DE112009003719T5

DE112009003719T5 - Halbleiterlaserelement und herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE112009003719T5
Application number: DE112009003719T
Authority: DE
Inventors: Keishi Takaki; Norihiro Iwai; Hirotatsu Ishii; Suguru Imai; Kinuka Tanabe; Hitoshi Shimizu
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2012-08-16
Also published as: WO2010067845A1; JP5435503B2; JPWO2010067845A1; US20110261852A1; US8488644B2

Abstract

Ein Halbleiterlaserelement ist ausgestattet mit einer ersten und zweiten Elektrode, einem ersten und zweiten Reflexionsspiegel und einem Resonator, der zwischen dem ersten und zweiten Reflexionsspiegel angeordnet ist, und ist mit einer aktiven Schicht, einer Strombegrenzungsschicht mit einem ersten Bereich, in dem ein Strom fließt, und einem zweiten Bereich, in dem ein Stromfluss blockiert wird, einer ersten Halbleiterschicht, die auf der auf der Strombegrenzungsschicht auf der der aktiven Schicht entgegengesetzten Seite ausgebildet ist, und einer zweiten Halbleiterschicht versehen, die zwischen der ersten Halbleiterschicht und der Strombegrenzungsschicht ausgebildet ist. Die erste Halbleiterschicht hat auf der der Strombegrenzungsschicht entgegengesetzten Seite eine Fläche und ist mit einer ersten Zone, die dem ersten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist, und einer zweiten Zone versehen, die dem zweiten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist. Eine erste Elektrode ist in Kontakt mit zumindest einem Teil der einen Fläche der zweiten Zone der ersten Halbleiterschicht vorgesehen, und die erste Halbleiterschicht besitzt einen Diffusionsbereich, in dem die Komponente der ersten Elektrode oder zumindest ein Teil der Komponenten der ersten Elektrode in die erste Halbleiterschicht diffundiert. Die zweite Halbleiterschicht hat eine höhere Dotierungskonzentration als die erste Halbleiterschicht, ist in Kontakt mit dem Diffusionsbereich der ersten Halbleiterschicht und erstreckt sich von dem Bereich, in dem die zweite Halbleiterschicht mit dem Diffusionsbereich in Kontakt ist, zu der Position, an der die zweite Halbleiterschicht dem ersten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterlaserelement und ein Herstellungsverfahren für dieses, und insbesondere auf ein VCSEL-Element, also ein oberflächenemittierendes Laserelement mit vertikalem Hohlraum (VCSEL: vertical cavity surface emitting laser) und ein Herstellungsverfahren dafür.
STAND DER TECHNIK
Als herkömmliches VCSEL-Element ist ein VCSEL-Element bekannt, das mehrere Halbleiterschichten aufweist, die eine aktive Schicht zwischen oberen und unteren Mehrschichtreflexionsspiegeln, d. h. verteilten Bragg-Reflektorspiegeln (DBR-Spiegeln), aufweisen (siehe z. B. US-Patent Nr. 6 916 672 und US-Patent Nr. 6 750 071 ). Jedes der VCSEL-Elemente, die im US-Patent Nr. 6 916 672 und im US-Patent Nr. 6 750 071 offenbart sind, hat eine Mesastützenstruktur und besitzt eine Strombegrenzungschicht, um einen Strompfad zu begrenzen und den Strominjektionswirkungsgrad zu verbessern.
Die Strombegrenzungsschicht besitzt einen Strom blockierenden Bereich aus Al₂O₃, der am äußeren Umfang angeordnet ist, und einen kreisförmigen Strominjektionsbereich aus AlAs, der in der Mitte des Strom blockierenden Bereichs angeordnet ist. Der Strominjektionsbereich dient als Strompfad, wenn ein Strom in das VCSEL-Element injiziert wird, und als Öffnung, aus der Laserlicht emittiert wird.
Jedes der im US-Patent Nr. 6 916 672 und im US-Patent Nr. 6 750 071 angegebenen VCSEL-Elemente besitzt eine Kontaktschicht mit geringem Widerstand, die aus einem Halbleiter des p⁺-Typs mit erhöhter Dotierungskonzentration des p-Typs besteht, an einer vorbestimmten Stelle einer obersten Schicht der Halbleiterschichten, um den Strominjektionswirkungsgrad von einer p-seitigen ringförmigen Elektrode her zu verbessern. Der Strom, der von der p-seitigen ringförmigen Elektrode her injiziert wird, wird über die Strombegrenzungsschicht unter Verwendung der Kontaktschicht als Strompfad wirksam in die aktive Schicht injiziert. Als Ergebnis sinkt der Schwingungsschwellenstrom des VCSEL-Elements.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Als die Erfinder das vorstehende herkömmliche VCSEL-Element herstellten, fanden sie jedoch heraus, dass die Steuerspannung höher war als ein Auslegungswert.
Angesichts der vorstehenden Aspekte besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein VCSEL-Element anzugeben, das den Anstieg der Steuerspannung verhindern oder unterbinden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Halbleiterlaserelement angegeben, das folgendes aufweist: eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, einen ersten Reflexionsspiegel, einen zweiten Reflexionsspiegel, und einen Resonator, der zwischen dem ersten Reflexionsspiegel und dem zweiten Reflexionsspiegel vorgesehen ist und folgendes aufweist: eine aktive Schicht, eine Strombegrenzungsschicht, die einen Pfad eines zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode fließenden Stroms begrenzt und einen ersten Bereich hat, in dem der Strom fließt, und einen zweiten Bereich, der den Stromfluss blockiert, eine erste Halbleiterschicht, die auf der Strombegrenzungsschicht auf einer zur aktiven Schicht entgegengesetzten Seite ausgebildet ist, und eine zweite Halbleiterschicht, die zwischen der ersten Halbleiterschicht und der Strombegrenzungsschicht ausgebildet ist.
