 1.53um InGaAsP ridge-waveguide lasers using strained quaternary quantum wells”，电子通讯(Electronics Letter)，Vol.29 (1993)，No.19，PP.1691-1693中有详细叙述。 在较老的德国专利申请P 44 04 756.8(GR 94 P 1081 DE)中曾提出了 这四种功能器件单片集成在一个半导体衬底如InP上的建议。为此要建立 平面化工艺技术，正如在制作硅基电路片时所证实的那样。InP基片上的 光集成需要利用广为发展了的InP分立器件的各种现代工艺技术。这包括 外延、曝光、刻蚀技术等等。利用制版光刻确定元器件结构技术可以代 替微型光学结构各部件之间的装配工艺。这些技术的标准化导致了同样的 并且可以交换的设备和工艺步骤。由于模块通过单片集成减少了大量部件， 因而缩短了装配时间，改善了坚实度。本文件提出了详细的制作DFB激光 二极管(DFB代表分布反馈)的方法和一种按本发明方法制作的DFB激光 二极管层结构。 按权利要求1阐述的本发明方法可以方便地制作单片集成的具有耦合波 导的MCRW-DFB-高温激光二极管，其优点在于，对具有发射功能的模块， 特别对具有双向功能的模块而言，这种类型的激光器，其性能和成本优势 与模块的单片集成优势联系在了一起。 本发明方法的另一优点是，在四次外延步骤中，第一、第二、第三、第 四都是一次接一次直接进行的，只是由于制作光栅才隔断一次。由于衬底 只需要简单的，例如在HF-溶液中的，刻蚀工艺，因此外延工艺实际上十分 简单。另外的优点包括可以利用与上面详细叙述了的较老的专利申请中同 样的方法再将一个三元接收光二极管集成到波导上。其增加的元件层可以 用此老专利同样的方法在制作波导的外延步骤中生长、构造，并在其后的 外延步骤中-在此情况下要引入选择外延-覆盖生长直至出现平顶表面。 所有其他的方法步骤与制作无接收光二极管的情况相同。 本发明方法的优选和构造设计来自权利要求2至9。 权利要求10阐述了按本发明方法制作的新DFB激光二极管层结构，这 种激光二极管层结构的优选和构造设计来自权利要求11和12。 下面将依据图例对本发明作详细说明： 图1为通过本发明制作的DFB激光二极管和与之耦合的光波导的纵轴 截面，它相对于图2截线I-I的截面， 图2为通过这个DFB激光二极管沿图1截线II-II的截面， 图3为通过波导结构沿图1截线III-III的截面， 图4是图1中A区的放大图示，为本发明激光二极管的激光有源层区部 分，从此可以清楚地看到量子阱层和势垒层， 图5以透视图的方式展示了一个用本发明方法制作的具有耦合波导的激 光二极管的完整结构， 图6为图5中B区的放大图示，由此可以清晰地看到激光二极管与波导 耦合的部位， 图7为一个大大简化了的具有耦合波导和光二极管的激光二极管的一级 芯片构造格式， 图8为一个大大简化了的具有耦合波导和光二极管的激光二极管的二级 芯片构造格式，并且这些图只是图示没有定标。 首先利用图1至图3来阐述本发明方法。 在第一次外延步骤中，在具有确定导电类型例如n掺杂半导体衬底材料 30的表面31上生长第一堆垛层11，它至少包括具有确定导电类型n的半导 体材料层10，在这第一堆垛层11之上生长激光有源层12，它包括两个或多 个四元压应变量子阱层11(见图4)和一个或多个四元势垒层12，势垒层 12嵌在量子阱层11之间，以及在这激光有源层12之上生长第二堆垛层13， 它包括两层或多层具有与n导电类型相反的p导电类型的半导体材料层 13、14、15，并具有背离激光有源层12的上表面16。 在第二堆垛层13的表面16上制作具有凹凸不平形状的光栅14，光栅14 为平行的光栅槽且具有三角形的剖面，其纵轴垂直于图1画面。 