DE10055884A1

DE10055884A1 - Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung mit monolithisch integriertem Kontrollphotodetektor

Info

Publication number: DE10055884A1
Application number: DE10055884A
Authority: DE
Inventors: Yong Hee Lee; Il Yong Han
Original assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Current assignee: Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2020-11-09
Also published as: KR20010045739A; US6535538B1; KR100317576B1; DE10055884C2; JP2001177178A

Abstract

Offenbart wird eine Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung mit einem monolithisch integrierten Kontrollphotodetektor, der mit einer automatischen Leistungssteuerungsschaltung kombiniert ist, wodurch er in der Lage ist, die Oberflächenemissionslaser-Ausgangsleistung genauer zu steuern. Es wird auch ein Verfahren offenbart, das angepaßt ist, die Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung herzustellen. Gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung Isolationsschichten auf, die jeweils zwischen einer Eigenhalbleiterschicht und einer dotierten Halbleiterschicht in einem Kontrollphotodetektor angeordnet sind, der angepaßt ist, teilweise Licht zu absorbieren, das von einem Oberflächenemissionslaser emittiert wird, wodurch ein Detektionssignal für das Licht abgegeben wird. Die Isolationsschichten dienen dazu, einen Photostrom zu entfernen, der sich aus Licht der spontanen Emission ergibt, die vom Oberflächenemissionslaser emittiert wird. Durch diese Konfiguration ist es möglich, die Leistung von Licht genau zu steuern, das vom Oberflächenemissionslaser durch ein Laserfenster emittiert wird.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Oberflächenemissi onslaser-Vorrichtung mit einem monolithisch integrierten Kon trollphotodetektor und ein Verfahren zu dessen Herstellung und insbesondere eine Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung mit einem monolithisch integrierten Kontrollphotodetektor, der mit einer automatischen Leistungssteuerungsschaltung kombiniert ist, wodurch er in der Lage ist, die Oberflächenemissionslaser- Ausgangsleistung genauer zu steuern. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Ober flächenemissionslaser-Vorrichtung mit einem monolithisch inte grierten Kontrollphotodetektor.

Beschreibung der verwandten Technik

Wie wohlbekannt ist, ist ein Oberflächenemissionslaser (SEL) als eine Lichtemissionsvorrichtung hervorgehoben worden. Eine solche Oberflächenemissionslaser ist so konfiguriert, daß sie Licht in eine Richtung emittiert, längs derer Halbleiter schichten gezüchtet werden. In dieser Hinsicht kann ein Feld von Oberflächenemissionslasern auf einem einzelnen Substrat in tegriert werden. Ein solcher Oberflächenemissionslaser weist auch einen Vorteil darin auf, daß es überflüssig ist, ein op tisches System für eine Korrektur der Form des emittierten Lichts zu verwenden. Dies liegt daran, daß das von einem Ober flächenemissionslaser emittierte Licht eine Kreisform aufweist und eine Intensität einer Gaußschen Normalverteilung zeigt.

Es ist wünschenswert, daß die Ausgangsleistung eines sol chen Oberflächenemissionslasers auf einer konstanten Intensität gehalten wird. Zu diesem Zweck ist es notwendig, einen Kontroll photodetektor zu verwenden. Wo ein solcher Kontrollphotodetek tor an einem Oberflächenemissionslaser integriert ist, gibt es Vorteile darin, daß es möglich ist, die Herstellungskosten zu reduzieren und gleichzeitig ein Feld von Oberflächenemissions lasern zu kontrollieren.

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittansicht, die eine herkömmliche Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung mit einem monolithisch integrierten Kontrollphotodetektor darstellt.

Bezugnehmend auf Fig. 1, weist die herkömmliche Oberflä chenemissionslaser-Vorrichtung einen Oberflächenemissionslaser (10) zur Emission von Licht in eine Richtung, längs derer Halb leiterschichten gezüchtet werden, und einen Kontrollphotodetek tor (60) auf, der auf dem Oberflächenemissionslaser (10) aus gebildet ist.

Der Oberflächenemissionslaser (10) weist auf: ein Substrat (12), eine Verstärkungsmediumschicht (42), die angepaßt ist, Licht zu erzeugen, ein Paar Spiegelschichten, das heißt eine untere Spiegelschicht (32) und eine obere Spiegelschicht (34), die jeweils auf unteren und oberen Oberflächen der Verstär kungsmediumschicht (42) angeordnet und angepaßt sind, das von der Verstärkungsmediumschicht (42) erzeugte Licht in Resonanz zu bringen, und ein Laserfenster (82), das am oberen Abschnitt des Kontrollphotodetektors (60) ausgebildet und angepaßt ist, es zuzulassen, daß das in Resonanz gebrachte Licht nach außen emittiert wird. Der Oberflächenemissionslaser (10) weist auch auf: eine erste Elektrode (22), die auf der unteren Oberfläche des Substrats (12) ausgebildet ist, eine zweite Elektrode (24), die auf der oberen Spiegelschicht (34) ausgebildet ist und an einem mittleren Abschnitt derselben mit einer Öffnung zum Frei legen des mittleren Abschnitts versehen ist, und eine hochohmige Schicht (52), die zwischen der Verstärkungsmediumschicht (42) und der oberen Spiegelschicht (34) angeordnet und an einem mittleren Abschnitt derselben mit einer Öffnung versehen ist. Die hochohmige Schicht (52) leitet Löcher, die von der zweiten Elektrode (24) geliefert werden, so daß sie zur Verstärkungs mediumschicht (42) durch deren Öffnung fließen.