Die erste Halbleiterschicht hat ihre Oberseite auf einer der Strombegrenzungsschicht entgegengesetzten Seite. Die erste Halbleiterschicht hat eine erste Zone, die dem ersten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist, und eine zweite Zone, die dem zweiten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist. Die erste Elektrode ist vorgesehen, um zumindest einen Teil der Oberseite der ersten Halbleiterschicht in der zweiten Zone zu kontaktieren.
Die erste Halbleiterschicht hat einen Diffusionsbereich, in dem eine Komponente der ersten Elektrode oder zumindest ein Teil von Komponenten der ersten Elektrode zumindest in die erste Halbleiterschicht diffundiert. Die zweite Halbleiterschicht hat eine Dotierungskonzentration, die höher ist als diejenige der ersten Halbleiterschicht. Die zweite Halbleiterschicht kontaktiert zumindest den Diffusionsbereich und erstreckt sich von einem Bereich, der den Diffusionsbereich kontaktiert, zu einer Position, die dem ersten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements angegeben, das folgendes aufweist: einen Schritt des Herstellens eines Substrats, das eine aktive Schicht, eine Schicht, die aus einem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, und eine erste Halbleiterschicht aufweist, die auf der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, vorgesehen ist und eine zweite Halbleiterschicht mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, die einander zugewandt sind, und eine dritte Halbleiterschicht aufweist, die die zweite Fläche der zweiten Halbleiterschicht kontaktiert und zwischen der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet vorgesehen ist und eine Dotierungskonzentration hat, die höher ist als die Dotierungskonzentration der zweiten Halbleiterschicht; einen Schritt des Herstellens einer Elektrode auf der Fläche der zweiten Halbleiterschicht, um die eine Fläche zu kontaktieren; einen Schritt des Verarbeitens des Substrats in selbstausrichtender Weise im Hinblick auf die Elektrode, um einen Mesabereich zu bilden, der die Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, um eine gesamte Seitenfläche des Mesabereichs herum freilegt; und einen Schritt des Oxidierens der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, ausgehend von einem freiliegenden Bereich der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, um die Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, zu einer Strombegrenzungsschicht mit einem ersten Bereich, der aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, und einem zweiten Bereich, der aus einem oxidierten Isoliermaterial hergestellt ist, das durch Oxidieren des im Verbindungshalbleiter enthaltenen Al erhalten wird, um den ersten Bereich herum auszubilden und einen Diffusionsbereich zu bilden, in dem eine Komponente der Elektrode oder zumindest ein Teil von Komponenten der ersten Elektrode in die zweite Halbleiterschicht diffundiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines VCSEL-Elements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte schematische vertikale Querschnittsansicht eines in 1 gezeigten Bereichs A.
3 ist ein Diagramm, das die Relation zwischen der Dotierungskonzentration einer Opferschicht im VCSEL-Element, das 1 gezeigt ist, und einem Schwellenstrom darstellt.
4 ist ein Diagramm, das die Relation zwischen der Dotierungskonzentration einer Opferschicht im VCSEL-Element, das in 1 gezeigt ist, und einem Lichtleistungswirkungsgrad darstellt.
5 ist ein Diagramm, das ein Messergebnis von Steuerspannungen bei einer Temperatur von 25°C für das in 1 gezeigte VCSEL-Element und ein herkömmliches VCSEL-Element darstellt.
6 ist ein Diagramm, das Auger-Elektronenspektroskopiespektren des VCSEL-Elements gemäß der Ausführungsform und des herkömmlichen VCSEL-Elements in einer Tiefenrichtung darstellt.
7 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines herkömmlichen VCSEL-Elements.
8 ist eine teilweise vergrößerte schematische vertikale Querschnittsansicht eines herkömmlichen VCSEL-Elements.
9 ist eine teilweise vergrößerte schematische vertikale Querschnittsansicht eines herkömmlichen VCSEL-Elements.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
Als die Erfinder, wie vorstehend beschrieben, das herkömmliche VCSEL-Element herstellten, fanden sie heraus, dass eine Steuerspannung größer war als ein Auslegungswert. Eine gründliche Untersuchung des hergestellten VCSEL-Elements machte klar, dass der Anstieg der Steuerspannung durch folgende Faktoren verursacht wird.
Wie in 7 gezeigt ist, hat ein herkömmlichen VCSEL-Element 200 einen Aufbau, in dem eine Strombegrenzungsschicht 107 mit einem am äußeren Umfang angeordneten Strombegrenzungsbereich 107a und einem in der Mitte des Strombegrenzungsbereichs 107a angeordneten Strominjektionsbereich 107b, eine Abstandsschicht 109 des p-Typs und eine Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs aufeinanderfolgend aufgewachsen sind. Eine p-seitige ringförmige Elektrode 113 ist auf der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs ausgebildet, und eine Phaseneinstellschicht 114, die aus Siliziumnitrid hergestellt ist und eine kreisförmige Plattenform hat, ist in einer Öffnung 113a der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 ausgebildet. Die p-seitige ringförmige Elektrode 113 hat eine Struktur, in der es sich bei der Seite der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs um Ti handelt und Pt darauf abgeschieden ist (im folgenden wird diese Struktur „Ti/Pt-Struktur” genannt).