在第二次外延步骤中，在第二堆垛层13的表面16上生长第三堆垛层15， 它包括一层或多层具有反导电类型p的半导体材料层17、18、19，并且 将光栅14覆盖。 将第二堆垛层13、激光有源层12和第一堆垛层11部分地除去直至衬底 30的表面31。因此在表面31上有隆起的部分10，这部分包括第一堆垛层 11、激光有源层12和第二堆垛层13，它们直立至顶面101，并与衬底30的表 面31成近90°的优选夹角α，而与这隆起部分10相邻并与端面101接界的则 是衬底30表面上的空余区31。 在第三次外延步骤中，在衬底30的表面31上的空余区31内，而不是在 隆起区10上，生长确定波导2的第四堆垛层21，它包括第一和第二光学覆 盖层21、23以及在覆盖层21、23之间的波导层22，由此，波导层22与 激光有源层12处于相对于衬底30的表面31的高度h处，并且具有与隆起 区10的端面101相对应的顶面221。 在第四次外延步骤中，在隆起区10和第四堆垛层21上生长第五堆垛层 41，它至少包括具有反导电类型p的半导体材料层41和接触层42，以获得 最佳的金属电极接触4。 这些基本上为本发明方法制作DFB激光二极管和与这个激光二极管相 耦合的光波导的制作步骤。 在剩下的隆起区10上制作两条接近光栅14，深度为t的沟61、62是有 益的，这两条沟通过脊100彼此隔开并延伸至端面101附近，脊100在光栅14 的上部，包括隆起在10区内的层19、41、42，位于沟61、62之间，其纵 轴110基本上垂直于隆起区10的端面101。脊100的宽度b定义为激光二极 管的宽度，这就是说，在激光有源区12产生激光，在激光有源区12发射激 光，激光通过隆起部分10的端面101进入波导2。 能将光耦合到隆起区10端面101的波导2是一层状波导。为了制作光直 接耦合结构和其他波导结构，例如过滤器、调制器、开关或需要条形波导的 同类结构，在生长第四堆垛层21的第四次外延步骤之后先将在波导2的波 导层22之上的23、41、42层除去，并在波导层22的空余表面231上制 作脊221结构，每个脊221定义为一个脊型波导，即一个条状波导。两条平 行传输的脊221可以定义例如一个光的直接耦合器。 在作第三次选择外延步骤时应采取措施以使具有端面101的隆起部分10 不被生长的无源层所覆盖，使其在第三次外延步骤中不生长上任何物质。 在第三次外延步骤之后和第四次外延步骤之前要除去无源层。 激光有源层12有2个或多个、优选至8个四元材料压应变量子阱层11， 量子阱层之间具有四元材料的势垒层(见B.Stegmueller，E.Veuhoff，J. Rieger und H.Hedrich“High-temperature(130°)CW operation of 1.53um InGaAsP ridge-waveguide lasers using strained quaternary quantum wells”， 电子通讯(Electronics Letters)，Vol.29(1993)，No.19，PP.1691-1693)。为 了能在有源层获得较高的光功率，将量子阱层11和势垒层12嵌于两种四元 材料层100、101之间，与量子阱层11相比这两层具有较短的带隙波长。 在图4的例子中，在量子阱-势垒层11和12与较短带隙波长材料层100和 101之间分别具有四元材料层104或103，其带隙波长与量子阱层11同样。 沟61、62限定了宽度和长度完全在隆起区10内的脊100，如果在第三 次外延步骤中生长的第三堆垛层15具有一个覆盖光栅14的刻蚀终止层18， 则沟61、62的刻蚀精度就能更高。刻蚀终止层18应是这样的一种材料， 使用刻蚀上面一层19的腐蚀剂时不会或只会相当轻微地对其有侵蚀作用。 