Wenn eine Vorwärtsvorspannung zwischen den ersten und zwei ten Elektroden (22 und 24) angelegt wird, findet eine Rekombi nation von Elektronen und Löchern in der Verstärkungsme diumschicht statt, so daß Licht erzeugt wird. Vom erzeugten Licht können nur jene Wellenlängen übrigbleiben, die eine Re sonanzbedingung erfüllen, die durch die unteren und oberen Spiegelschichten (32 und 34) gegeben ist. Für das restliche Licht induziert die Verstärkungsmediumschicht (42), daß jenes mit derselben Wellenlänge und Phase emittiert wird, wodurch schließlich dieses Licht verstärkt wird. Das induzierte Emis sionslicht, das heißt Laserstrahlen, wird nach außen durch das Laserfenster (82) emittiert.

Unterdessen weist der Kontrollphotodetektor (60) eine erste dotierte Halbleiterschicht (62), eine Eigenhalbleiterschicht (72), eine zweite dotierte Halbleiterschicht (64) und eine dritte Elektrode (26) zum Abgeben eines durch den Kontrollpho todetektor (60) detektierten Signals auf. Die ersten und zwei ten dotierten Halbleiterschichten (62) und (64) weisen eine un terschiedliche Dotierungsart auf, wohingegen die erste dotierte Halbleiterschicht (62) dieselbe Dotierungsart wird die obere Spiegelschicht (34) aufweist.

Der Kontrollphotodetektor (60) absorbiert das vom Oberflä chenemissionslaser (10) emittierte Licht teilweise, wodurch er ein elektrisches Signal abgibt, das proportional zur Leistung des absorbierten Lichts ist. Das restliche, nicht durch den Kontrollphotodetektor (60) absorbierte Licht wird durch den Kon trollphotodetektor (60) durchgelassen, so daß es nach außen durch das Laserfenster (82) emittiert wird.

Das vom Kontrollphotodetektor (60) abgegebene Detektions signal ist proportional zur Ausgangsleistung des Oberflächen emissionslasers (10), die durch das Laserfenster (82) emittiert wird. Folglich ist es möglich, den Oberflächenemissionslaser (10) auf eine Ausgangsleistung einer konstanten Intensität zu steuern durch Rückkoppeln des Detektionssignals aus dem Kon trollphotodetektor (60), und Steuern des an den Oberflächen emissionslaser (10) angelegten Ansteuerungsstroms, das heißt des an jede der ersten und zweiten Elektroden (22 und 24) an gelegten Ansteuerungsstroms entsprechend der Steuerungsopera tion einer automatischen Leistungssteuerungsschaltung, die auf dem Rückkopplungsdetektionssignal beruht. Alternativ kann die Ausgangsleistung des Oberflächenemissionslasers (10) entspre chen einer Variation des Ansteuerungsstroms variiert werden.

Andererseits emittiert der Oberflächenemissionslaser (10) nicht nur das Licht der induzierten Emission, sondern auch eine spontane Emission. Dieses Licht der spontanen Emission unter scheidet sich vom Licht der induzierten Emission hinsichtlich der Eigenschaften darin, daß es aus gemischtem Licht unter schiedlicher Wellenlängen und unterschiedlicher Phasen besteht. Aus diesem Grund umfaßt das durch den Kontrollphotodetektor (60) detektierte Licht sowohl das Licht der induzierten Emis sion als auch das Licht der spontanen Emission. Dementsprechend wird das Detektionssignal des Kontrollphotodetektors (60) durch das Licht der spontanen Emission beeinflußt. Als Ergebnis ist es schwierig, aufgrund des Lichts der spontanen Emission, die Leistung des Lichts, das vom Oberflächenemissionslaser (10) emittiert wird, beruhend auf dem vom Kontrollphotodetektor (60) abgegebenen Detektionssignal genau zu steuern.

Zusammenfassung der Erfindung

Daher ist es eine erste Aufgabe der Erfindung, eine Ober flächenemissionslaser-Vorrichtung mit einem monolithisch inte grierten Kontrollphotodetektor bereitzustellen, der fähig ist, einen Photostrom wirksam abzuschalten, der vom Licht der spon tanen Emission herrührt, während er es nur zuläßt, daß ein Pho tostrom, der vom Laserlicht herrührt, durch den Kontrollphoto detektor fließt, wodurch eine genaue Steuerung der Leistung des Lichts erzielt wird, das von einen Oberflächenemissionslaser desselben emittiert wird.

Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung mit einem monolithisch integrierten Kontrollphotodetektor bereit zustellen, der fähig ist, die erste Aufgabe zu lösen.

Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung bereit mit:
einem Oberflächenemissionslaser, der aufweist: ein Substrat, eine untere Spiegelschicht, eine Verstärkungsmediumschicht und eine obere Spiegelschicht, die aufeinanderfolgend auf einer oberen Oberfläche des Substrats gezüchtet sind, eine erste Elektrode, die auf einer unteren Oberfläche des Substrats aus gebildet ist, und eine zweite Elektrode, die auf der oberen Spiegelschicht ausgebildet ist und an einem mittleren Abschnitt derselben mit einer Öffnung zum Freilegen des mittleren Ab schnitts versehen ist, wobei der Oberflächenemissionslaser dazu dient, Licht in eine Wachstumsrichtung der Schichten als Reak tion auf einen Ansteuerungsstrom zu emittieren, der an die er sten und zweiten Elektroden angelegt wird; und
einen monolithisch integrierten Kontrollphotodetektor, der an einem Abschnitt der oberen Spiegelschicht ausgebildet ist, der durch die Öffnung der zweiten Elektrode freiliegt, wobei der Kontrollphotodetektor dazu dient, teilweise das Licht zu absor bieren, das vom Oberflächenemissionslaser emittiert wird, wo durch ein Detektionssignal für das Licht abgegeben wird,
wobei der Kontrollphotodetektor aufweist:
eine erste dotierte Halbleiterschicht, eine Eigenhalbleiter schicht und eine zweite dotierte Halbleiterschicht, die aufein anderfolgend auf dem Abschnitt der oberen Spiegelschicht ge züchtet sind, der durch die zweite Elektrode freiliegt, eine dritte Elektrode, die auf der zweiten dotierten Halblei terschicht ausgebildet ist und an einem mittleren Abschnitt derselben mit einer Öffnung zum Freilegen des mittleren Ab schnitts der dritten Elektrode versehen ist, und untere und obere Isolationsschichten, die jeweils zwischen der ersten dotierten Halbleiterschicht und der Eigenhalbleiter schicht und zwischen der Eigenhalbleiterschicht und der zweiten dotierten Halbleiterschicht angeordnet sind, wobei jede der Isolationsschichten eine Öffnung an einem mittleren Abschnitt derselben aufweist, die dazu dient, einen Photostrom zu entfer nen, der von einem Licht der spontanen Emission herrührt, die vom Oberflächenemissionslaser emittiert wird.

Vorzugsweise weist jede der ersten und zweiten dotierten Halbleiterschichten eine Anzahl gezüchteter Schichten auf. Die oberste der gezüchteten Schichten in der ersten dotierten Halb leiterschicht und die unterste der gezüchteten Schichten in der zweiten dotierten Halbleiterschicht bestehen aus Al_xGa_1-xAs (vorausgesetzt 0,95 ≦ x ≦ 1). Die unteren und oberen Isolati onsschichten bestehen aus oxidiertem Al_xGa_1-xAs.

Bevorzugter weist die erste dotierte Halbleiterschicht eine Zn-dotierte Al_yGa_1-yAs-Schicht und eine Zn-dotierte-Al_xGa_1-xAs Schicht auf, die in dieser Reihefolge gezüchtet sind (vorausgesetzt 0,95 ≦ x ≦ 1 und 0 ≦ y ≦ 0,5). Die zweite dotierte Halb leiterschicht weist eine Si-dotierte Al_xGa_1-xAs-Schicht, eine Si-dotierte Al_yGa_1-yAs-Schicht und eine Si-dotierte GaAs Schicht auf, die in dieser Reihenfolge gezüchtet sind. Die unteren und oberen Isolationsschichten werden gebildet, indem jeweils die Zn-dotierte Al_xGa_1-xAs-Schicht und die Si-dotierte Al_xGa_1-xAs- Schicht lateral oxidiert werden.

Die Eigenhalbleiterschicht ist an einer maximalen internen Lichtintensität des Oberflächenemissionslasers angeordnet.

Die Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung kann ferner eine hochohmige Schicht aufweisen, die zwischen der Verstärkungsme diumschicht und der oberen Spiegelschicht angeordnet ist und an einem mittleren Abschnitt derselben mit einer Öffnung versehen ist, wobei die hochohmige Schicht dazu dient, Löcher so zu lei ten, daß sie nur durch deren mittlere Öffnung fließen. Die hoch ohmige Schicht wird gebildet, indem Protonen in die obere Spie gelschicht implantiert werden, oder aus einem Oxid aus Al_xGa_1-xAs hergestellt (vorausgesetzt 0,95 ≦ x ≦ 1).

Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfin dung ein Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenemissions laser-Vorrichtung bereit, die einen Oberflächenemissionslaser aufweist, der besteht aus: einem Substrat, einer unteren Spie gelschicht, einer Verstärkungsmediumschicht und einer oberen Spiegelschicht, die aufeinanderfolgend auf einer oberen Ober fläche des Substrats gezüchtet sind, einer ersten Elektrode, die auf einer unteren Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, und einer zweiten Elektrode, die auf der oberen Spiegelschicht ausgebildet ist und an einem mittleren Abschnitt derselben mit einer Öffnung zum Freilegen des mittleren Abschnitts versehen ist, wobei der Oberflächenemissionslaser dazu dient, Licht in eine Wachstumsrichtung der Schichten als Reaktion auf einen Ansteuerungsstrom zu emittieren, der an die ersten und zweiten Elektroden angelegt wird, und einem monolithisch integrierten Kontrollphotodetektor, der an einem Abschnitt der oberen Spie gelschicht ausgebildet ist, der durch die Öffnung der zweiten Elektrode freiliegt, wobei der Kontrollphotodetektor dazu dient, teilweise das Licht zu absorbieren, das vom Oberflächen emissionslaser emittiert wird, wodurch ein Detektionssignal für das Licht abgegeben wird, wobei das Verfahren, um den Kontroll photodetektor herzustellen, die Schritte aufweist:
aufeinanderfolgendes Zuchten einer Zn-dotierten Al_yGa_1-yAs- Schicht und einer Zn-dotierten Al_xGa_1-xAs-Schicht auf der oberen Spiegelschicht, wodurch eine erste dotierte Halbleiterschicht auf der oberen Spiegelschicht gebildet wird;
Bilden einer Eigenhalbleiterschicht, die aus GaAs besteht, auf der ersten dotierten Halbleiterschicht;
aufeinanderfolgendes Züchten einer Si-dotierten Al_xGa_1-xAs- Schicht, einer Si-dotierten Al_yGa_1-yAs-Schicht und einer Si-do tierten GaAs-Schicht auf der Eigenhalbleiterschicht, wodurch eine zweite dotierte Halbleiterschicht auf der Eigenhalbleiter schicht gebildet wird; und
Naßoxidieren einer Struktur, die nach der Bildung der zweiten dotierten Halbleiterschicht erhalten wird, um die Zn-dotierte Al_xGa_1-xAs-Schicht und die Si-dotierte Al_xGa_1-xAs-Schicht begin nend mit Seitenflächen derselben lateral zu oxidieren, während verhindert wird, daß mittlere Abschnitte derselben oxidiert werden, wodurch untere bzw. obere Isolationsschichten gebildet werden (vorausgesetzt 0,95 ≦ x ≦ 1 und 0 ≦ y ≦ 0,5).