Auf der Elektrode 113 und der Phaseneinstellschicht 114 ist ein oberer DBR-Spiegel 116 aus einer dielektrischen Mehrfachlage ausgebildet. Eine aktive Schicht 105 ist unter der Strombegrenzungsschicht 107 angeordnet. Das herkömmliche VCSEL-Element 200 hat zumindest von der aktiven Schicht 105 bis zur Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs eine säulenförmige Mesastützenstruktur 130.
Im herkömmlichen VCSEL-Element 200 wurde hauptsächlich Ti, bei dem es sich um ein Metall mit geringer reaktiver Eigenschaft handelt, als Grundmaterial der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 verwendet. Die reaktive Eigenschaft von Ti mit einer Halbleiterschicht ist gering. Wie in 8 gezeigt, ist eine Diffusionsschicht 141 mit einer Dicke, die nur ausreicht, um einen ohmschen Kontakt herzustellen, in nächster Nähe einer Grenzfläche mit der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs ausgebildet.
Jedoch geht nach den Erkenntnissen der Erfinder die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs genau unter der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 verloren, und man geht davon aus, dass eine Diffusionsschicht 142, in der Ti, das die unterste Schicht der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 bildet, diffundiert, als die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs fungiert. Gemäß der durch die Erfinder durchgeführten Untersuchung wird die Diffusionsschicht 142 hauptsächlich gebildet, wenn in einem Prozess zur Ausbildung der Elektrodenbegrenzungsschicht 107 des VCSEL-Elements 200 eine Oxidationsbehandlung bei einer hohen Temperatur durchgeführt wird.
Bei der eigentlichen Herstellung einer Vorrichtung geht, wie in 9 gezeigt, ein Legieren mit der Halbleiterschicht vonstatten, das sich von einer einfachen Diffusion von Ti in die Halbleiterschicht unterscheidet, und eine Legierungsschicht verläuft durch die Kontaktschicht 111. Im Ergebnis wird ein Kontaktbereich einer Ti-Legierungsschicht und der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs mit niedrigem Widerstand kleiner, und ein Kontaktbereich mit der Abstandsschicht 109 des p-Typs mit einem höheren Widerstand als die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs wird größer. Dies bewirkt, dass der Gesamtwiderstand des Elements zunimmt und als Ergebnis die Steuerspannung zunimmt.
Wie in 6 gezeigt ist, diffundierte Ti in die Halbleiterseite, als die Elektrode 113 ausgebildet und eine Wärmebehandlung durchgeführt wurde.
Die Ausführungsform gemäß der Erfindung wurde von den Erfindern auf Grundlage der vorstehend erwähnten Erkenntnisse konzipiert. Ein Halbleiterlaserelement gemäß der Ausführungsform der Erfindung besitzt eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, einen ersten Reflexionsspiegel, einen zweiten Reflexionsspiegel und einen Resonator, der zwischen dem ersten Reflexionsspiegel und dem zweiten Reflexionsspiegel vorgesehen ist und eine aktive Schicht, eine Strombegrenzungsschicht, die einen Pfad eines zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode fließenden Stroms begrenzt und einen ersten Bereich hat, in dem der Strom fließt, und einen zweiten Bereich, der den Stromfluss blockiert, eine erste Halbleiterschicht auf der Strombegrenzungsschicht auf einer zur aktiven Schicht entgegengesetzten Seite, und eine zweite Halbleiterschicht aufweist, die zwischen der ersten Halbleiterschicht und der Strombegrenzungsschicht ausgebildet ist.
Die erste Halbleiterschicht hat ihre Oberseite auf einer der Strombegrenzungsschicht entgegengesetzten Seite. Die erste Halbleiterschicht besitzt eine erste Zone, die dem ersten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist, und eine zweite Zone, die dem zweiten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist. Die erste Elektrode ist vorgesehen, um zumindest einen Teil der Oberseite der ersten Halbleiterschicht in der zweiten Zone zu kontaktieren. Die erste Halbleiterschicht hat einen Diffusionsbereich, in dem eine Komponente der ersten Elektrode oder zumindest ein Teil von Komponenten der ersten Elektrode zumindest in die erste Halbleiterschicht diffundiert.
Die zweite Halbleiterschicht hat eine Dotierungskonzentration, die höher ist als diejenige der ersten Halbleiterschicht. Die zweite Halbleiterschicht kontaktiert zumindest den Diffusionsbereich und erstreckt sich von einem Bereich, der den Diffusionsbereich kontaktiert, zu einer Position, die dem ersten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist.
In der herkömmlichen Technologie ist die erste Halbleiterschicht nicht vorgesehen, und die erste Elektrode kontaktiert die zweite Halbleiterschicht mit der hohen Dotierungskonzentration direkt. Da es sich bei der zweiten Halbleiterschicht mit der hohen Dotierungskonzentration um einen optischen Pfad von Laserlicht handelt, kann die zweite Halbleiterschicht nicht dick ausgebildet werden.
Aus diesem Grund verläuft, nachdem er einer Wärmeabehandlung unterzogen wurde, der Diffusionsbereich, in dem eine Komponente der ersten Elektrode oder zumindest ein Teil von Komponenten der ersten Elektrode in die zweite Halbleiterschicht mit der hohen Dotierungskonzentration diffundiert, durch die zweite Halbleiterschicht. Im Ergebnis wird ein Teil des Diffusionsbereichs, der die zweite Halbleiterschicht kontaktiert, nur zu einer Seitenfläche des Diffusionsbereichs, und die Seitenfläche ist eine Fläche der zweiten Halbleiterschicht in der Tiefenrichtung.
Deshalb wird ein Kontaktbereich mit der zweiten Halbleiterschicht mit einem geringen Widerstand und der hohen Dotierungskonzentration sehr klein und erhöht gegebenenfalls den Widerstand des Elements, der zu einem Anstieg der Steuerspannung führt.