利用绝缘介质6覆盖脊100及其邻近区域，但在脊100上开出接触窗口40， 在接触窗口40内与接触导线7相接的接触极4镀在接触层42上。 提高接触层42和/或其下层41的导电性是有益的，例如用合适的掺杂 剂提高掺杂量。 在衬底30表面31选定一刻蚀终止层302作在衬底30的缓冲层301之 上也是有益的，应选择这样的刻蚀终止层302，使刻蚀上面一层10的腐蚀 剂不会或只会相当轻微地对其有侵蚀作用。 在与表面31相对的衬底30的背面32具有背面接触层8。 至此，在所述的例子中均对应为具有确定的n掺杂导电类型和与之相反 的p掺杂导电类型，这也可以反而用之。 在实施例中制作具有耦合波导2的MCRW-DFB高温激光二极管。衬 底30包括n+掺杂的InP，缓冲层301包括n掺杂的1.5μm厚的InP，刻蚀 终止层302包括n掺杂的带隙波长为1.05μm，厚仅0.05μm的四元InGaAsP材料。第一堆垛层11包括厚为0.4μm的n掺杂InP单层10。 激光有源层12具有例如5个带隙波长为1.1μm的四元材料量子阱层11， 它们由带隙波长为1.25μm的四元势垒层12相互隔开。层103和104包括 带隙波长为1.1μm的四元材料层，而层100和101包括带隙波长为1.05μm 的四元材料层。100和104两层与101和103两层一样，分别组成所谓的 分别限制抑制结层(SCH层)，激光有源层12的总厚度约为0.28μm。 第二堆垛层13包括直接生长在激光有源层12上的p掺杂层InP，还包括 在层13上生长的带隙波长为1.05μm的p掺杂四元材料层14和在层14上 生长的p掺杂InP或InGaAS层15，也可以用四层结构代替三层结构。由 层15所覆盖的四元材料层14具有如下优点，由第二堆垛层13产生的光栅 14具有与光栅槽刻蚀深度无关的耦合常数。 由第二次外延步骤制作的第三堆垛层15包括直接生长在光栅14上的p 掺杂InP层17、生长在层17上的带隙波长为1.05μm的四元p掺杂刻蚀终 止层18和生长在层18上的p掺杂InP层19。 利用干、湿混合刻蚀法刻蚀隆起区10，使之具有大约20μm的宽度b1，长 度1至端面101大约400μm，深度直至刻蚀终止层302。 在制作波导2时使用的无源层由Si02组成，波导2的两覆盖层21和23 由InP组成，波导层22由带隙波长为1.05μm的四元材料组成。波导层22 的厚度例如约为0.64μm，由其上表面制作的脊221具有高度0.2μm和宽度 1.3μm。 在整个面上由第四次外延制作的第五堆垛层41包括在第三堆垛层15和 第四堆垛层21上生长的p掺杂InP层41和在层41上生长的p掺杂InGaAs接触层42。可以利用Zn来提高层41和42的p掺杂量。 图5结构设计表示按照本发明方法制作的一个集成化的含耦合波导2的 MCRW-激光二极管1，恰如上述图1至图4中描述的那样。在这一结构 设计中增加了监控二极管3，它与激光二极管1具有相同的结构。制作激 光二极管1和监控二极管3是通过在直立的隆起区10上刻出一个横向完全 平行于端面101，纵向深度T直达衬底30表面31的隔离槽63来实现的。隔 离槽63将隆起区10分割成彼此隔开的两段102和103。102段定义为激光 二极管1而103段定义为监控二极管3。 激光二极管1和监控二极管3的双T型结构以及由深沟63导致的两者 之间的电隔离是显而易见的。双T型是通过刻蚀各个脊100的左右两边的 双沟61和62得到的，脊由导电线7覆盖。刻蚀隔离沟63的同时可以形成 空块区80作为焊接区，这可以使电接触pn结面积和漏电流得到减少。 图7的结构设计表示各自配置了监控二极管3的两个激光二极管1耦合 于由脊型波导2构成的光直接耦合器。 图8的结构设计表示两个激光二极管1的一端耦合于两脊型波导2，而 另一端耦合于由脊型波导2构成的直接耦合器，其中直接耦合器的一个支 路由另一个监控二极管9引出。