In der erfindungsgemäßen Oberflächenemissionslaser-Vor richtung wird ein Photostrom, der von einem großen Teil des Lichts der spontanen Emission herrührt, der vom Oberflächen emissionslaser emittiert wird, durch strahlungslose Rekombinationszentren entfernt, die an jeweiligen Grenzflächen zwischen der unteren Isolationsschicht und der Eigenhalbleiterschicht und zwischen der Eigenhalbleiterschicht und der oberen Isola tionsschicht angeordnet sind. Dementsprechend ist es möglich, die Leistung von Licht genau zu steuern, das von der Oberflä chenemissionslaser-Vorrichtung durch das Laserfenster emit tiert wird, durch Rückkoppeln eines Detektionssignals, das vom Kontrollphotodetektor abgegeben wird, an die Oberflächenemis sionsschicht als Ansteuerungsstrom über eine automatische Lei stungssteuerungsschaltung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die obigen Aufgaben und anderen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden de taillierten Beschreibung deutlich werden, wenn es in Verbindung mit den Zeichnungen vorgenommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht, die eine her kömmliche Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung mit einem monolithisch integrierten Kontrollphotodetektor darstellt;

Fig. 2a eine Draufsicht einer Oberflächenemissionslaser-Vor richtung mit einem monolithisch integrierten Kontroll photodetektor gemäß einer Ausführungsform der vorlie genden Erfindung;

Fig. 2b eine Querschnittansicht, die längs der Linie A-A' der Fig. 2b aufgenommen ist; und

Fig. 3a bis 3c jeweils graphische Darstellungen zur Bewer tung des Effekts des Kontrollphotodetektors der Fig. 2b.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen

Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.

Die Fig. 2a und 2b stellen jeweils eine Oberflächenemis sionslaser-Vorrichtung mit einem monolithisch integrierten Kon trollphotodetektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Fig. 2a ist eine Draufsicht der Oberflächenemis sionslaser-Vorrichtung, wohingegen Fig. 2b eine Querschnittan sicht ist, die längs der Linie A-A' der Fig. 2b aufgenommen ist.

Bezugnehmend auf die Fig. 2a und 2b, weist die Oberflä chenemissionslaser-Vorrichtung einen Oberflächenemissionslaser (110) zur Emission von Licht in eine Richtung, längs derer Halb leiterschichten gezüchtet sind, und einen Kontrollphotodetektor (160) auf, der auf dem Oberflächenemissionslaser (110) ausge bildet ist. Der Kontrollphotodetektor (160) dient dazu, teil weise Licht zu empfangen, das vom Oberflächenemissionslaser (110) emittiert wird, wodurch die Leistung von Licht detektiert wird, das vom Oberflächenemissionslaser (110) emittiert wird.

Der Oberflächenemissionslaser (110) weist ein Substrat (112), das aus mit Si dotiertem GaAs besteht, und eine Anzahl von Schichten auf, die aufeinanderfolgend auf dem Substrat (112) gezüchtet sind. Die gezüchteten Schichten umfassen eine untere Spiegelschicht (132), eine Verstärkungsmediumschicht (142) und eine obere Spiegelschicht (134). Der Oberflächenemis sionslaser (110) weist auch auf: eine erste Elektrode (112), die auf der unteren Oberfläche des Substrats (112) ausgebildet ist, eine zweite Elektrode, die auf der oberen Spiegelschicht (134) ausgebildet ist und an einem mittleren Abschnitt dersel ben mit einer Öffnung zum Freilegen des mittleren Abschnitts versehen ist, und eine hochohmige Schicht (152), die zwischen der Verstärkungsmediumschicht (142) und der oberen Spiegel schicht (134) angeordnet ist und an einem mittleren Abschnitt derselben mit einer Öffnung von 7 µm vorgesehen ist.