Hingegen ist gemäß der Ausführungsform die erste Halbleiterschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Halbleiterschicht mit der hohen Dotierungskonzentration vorhanden, und eine Komponente der ersten Elektrode oder zumindest ein Teil von Komponenten der ersten Elektrode diffundiert in die erste Halbleiterschicht, um den Diffusionsbereich zu bilden. Deshalb kann verhindert werden, obwohl die Komponente oder der Teil der Komponenten in die zweite Halbleiterschicht diffundiert, um einen Diffusionsbereich in der zweiten Halbleiterschicht zu bilden, dass der Diffusionsbereich durch die zweite Halbleiterschicht verläuft.
Deshalb kontaktiert der Diffusionsbereich die zweite Halbleiterschicht an der Seitenfläche und der Unterseite, die eine Fläche besitzt, die viel größer ist als diejenige der Seitenfläche, und ein Kontaktbereich mit der zweiten Halbleiterschicht mit geringem Widerstand und der hohen Dotierungskonzentration wird größer.
Darüber hinaus ist die Fläche der Unterseite des Diffusionsbereichs gleich einer oder größer als diejenige einer Unterseite der ersten Elektrode. Deshalb kann der Anstieg des Widerstands des Elements verhindert oder unterbunden. Im Ergebnis kann der Anstieg der Steuerspannung verhindert oder unterbunden werden. Obwohl solche Begriffe, wie Seitenfläche und Unterseite verwendet werden, werden diese Ausdrücke lediglich der einfacheren Erklärung halber verwendet und sollten nicht als den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränkend aufgefasst werden.
Obwohl eine alternative Konfiguration, in der eine dicke zweite Halbleiterschicht mit der hohen Dotierungskonzentration ausgebildet wird, ohne die erste Halbleiterschicht zu verwenden, verwendet werden kann, ist es jedoch vorzuziehen, weil die zweite Halbleiterschicht ein Teil des optischen Pfads des Laserlichts ist, die dicke zweite Halbleiterschicht nicht zu verwenden, um eine Reduzierung der optischen Ausgangsleistung zu verhindern.
In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Zweilagen-Struktur verwendet, die die zweite Halbleiterschicht mit der hohen Dotierungskonzentration und die erste Halbleiterschicht mit der Fremdstoffkonzentration aufweist, die niedriger ist als diejenige der zweiten Halbleiterschicht. Weil die zweite Halbleiterschicht mit der hohen Dotierungskonzentration nicht dick ausgebildet zu werden braucht, kann deshalb die Reduzierung der optischen Ausgangsleistung verhindert oder unterbunden werden.
Vorzugsweise ist die Dotierungskonzentration der ersten Halbleiterschicht mindestens um eine Größenordnung niedriger als die Dotierungskonzentration der zweiten Halbleiterschicht.
Vorzugsweise kontaktiert der Diffusionsbereich nicht nur die zweite Halbleiterschicht, sondern diffundiert ungefähr in die Hälfte der zweiten Halbleiterschicht.
In einem Bereich der ersten Halbleiterschicht, der die erste Elektrode kontaktiert, diffundiert das Material, das die Schicht der die erste Halbleiterschicht kontaktierenden ersten Elektrode bildet, in einer Dickenrichtung in alle Bereiche, und es kann ein niedrigerer und stabilerer Kontaktwiderstand der Elektrode hergestellt werden.
Vorzugsweise weist das vorstehend erwähnte Halbleiterlaserelement darüber hinaus ein Substrat und einen Mesabereich auf, der auf dem Substrat ausgebildet ist, wobei der Mesabereich zumindest die erste Halbleiterschicht, die zweite Halbleiterschicht und die Strombegrenzungsschicht aufweist, und wobei der erste Bereich der Strombegrenzungsschicht aus einem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, und wobei der zweite Bereich der Strombegrenzungsschicht aus einem oxidierten Isoliermaterial hergestellt ist, das durch Oxidieren des im Verbindungshalbleiter enthaltenen Al erhalten wird.
Bevorzugter ist der zweite Bereich der Strombegrenzungsschicht um den ersten Bereich der Strombegrenzungsschicht herum vorgesehen.
Bevorzugter ist die erste Elektrode auf dem Mesabereich vorgesehen, der Mesabereich ist im Hinblick auf die erste Elektrode selbstausrichtend ausgebildet, und der zweite Bereich der Strombegrenzungsschicht liegt an einer Seitenfläche des Mesabereichs frei.
Bevorzugter sind der erste Reflexionsspiegel, die erste Elektrode, die erste Halbleiterschicht, die zweite Halbleiterschicht, die Strombegrenzungsschicht, die aktive Schicht und der zweite Reflexionsspiegel in dieser Reihenfolge angeordnet.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem einen Ende des Resonators um die Oberseite der ersten Zone der ersten Halbleiterschicht.
Vorzugsweise besitzt das Halbleiterlaserelement darüber hinaus eine Phaseneinstellschicht, die die Oberseite der ersten Zone der ersten Halbleiterschicht kontaktiert, auf der ersten Halbleiterschicht auf einer der zweiten Halbleiterschicht entgegengesetzten Seite vorgesehen ist, und eine Phase einer sich durch den Resonator ausbreitenden stehenden Welle einstellt, und ihre Oberseite auf einer der ersten Zone der ersten Halbleiterschicht entgegengesetzten Seite hat, wobei es sich bei dem einen Ende des Resonators um die Oberseite der Phaseneinstellschicht handelt.
Vorzugsweise befindet sich das Zentrum der Dicke der zweiten Halbleiterschicht zu einem Zeitpunkt einer Laserschwingung des Halbleiterlaserelements ±11 nm in einem Lichtstärkeknoten einer stehenden Welle. Diese Konfiguration wird bevorzugt verwendet, weil die zweite Halbleiterschicht mit der hohen Dotierungskonzentration an einem Resonanzknoten oder einem benachbarten Bereich von diesem angeordnet ist. Befindet sich das Zentrum der Dicke außerhalb dieses Bereichs, beträgt der Schwellenstrom durch optische Verluste der zweiten Halbleiterschicht mehr als das Doppelte.
Bevorzugter befindet sich das Zentrum der Dicke der zweiten Halbleiterschicht zu einem Zeitpunkt einer Laserschwingung des Halbleiterlaserelements ±5 nm im Lichtstärkeknoten der stehenden Welle, und am bevorzugtesten befindet sich das Zentrum der Dicke der zweiten Halbleiterschicht zu einem Zeitpunkt einer Laserschwingung des Halbleiterlaserelements im Lichtstärkeknoten der stehenden Welle.
Vorzugsweise enthält ein Bereich der ersten Elektrode, der die erste Halbleiterschicht kontaktiert, mindestens ein Metall, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Al und W besteht, und bei der Komponente, die in die erste Halbleiterschicht diffundiert, handelt es sich um das mindestens eine Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Al und W besteht.
Vorzugsweise enthält der Bereich der ersten Elektrode, der die erste Halbleiterschicht kontaktiert, ein Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Al und W besteht, und bei der Komponente, die in die erste Halbleiterschicht diffundiert, handelt es sich um das Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Al und W besteht.
Bevorzugter enthält der Bereich der ersten Elektrode, der die erste Halbleiterschicht kontaktiert, Ti, und bei der Komponente, die in die erste Halbleiterschicht diffundiert, handelt es sich um Ti.
Da der Bereich der ersten Elektrode, der die erste Halbleiterschicht kontaktiert, aus Ti gebildet ist, so ist die Diffusionssteuerbarkeit der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht in einem Temperaturbereich hoch, der im Wärmeverlauf während eines Herstellungsprozesses nötig ist, und es kann ein niedriger Widerstand realisiert werden.
Vorzugsweise besitzt die zweite Halbleiterschicht darüber hinaus einen Diffusionsbereich, in dem die in die erste Halbleiterschicht diffundierte Komponente in die zweite Halbleiterschicht diffundiert.
Vorzugsweise erfüllen die Dicke der ersten Halbleiterschicht und die Dicke der zweiten Halbleiterschicht folgende Relation:
wobei a die Dicke der ersten Halbleiterschicht ist, d die Dicke der zweiten Halbleiterschicht ist; T die Temperatur von Wärmeablaufprozessen der Herstellung und Verwendung des Halbleiterlaserelements ist; t1 die Zeit ist, in der die in die erste Halbleiterschicht diffundierende Komponente durch die erste Halbleiterschicht voranschreitet; t2 die Zeit ist, in der die in die erste Halbleiterschicht diffundierende Komponente durch die zweite Halbleiterschicht voranschreitet; D₁ der Diffusionskoeffizient der in die erste Halbleiterschicht diffundierenden Komponente in der ersten Halbleiterschicht ist; D₂ der Diffusionskoeffizient der in die erste Halbleiterschicht diffundierenden Komponente in der zweiten Halbleiterschicht ist; Ea₁ die intrinsische Diffusionsenergie der in die erste Halbleiterschicht diffundierenden Komponente im Hinblick auf ein Material der ersten Halbleiterschicht ist; Ea₂ die intrinsische Diffusionsenergie der in die erste Halbleiterschicht diffundierenden Komponente im Hinblick auf ein Material der zweiten Halbleiterschicht ist; und kB der Boltzmann-Koeffizient ist.
Als solches erfüllen die Dicke a der ersten Halbleiterschicht und die Dicke d der zweiten Halbleiterschicht die Relation (1), und der Bereich, in dem die die erste Elektrode bildende Komponente oder zumindest ein Teil der die erste Elektrode bildenden Komponenten nicht zuverlässig diffundieren, bleibt in der zweiten Halbleiterschicht. Die Diffusionsenergien Ea₁ und Ea₂ aus der Relation (1) können unter Verwendung eines Verfahrens geschätzt werden, das in der Veröffentlichung Appl. Phys. Lett., Band 29, Nr. 4, 15. August 1976, S. 263–265 offenbart ist.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der ersten Halbleiterschicht 3 nm bis 38 nm.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der zweiten Halbleiterschicht 15 nm bis 30 nm, und der Abstand von der Oberseite der ersten Zone der ersten Halbleiterschicht bis zu einem Ende der Strombegrenzungsschichtseite der zweiten Halbleiterschicht beträgt 33 nm bis 68 nm.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der ersten Halbleiterschicht 10 nm bis 20 nm.
Wenn der erste Bereich der Strombegrenzungsschicht aus einem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist und der zweite Bereich der Strombegrenzungsschicht aus einem oxidierten Isoliermaterial hergestellt ist, das durch Oxidieren des im Verbindungshalbleiter enthaltenen Al erhalten wird, diffundiert die die erste Elektrode bildende Komponente oder zumindest ein Teil der die erste Elektrode bildenden Komponenten in einem Oxidationsprozess um 20 nm bis 30 nm in die erste Halbleiterschicht oder die zweite Halbleiterschicht. Durch den typischen Wärmeverlauf (zum Beispiel bei einem Herstellungsprozess, wie etwa einem Schichtbildungsprozess und bei der Wärmeerzeugung bei der Verwendung des VCSEL-Elements) diffundiert die Komponente bzw. diffundieren die Komponenten dann um 3 nm bis 8 nm.