Die untere Spiegelschicht (132) weist eine Mehrschicht struktur auf, die abwechselnde Schichten von Si-dotierten Al_0,9Ga_0,1As und Si-dotierten Al_0,3Ga_0,7As umfaßt, während sie 40 Perioden aufweist (In einigen Nomenklaturen wird das Paar ab wechselnder Schichten eine "Periode") genannt. Die obere Spie gelschicht (134) weist eine Mehrschichtstruktur auf, die ab wechselnde Schichten aus C-dotierten Al_0,9Ga_0,1As und C-dotier ten Al_0,3Ga_0,7As aufweist, während sie 28 Perioden aufweist. An dererseits weist die Verstärkungsmedium-Schicht (142) eine Mehrschichtstruktur auf, die abwechselnde Schichten aus Al_0,3Ga_0,7As und Al_0,11Ga_0,89As aufweist, die so gezüchtet sind, daß sie vier Quantenquellen bilden. Die hochohmige Schicht (152) leitet vermöge ihres hohen Widerstandes Löcher so, daß sie nur durch deren mittlere Öffnung fließen. Diese hochohmige Schicht (152) wird durch Implantieren von zum Beispiel Proto nen, Wasserstoffkernen in die obere Spiegelschicht (134) oder durch Ablagern einer Al_xGa_1-xAs-Schicht und dann Oxidieren der abgelagerten Al_xGa_1-xAs-Schicht gebildet, mit Ausnahme eines mittleren Abschnitts derselben (vorausgesetzt 0,95 ≦ x ≦ 1).

Wenn eine Vorwärtsvorspannung zwischen den ersten und zwei ten Elektroden (122 und 124) angelegt wird, das heißt, wenn eine negative Spannung an die erste Elektrode (122) angelegt wird, und eine positive Spannung an die zweite Elektrode (124) ange legt wird, findet eine Rekombination von Elektronen und Löchern in der Verstärkungsmediumschicht (142) statt, so daß Licht er zeugt wird. Vom erzeugten Licht können nur jene der Wellenlängen übrigbleiben, die eine Resonanzbedingung erfüllen, die durch die unteren und oberen Spiegelschichten (32 und 34) gegeben ist. Für das restliche Licht, induziert die Verstärkungsmedium schicht (142), daß jene derselben Wellenlänge und Phase emittiert werden, wodurch schließlich jenes Licht verstärkt wird. Das Licht der induzierten Emission, das heißt Laserstrahlen, werden nach außen durch das Laserfenster (182) emittiert.

Unterdessen weist der Kontrollphotodetektor (160) eine An zahl von Halbleiterschichten auf, die aufeinanderfolgend auf einem Abschnitt der oberen Spiegelschicht (134) gezüchtet wer den, der durch die Öffnung der zweiten Elektrode (124) frei liegt. Das heißt, der Kontrollphotodetektor (160) weist eine erste dotierte Halbleiterschicht (162), eine Eigenhalbleiter schicht (172) und eine zweite dotierte Halbleiterschicht (164) auf. Der Kontrollphotodetektor (160) weist auch eine dritte Elektrode (126), die auf der zweiten dotierten Halbleiter schicht (164) ausgebildet ist und mit einer Öffnung zum Frei legen des mittleren Abschnitts der zweiten dotierten Halblei terschicht (164) versehen ist, und ein Paar Isolationsschichten auf, das heißt, eine untere Isolationsschicht (192) und eine obere Isolationsschicht (194), die jeweils zwischen der ersten dotierten Halbleiterschicht (162) und der Eigenhalbleiter schicht (172) und zwischen der Eigenhalbleiterschicht (172) und der zweiten dotierten Halbleiterschicht (164) angeordnet sind. Jede der Isolationsschichten (192 und 194) weist eine Öffnung an deren mittleren Abschnitt auf.

Die erste dotierte Halbleiterschicht (162) weist eine Zn- dotierte Al_0,3Ga_0,7As Schicht und eine Zn-dotierte AlAs-Schicht auf, die in dieser Reihenfolge gezüchtet sind. Die zweite do tierte Halbleiterschicht (164) weist eine Si-dotierte AlAs- Schicht auf, eine Si-dotierte Al_0,3Ga_0,7As-Schicht und eine Si- dotierte GaAs-Schicht, die in dieser Reihenfolge gezüchtet sind. Das heißt, jeweilige AlAs-Schichten der ersten und zwei ten Halbleiterschichten (162 und 164) stehen in Kontakt mit den unteren und oberen Oberflächen der Eigenhalbleiterschicht (172). Andererseits besteht die Eigenhalbleiterschicht (172) aus GaAs.

Die unteren und oberen Isolationsschichten (192 und 194) werden durch laterales Oxidieren der Zn-dotierten AlAs-Schicht und der Si-dotierten AlAs-Schicht der ersten und zweiten Halb leiterschichten (162 und 164) gebildet, die jeweils die unteren und oberen Oberflächen der Eigenhalbleiterschicht (172) berüh ren, mit Ausnahme deren mittlerer Abschnitte. Um es zuzulassen, daß die Eigenhalbleiterschicht (172) empfindlicher auf die La serausgangsleistung vom Oberflächenemissionslaser (110) rea giert, werden die ersten und zweiten dotierten Halbleiter schichten (162 und 164) in ihrer Dicke so gesteuert, daß die Eigenhalbleiterschicht (172) an einer maximalen internen Licht intensität des Oberflächenemissionslasers (110) angeordnet ist.

Der Kontrollphotodetektor (160) absorbiert teilweise das Licht, das vom Oberflächenemissionslaser (110) in einem Zustand emittiert wird, in dem eine Sperr-Vorspannung zwischen den zweiten und dritten Elektroden (124 und 126) angelegt ist, das heißt, wenn eine negative Spannung an die zweite Elektrode an gelegt ist, und eine positive Spannung an die dritte Elektrode angelegt ist. Der Kontrollphotodetektor (160) gibt dann an der dritten Elektrode (126) ein elektrisches Signal ab, das propor tional zur Leistung des absorbierten Lichts ist. Das restliche, nicht durch den Kontrollphotodetektor (160) absorbierte Licht wird durch den Kontrollphotodetektor (160) durchgelassen, so daß es nach außen durch das Laserfenster (182) emittiert wird.