Aufgrund eines Fehlers bei der Herstellung und um einen übermäßigen Anstieg in der Stromdichte eines der ersten Elektrode zugewandten Bereichs der zweiten Halbleiterschicht zu verhindern, wird ein Bereich von 10 nm bis 15 nm benötigt, in dem keine Diffusion auftritt. Deshalb beträgt eine untere Grenze des Abstands von einem Kontaktbereich, in dem die erste Elektrode eine Oberseite der zweiten Zone der ersten Halbleiterschicht kontaktiert, bis zu einem der ersten Elektrode entgegengesetzten Ende der zweiten Halbleiterschicht vorzugsweise 33 nm (= 20 nm + 3 nm + 10 nm), und noch bevorzugter 53 nm (= 30 nm + 8 nm + 15 nm) oder mehr. Die Dicke der zweiten Halbleiterschicht mit der hohen Dotierungskonzentration beträgt vorzugsweise 15 nm bis 30 nm, um als Strompfad zu fungieren.
Deshalb beträgt eine obere Grenze des Abstands vom Kontaktbereich, in dem die erste Elektrode die Oberseite der zweiten Zone der ersten Halbleiterschicht kontaktiert, bis zu dem der ersten Elektrode entgegengesetzten Ende der zweiten Halbleiterschicht vorzugsweise 68 nm (= 38 nm + 30 nm). Die Dicke der ersten Halbleiterschicht beträgt vorzugsweise 3 nm (= 33 nm – 30 nm) bis 38 nm (= 53 nm – 15 nm). Die Dicke der ersten Halbleiterschicht beträgt vorzugsweise 10 nm bis 20 nm.
Vorzugsweise beträgt eine Dotierungskonzentration der ersten Halbleiterschicht 2 × 10¹⁹ cm^–3 oder weniger. Bei einer solchen Konzentration kann ein Absorptionsverlust von durch die erste Halbleiterschicht zum Schwingen gebrachtem Laserlicht verhindert oder unterbunden werden.
Vorzugsweise beträgt eine Dotierungskonzentration der zweiten Halbleiterschicht 1 × 10²⁰ cm^–3 oder mehr.
Vorzugsweise beträgt die Schwingungswellenlänge des VCSEL-Halbleiterlaserelements 850 nm oder mehr.
Gemäß einem anderen Aspekt der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements angegeben, das folgendes aufweist: einen Schritt des Herstellens eines Substrats, das eine aktive Schicht, eine Schicht, die aus einem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, und eine erste Halbleiterschicht aufweist, die auf der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, vorgesehen ist, und eine zweite Halbleiterschicht mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, die einander zugewandt sind, und eine dritte Halbleiterschicht aufweist, die die zweite Fläche der zweiten Halbleiterschicht kontaktiert und zwischen der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet vorgesehen ist und eine Dotierungskonzentration hat, die höher ist als die Dotierungskonzentration der zweiten Halbleiterschicht; einen Schritt des Herstellens einer Elektrode auf der Fläche der zweiten Halbleiterschicht, um die eine Fläche zu kontaktieren; einen Schritt des Verarbeitens des Substrats in selbstausrichtender Weise im Hinblick auf die Elektrode, um einen Mesabereich zu bilden, der die Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, um eine gesamte Seitenfläche des Mesabereichs herum freilegt; und einen Schritt des Oxidierens der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, ausgehend von einem freiliegenden Bereich der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, um die Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, zu einer Strombegrenzungsschicht mit einem ersten Bereich, der aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, und einem zweiten Bereich, der aus einem oxidierten Isoliermaterial hergestellt ist, das durch Oxidieren des im Verbindungshalbleiter enthaltenen Al erhalten wird, um den ersten Bereich herum auszubilden und einen Diffusionsbereich zu bilden, in dem eine Komponente der Elektrode oder zumindest ein Teil von Komponenten der ersten Elektrode in die zweite Halbleiterschicht diffundiert.
Nachstehend wird ein VCSEL-Element und ein Herstellungsverfahren für dieses gemäß der bevorzugten beispielhaften Ausführungsform der vorlegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen konkret beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung durch die konkrete beispielhafte Ausführungsform nicht eingeschränkt.
Zuerst wird das VCSEL-Element gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Beim VCSEL-Element gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform liegt eine Laserschwingungswellenlänge in einem 1100 nm-Band.
1 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht zur Erläuterung eines VCSEL-Elements 100 gemäß einer bevorzugten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt ist, hat das VCSEL-Element 100 eine Struktur, in der ein Substrat 101, ein unterer DBR-Spiegel 102 als ein auf dem Substrat 101 ausgebildeter unterer Halbleiter-Mehrlagenschicht-Reflexionsspiegel, eine Pufferschicht 103, eine Kontaktschicht 104 des n-Typs, eine aktive Schicht 105 mit einer Mehrquantentopfstruktur, eine Strombegrenzungsschicht 107 mit einem Strombegrenzungsbereich 107a, der sich am äußeren Umfang befindet, und ein kreisförmiger Strominjektionsbereich 107b, der in der Mitte des Strombegrenzungsbereichs 107a angeordnet ist, eine Abstandsschicht 109 des p-Typs, eine Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs und eine Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration aufeinanderfolgend geschichtet sind.
Ein Bereich, ausgehend von der aktiven Schicht 105 zur Halbleiterschicht 112, mit niedriger Konzentration bildet eine säulenförmige Mesastütze 130. Eine p-seitige ringförmige Elektrode 113 ist auf der Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration ausgebildet, und eine n-seitige Elektrode 117 ist außerhalb der Mesastütze 130 auf der Kontaktschicht 104 des n-Typs ausgebildet.