Der Oberflächenemissionslaser (110) emittiert nicht nur Licht der induzierten Emission, sondern auch der spontanen Emission. Jedoch werden Elektronen und Löcher, die in der Ei genhalbleiterschicht (172) infolge des Lichts der spontanen Emission erzeugt werden, durch strahlungslose Rekombinationszentren entfernt, die an jeweiligen Grenzflächen der unteren und oberen Isolationsschichten (192 und 194) benachbart zur Ei genhalbleiterschicht (172) angeordnet sind. Dementsprechend fließt nur der Strom, der von den Elektronen und Löchern her rührt, die in der Eigenhalbleiterschicht (172) infolge des La serlicht erzeugt werden, durch die dritte Elektrode (126) durch die mittleren Abschnitte der ersten und zweiten dotierten Halb leiterschichten (162 und 164). Die mittleren Abschnitte der er sten und zweiten dotierten Halbleiterschichten (162 und 164) werden durch die Bezugsziffer (184) in Fig. 2a bezeichnet.

Als Ergebnis ist das vom Kontrollphotodetektor (160) abge gebene Detektionssignal proportional zur Leistung des Lichts der induzierten Emission, das heißt Laserstrahlen, die durch das Laserfenster (182) emittiert werden. Beruhend auf der Lei stung des Lichts, das durch den Kontrollphotodetektor (160) de tektiert wird, ist es daher möglich, eine Variation der Inten sität der Laserstrahlen zu messen, die durch das Laserfenster (182) emittiert werden. Dementsprechend wird das elektrische Signal, das beruhend auf der detektierten Lichtleistung erhal ten wird, als Ansteuerungsstrom zur Oberflächenemissionsschicht (110) über eine automatische Leistungssteuerungsschaltung rückgekoppelt. Folglich ist es möglich, die Leistung von Licht genau zu steuern, das von der Oberflächenemissionslaser-Vor richtung durch das Laserfenster (182) emittiert wird.

Die folgende Beschreibung wird in Verbindung mit einem Ver fahren zur Herstellung der Oberflächenemissionslaser-Vorrich tung mit dem monolithisch integrierten Kontrollphotodetektor vorgenommen, der in den Fig. 2a und 2b dargestellt wird. Um eine wiederholte Beschreibung zu vermeiden, wird nur der Her stellungsprozeß des Kontrollphotodetektors (160) beschrieben, der sich vom herkömmlichen Kontrollphotodetektor unterscheidet.

Zuerst werden eine Zn-dotierte Al_0,3Ga_0,7As-Schicht und eine Zn-dotierte AlAs-Schicht aufeinanderfolgend auf der oberen Spiegelschicht 134 gezüchtet, wodurch die erste dotierte Halb leiterschicht 162 gebildet wird. Dann wird eine GaAs-Schicht auf der ersten dotierten Halbleiterschicht (162) gebildet, um die Eigenhalbleiterschicht (172) zu bilden. Anschließend werden eine Si-dotierte AlAs-Schicht, eine Si-dotierte Al_0,3Ga_0,7As- Schicht und eine Si-dotierte GaAs-Schicht in dieser Reihenfolge auf der Eigenhalbleiterschicht (172) gezüchtet, wodurch die zweite dotierte Halbleiterschicht (164) gebildet wird.

Gemäß einem durch die vorliegende Erfindung bevorzugten Verfahren wird die sich ergebende Struktur dann bei 450°C in einer solchen Weise naßoxidiert, daß die Zn-dotierte AlAs- Schicht der ersten dotierten Halbleiterschicht (162) und die Si-dotierte AlAs-Schicht der zweiten dotierten Halbleiter schicht (164) beginnend von deren Seitenflächen lateral oxi diert werden. Durch diese Naßoxidation werden die unteren und oberen Isolationsschichten (192 und 194) gebildet. Zu dieser Zeit wird die Oxidationszeit gesteuert, um zu verhindern, daß die mittleren Abschnitte (184) der AlAs-Schichten oxidiert wer den. Die Größe des mittleren Abschnitts (184) wird reduziert, wenn eine erhöhte Oxidationszeit verwendet wird.

Die Fig. 3a bis 3c sind jeweils graphische Darstellungen zur Bewertung der Wirkung des Kontrollphotodetektors (160) der Fig. 2b. In den Fig. 3a bis 3c werden die Ergebnisse darge stellt, die nach einer Messung von Variationen des Photostroms und der Oberflächenemissionslaser-Intensität in Abhängigkeit von einer Variation des Ansteuerungsstroms erhalten werden, wo bei der Kontrollphotodetektor (160) zusammen mit einem getrenn ten äußeren Photodetektor verwendet wird. In jedem Fall wurde die Messung nach dem Anlegen eines Ansteuerungsstroms an den Oberflächenemissionslaser (110) über die ersten und zweiten Elektroden (122 und 124) durchgeführt. Fig. 3a ist mit dem Fall assoziiert, in dem die mittleren Abschnitte (184) der unteren und oberen Isolationsschichten (192 und 194) eine Größe von 2 µm aufweisen, wohingegen Fig. 3b mit dem Fall assoziiert ist, in dem die mittleren Abschnitte (184) eine Größe von 18 µm aufwei sen. Andererseits ist Fig. 3c mit dem Fall assoziiert, in dem der Photodetektor ohne die unteren und oberen Isolationsschicht ten (192 und 194) ausgebildet ist.