Das Substrat 101 ist aus undotiertem GaAs hergestellt. Der untere DBR-Spiegel 102 ist aus 34 Paaren einer GaAs/Al_0,9Ga_0,1As-Schicht hergestellt. Die Pufferschicht 103 ist aus GaAs des n-Typs hergestellt. Die Kontaktschicht 104 des n-Typs ist aus GaAs des n-Typs hergestellt. Die aktive Schicht 105 hat eine Struktur, in der drei GaInAs-Muldenschichten und vier GaAs-Sperrschichten abwechselnd gestapelt sind und die GaAs-Sperrschicht der untersten Schicht als Belagschicht des n-Typs fungiert. In der Strombegrenzungsschicht 107 ist der Strombegrenzungsbereich 107a aus Al₂O₃ hergestellt, und der Strominjektionsbereich 107b hat einen Durchmesser von 6 μm bis 7 μm und ist aus AlAs hergestellt.
Der Pfad des Stroms, der zwischen der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 und der n-seitigen Elektrode 117 fließt, ist durch den Strombegrenzungsbereich 107a begrenzt, und der Stromfluss ist auf den Strominjektionsbereich 107b konzentriert, und die Strombegrenzungsschicht 107 fungiert als Strombegrenzungsschicht. Die Abstandsschicht 109 des p-Typs und die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs sind aus GaAs des p-Typs und GaAs des p⁺-Typs hergestellt, und Kohlenstoff ist in beiden Schichten 109 und 111 dotiert.
Die Akzeptor- bzw. Donatorkonzentration (Dotierungskonzentration genannt) jeder der Schichten des p-Typs oder n-Typs beträgt weniger als 2 × 10¹⁹ cm^–3 und zum Beispiel 1 × 10¹⁸ cm^–3, und die Akzeptorkonzentration (Dotierungskonzentration) der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs beträgt zum Beispiel 1 × 10²¹ cm^–3. Der Brechungsindex jeder aus GaAs hergestellten Halbleiterschicht beträgt etwa 3,45.
Eine untere Neigungszusammensetzungsschicht und eine obere Neigungszusammensetzungsschicht sind im VCSEL-Element 100 gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform nicht vorgesehen. Jedoch werden die untere Neigungszusammensetzungsschicht und die obere Neigungszusammensetzungsschicht vorzugsweise dazu vorgesehen, die Strombegrenzungsschicht 107 zwischeneinander einzuschließen. In diesem Fall sind die untere Neigungszusammensetzungsschicht und die obere Neigungszusammensetzungsschicht aus AlGaAs hergestellt. Da die untere Neigungszusammensetzungsschicht und die obere Neigungszusammensetzungsschicht der Strombegrenzungsschicht 107 in einer Dickenrichtung nahe kommen, nimmt die „As”-Zusammensetzung schrittweise zu.
Um darüber hinaus den Strom mühelos fließen zu lassen, ist vorzugsweise eine (in den Zeichnungen nicht dargestellte) Strompfadschicht des p⁺-Typs in der Abstandsschicht 109 vorgesehen. In diesem Fall ist die Strompfadschicht des p⁺-Typs aus GaAs des p⁺-Typs hergestellt, wobei Kohlenstoff mit 1 × 10²¹ cm^–3 dotiert ist. In diesem Fall wird die Strompfadschicht zweilagig. Allerdings kann die Strompfadschicht auch dreilagig oder mehr als dreilagig werden.
Auf der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs ist die Halbleiterschicht 112 des p-Typs mit niedriger Konzentration, die aus GaAs hergestellt ist, vorgesehen. Die Fremdstoffdotierungskonzentration der Halbleiterschicht 112 des p-Typs mit niedriger Konzentration beträgt vorzugsweise weniger als 2 × 10¹⁹ cm^–3. Zum Beispiel beträgt die Fremdstoffdotierungskonzentration der Halbleiterschicht 112 des p-Typs mit niedriger Konzentration vorzugsweise 1 × 10¹⁸ cm^–3.
Die Dotierungskonzentration der Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration beträgt vorzugsweise weniger als 2 × 10¹⁹ cm^–3, weil der Schwellenstrom zunimmt, und der Lichtleistungswirkungsgrad sinkt, wenn die Dotierungskonzentration der Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration eine Grenze von etwa 2 × 10¹⁹ cm^–3 überschreitet, wie in 3 und 4 gezeigt ist. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird eine NID-GaAs-Schicht (NID: not intentionally doped, also nicht absichtlich dotiert) als Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration verwendet. NID-GaAs-Schicht bedeutet eine GaAs-Schicht, die bei der Ausbildung einer Schicht nicht absichtlich dotiert wird, und die Fremdstoffkonzentration beträgt in dieser beispielhaften Ausführungsform etwa 1 × 10¹⁴ cm^–3 bis 1 × 10¹⁶ cm^–3.
Auf der aus GaAs hergestellten Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration hat die p-seitige ringförmige Elektrode 113, die aus Ti/Pt hergestellt ist (eine Struktur, in der es sich bei einer unteren Schicht, die die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration kontaktiert, um Ti handelt und Pt darauf ausgebildet ist), eine Öffnung in der Mitte, und hat den äußeren Umfang, der mit dem äußeren Umfang der Mesastütze 130 in Passung gebracht ausgebildet ist. Ti der Unterseite der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 kontaktiert die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration. Der Außendurchmesser der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 beträgt zum Beispiel 30 μm, und der Innendurchmesser der Öffnung 113a betragt zum Beispiel 11 μm bis 14 μm.