In Fig. 3a zeigt die graphische Darstellung, die durch eine gepunktete Linie dargestellt wird, eine Variation des durch den Kontrollphotodetektor (160) gemessenen Photostroms, und die graphische Darstellung, die durch eine durchgezogenen Linie dargestellt wird, zeigt eine durch den äußeren Photodetektor gemessene Variation der Oberflächenemissionslaser-Intensität. Bezugnehmend auf Fig. 3a, kann gefunden werden, daß die Reaktion des Kontrollphotodetektors (160) gut mit der Reaktion des äu ßeren Photodetektors übereinstimmt. Es kann auch gefunden wer den, daß der Photostrom, der durch den Kontrollphotodetektor (160) beim Schwellenstrom des Oberflächenemissionslasers detek tiert wird, 8 µA entspricht. Andererseits wird in den Fällen der Fig. 3b und 3c durch den Kontrollphotodetektor (160) ein Photostrom von 94 µA bzw. 118 µA beim Schwellenstrom des Ober flächenemissionslasers detektiert.

Folglich kann gefunden werden, daß der Oberflächenemissi onslaser-Vorrichtung mit dem monolithisch integrierten Kon trollphotodetektor, der die unteren und oberen Isolations schichten (192 und 194) aufweist, eine überlegene Leistung auf weist, verglichen mit dem Fall, in dem der Kontrollphotodetek tor diese Isolationsschichten nicht aufweist. Es kann auch ge funden werden, daß der Fall, in dem der mittlere Abschnitt (184) jeder Isolationsschicht eine Größe von 2 µm aufweist, eine Lei stung zeigt, die mehr als 10-fach gesteigert ist, verglichen mit dem Fall, in dem der mittlere Abschnitt (184) eine Größe von 18 µm aufweist.

Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, wird in der Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung mit dem erfindungsgemä ßen monolithisch integrierten Kontrollphotodetektor ein Pho tostrom, der sich aus einem großen Teil des Lichts der spontanen Emission ergibt, die vom Oberflächenemissionslaser (110) emit tiert wird, durch strahlungslose Rekombinationszentren ent fernt, die an jeweiligen Grenzflächen zwischen der unteren Iso lationsschicht (192) und der Eigenhalbleiterschicht (172) und zwischen der Eigenhalbleiterschicht (172) und der oberen Iso lationsschicht (194) angeordnet sind. Dementsprechend ist es möglich, die Leistung von Licht genau zu steuern, das von der Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung durch das Laserfenster (182) emittiert wird, indem ein Detektionssignal, das vom Kon trollphotodetektor (160) abgegeben wird, zur Oberflächenemis sionsschicht (110) als Ansteuerungsstrom über die automatische Leistungssteuerungsschaltung rückgekoppelt wird.

Obwohl die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zu Illustrationszwecken offenbart worden ist, werden Fachleute er kennen, daß verschiedene Modifikationen, Zusätze und Ersetzun gen möglich sind, ohne den Rahmen und Geist der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen offenbart wird.

Claims

1. Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung mit:
einem Oberflächenemissionslaser, der aufweist: ein Sub strat, eine untere Spiegelschicht, eine Verstärkungsmedium schicht und eine obere Spiegelschicht, die aufeinanderfol gend auf einer oberen Oberfläche des Substrats gezüchtet sind, eine erste Elektrode, die auf einer unteren Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode, die auf der oberen Spiegelschicht ausgebildet ist und an einem mittleren Abschnitt derselben mit einer Öffnung zum Freilegen des mittleren Abschnitts versehen ist, wobei der Oberflächenemissionslaser dazu dient, Licht in eine Wachs tumsrichtung der Schichten als Reaktion auf einen Ansteue rungsstrom zu emittieren, der an die ersten und zweiten Elektroden angelegt wird; und
einen monolithisch integrierten Kontrollphotodetektor, der an einem Abschnitt der oberen Spiegelschicht ausgebildet ist, der durch die Öffnung der zweiten Elektrode freiliegt, wobei der Kontrollphotodetektor dazu dient, teilweise das Licht zu absorbieren, das vom Oberflächenemissionslaser emittiert wird, wodurch ein Detektionssignal für das Licht abgegeben wird,
wobei der Kontrollphotodetektor aufweist:
eine erste dotierte Halbleiterschicht, eine Eigenhalblei terschicht und eine zweite dotierte Halbleiterschicht, die aufeinanderfolgend auf dem Abschnitt der oberen Spiegel schicht gezüchtet sind, der durch die zweite Elektrode frei liegt,
eine dritte Elektrode, die auf der zweiten dotierten Halb leiterschicht ausgebildet ist und an einem mittleren Abschnitt derselben mit einer Öffnung zum Freilegen des mitt leren Abschnitts der dritten Elektrode versehen ist, und un tere und obere Isolationsschichten, die jeweils zwischen der ersten dotierten Halbleiterschicht und der Eigenhalbleiter schicht und zwischen der Eigenhalbleiterschicht und der zweiten dotierten Halbleiterschicht angeordnet sind, wobei jede der Isolationsschichten eine Öffnung an einem mittleren Abschnitt derselben aufweist, die dazu dient, einen Pho tostrom zu entfernen, der von einem Licht der spontanen Emission herrührt, die vom Oberflächenemissionslaser emit tiert wird.

2. Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung nach Anspruch 1, wo bei:
jede der ersten und zweiten dotierten Halbleiterschichten eine Anzahl gezüchteter Schichten aufweist;
die oberste der gezüchteten Schichten in der ersten dotier ten Halbleiterschicht und die unterste der gezüchteten Schichten in der zweiten dotierten Halbleiterschicht aus Al_xGa_1-xAs bestehen; und
die unteren und oberen Isolationsschichten aus oxidiertem Al_xGa_1-xAs bestehen (vorausgesetzt 0,95 ≦ x ≦ 1).

3. Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung nach Anspruch 2, wo bei:
die erste dotierte Halbleiterschicht eine Zn-dotierte Al_yGa_1-yAs-Schicht und eine Zn-dotierte Al_xGa_1-xAs-Schicht aufweist, die in dieser Reihenfolge gezüchtet sind; und
die untere Isolationsschicht durch teilweises Oxidieren der Zn-dotierten Al_xGa_1-xAs-Schicht gebildet ist (vorausgesetzt 0,95 ≦ x ≦ 1 und 0 ≦ y ≦ 0,5).

4. Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung nach Anspruch 2, wo bei:
die zweite dotierte Halbleiterschicht eine Si-dotierte Al_xGa_1-xAs-Schicht, eine Si-dotierte Al_yGa_1-yAs-Schicht und eine Si-dotierte GaAs-Schicht aufweist, die in dieser Rei henfolge gezüchtet sind; und
die obere Isolationsschicht durch laterales Oxidieren der Si-dotierten Al_xGa_1-xAs-Schicht gebildet ist (vorausgesetzt 0,95 x ≦ 1 und 0 ≦ y ≦ 0,5).

5. Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung nach Anspruch 1, wo bei die Eigenhalbleiterschicht an einer maximalen internen Lichtintensität des Oberflächenemissionslasers angeordnet ist.

6. Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist: eine hochohmige Schicht, die zwischen der Verstärkungsme diumschicht und der oberen Spiegelschicht angeordnet ist und an einem mittleren Abschnitt derselben mit einer Öffnung versehen ist, wobei die hochohmige Schicht dazu dient, Löcher so zu leiten, daß sie nur durch deren mittlere Öff nung fließen.

7. Oberflächenemissionslaser-Vorrichtung nach Anspruch 6, wo bei die hochohmige Schicht durch Implantieren von Protonen in die obere Spiegelschicht gebildet ist, oder aus einem Oxid von Al_xGa_1-xAs besteht (vorausgesetzt 0,95 ≦ x ≦ 1).

8. Verfahren zur Herstellung einer Oberflächenemissionslaser- Vorrichtung, die einen Oberflächenemissionslaser aufweist, der aufweist: ein Substrat, eine untere Spiegelschicht, eine Verstärkungsmediumschicht und eine obere Spiegelschicht, die aufeinanderfolgend auf einer oberen Oberfläche des Sub strats gezüchtet sind, eine erste Elektrode, die auf einer unteren Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode, die auf der oberen Spiegelschicht ausge bildet ist und an einem mittleren Abschnitt derselben mit einer Öffnung zum Freilegen des mittleren Abschnitts ver sehen ist, wobei der Oberflächenemissionslaser dazu dient, Licht in eine Wachstumsrichtung der Schichten als Reaktion auf einen Ansteuerungsstrom zu emittieren, der an die ersten und zweiten Elektroden angelegt wird, und einen monolithisch integrierten Kontrollphotodetektor, der an einem Abschnitt der oberen Spiegelschicht ausgebildet ist, der durch die Öffnung der zweiten Elektrode freiliegt, wobei der Kontroll photodetektor dazu dient, teilweise das Licht zu absorbie ren, das vom Oberflächenemissionslaser emittiert wird, wo durch ein Detektionssignal für das Licht abgegeben wird, wo bei das Verfahren, um den Kontrollphotodetektor herzustel len, die Schritte aufweist:
aufeinanderfolgendes Züchten einer Zn-dotierten Al_yGa_1-yAs- Schicht und einer Zn-dotierten Al_xGa_1-xAs-Schicht auf der oberen Spiegelschicht, wodurch eine erste dotierte Halblei terschicht auf der oberen Spiegelschicht gebildet wird;
Bilden einer Eigenhalbleiterschicht, die aus GaAs besteht, auf der ersten dotierten Halbleiterschicht;
aufeinanderfolgendes Züchten einer Si-dotierten Al_xGa_1-xAs- Schicht, einer Si-dotierten Al_yGa_1-xAs-Schicht und einer Si- dotierten GaAs-Schicht auf der Eigenhalbleiterschicht, wo durch eine zweite dotierte Halbleiterschicht auf der Eigen halbleiterschicht gebildet wird; und
Naßoxidieren einer Struktur, die nach der Bildung der zwei ten dotierten Halbleiterschicht erhalten wird, um die Zn- dotierte Al_xGa_1-xAs-Schicht und die Si-dotierte Al_xGa_1-xAs- Schicht beginnend mit Seitenflächen derselben lateral zu oxidieren, während verhindert wird, daß mittlere Abschnitte derselben oxidiert werden, wodurch untere bzw. obere Iso lationsschichten gebildet werden (vorausgesetzt 0,95 ≦ x ≦ 1 und 0 ≦ y ≦ 0,5).