Ein Bereich der Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration, der die p-seitige ringförmige Elektrode 113 kontaktiert, wird zur Ti-Diffusionsschicht 142, in die Ti diffundiert, das eine Schicht der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 bildet, die die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration kontaktiert. Die Ti-Diffusionsschicht 142 verläuft durch die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration, kontaktiert die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs und tritt in einen Bereich der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs ein.
Der Strombegrenzungsbereich 107a der Strombegrenzungsschicht 107 ist aus Al₂O₃ hergestellt und durch Oxidieren von AlAs ausgebildet, wie nachstehend noch näher beschrieben wird. Ti der unteren Schicht der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 diffundiert in diesem Oxidationsprozess um 20 nm bis 39 nm in die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration und die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs. Dann diffundiert Ti durch den typischen Wärmeverlauf (zum Beispiel bei einem VCSEL-Herstellungsprozess, wie etwa einem Schichtausbildungsprozess des oberen DBR-Spiegels 116 oder einer Passivierungsschicht 118 und bei der Wärmeerzeugung beim Gebrauch des VCSEL-Elements) um 3 nm bis 8 nm.
Aufgrund eines Fehlers bei der Herstellung und um einen übermäßigen Anstieg in der Stromdichte eines Bereichs (Bereich unter der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113) der der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 entgegengesetzten Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs zu verhindern, wird ein Bereich von 10 nm bis 15 nm benötigt, in dem keine Diffusion auftritt. Deshalb beträgt eine untere Grenze des Abstands (a + d) von einem Kontaktbereich 112a, in dem die p-seitige ringförmige Elektrode 113 eine Oberfläche der Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration kontaktiert, bis zu einer Unterseite 111a der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs vorzugsweise 33 nm (= 20 nm + 3 nm + 10 nm), und noch bevorzugter 53 nm (= 30 nm + 8 nm + 15 nm) oder mehr.
Die Dicke „d” der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs beträgt vorzugsweise 15 nm bis 30 nm, um als Strompfad zu fungieren. Deshalb beträgt eine obere Grenze des Abstands (a + d) vom Kontaktbereich 112a, in dem die p-seitige ringförmige Elektrode 113 eine Oberfläche der Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration kontaktiert, bis zur Unterseite 111a der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs vorzugsweise 68 nm (= 38 nm + 30 nm). Die Dicke „a” der Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration beträgt vorzugsweise 3 nm (= 33 nm – 30 nm) bis 38 nm (= 53 nm – 15 nm). Die Dicke „a” der Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration beträgt noch bevorzugter 10 nm bis 20 nm.
In dieser beispielhaften Ausführungsform ist die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration zwischen der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 und der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs vorhanden, und Ti der unteren Schicht der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 diffundiert zuerst in die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration, um die Ti-Diffusionsschicht 142 zu bilden. Dann kann, obwohl Ti in die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs diffundiert, verhindert werden, dass die Ti-Diffusionsschicht 142 durch die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs verläuft.
Deshalb kontaktiert die Ti-Diffusionsschicht 142 die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs nicht nur an der Seitenfläche der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs, sondern auch auf einer Unterseite 142a, die eine Fläche besitzt, die viel größer ist als diejenige der Seitenfläche, und im Ergebnis wird eine Kontaktfläche zwischen der Ti-Diffusionsschicht 142 und der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs größer. Darüber hinaus ist die Fläche der Unterseite 142a gleich einer oder größer als die Fläche der Unterseite der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113. Deshalb kann der Anstieg des Widerstands des Elements verhindert oder unterbunden werden. Im Ergebnis kann der Anstieg der Steuerspannung verhindert oder unterbunden werden.
Dennoch kann eine alternative Konfiguration verwendet werden, in der eine dicke Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs ausgebildet wird, ohne die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration zu verwenden, um einfach die Ti-Diffusionschicht 142 daran zu hindern, durch die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs zu verlaufen. Da jedoch die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs ein Teil des optischen Pfads des Laserlichts ist, ist es, um eine Senkung einer optischen Ausgangsleistung zu verhindern, vorzuziehen, die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs mit der hohen Dotierungskonzentration nicht zu verwenden.
In der bevorzugten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Zweischichtstruktur gebildet, die die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs mit der hohen Dotierungskonzentration und die niedrig konzentrierte Halbleiterschicht 112 mit der niedrigen Dotierungskonzentration aufweist. Weil deshalb die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs mit der hohen Dotierungskonzentration nicht dick ausgebildet zu werden braucht, kann die Reduzierung der optischen Ausgangsleistung verhindert oder unterbunden werden.
Im Hinblick auf die Ti-Diffusionsschicht 142 geht ein Legieren mit der Halbleiterschicht, das sich von einer einfachen Diffusion von Ti unterscheidet, zwischen der Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration und der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs und der Ti-Diffusionsschicht 142 vonstatten.
Wie in 6 gezeigt ist, diffundiert Ti, nachdem die p-seitige ringförmige Elektrode 113 ausgebildet wurde, wenn die Wärmebehandlung durchgeführt wird, in die Halbleiterseite. Dies trifft sowohl auf den herkömmlichen Stand der Technik als auch auf diese beispielhafte Ausführungsform zu.
Die Phaseneinstellschicht 114, die aus Siliziumnitrid (SiN_x) hergestellt ist und eine kreisförmige Plattenform hat, ist in einer Öffnung 113a der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 ausgebildet. Wenn die Phaseneinstellschicht 114 vorgesehen ist, handelt es sich bei einem oberen Ende eines Resonators des VCSEL-Elements 100 um eine Oberseite 114a der Phaseneinstellschicht 114. Ist die Phaseneinstellschicht 114 nicht vorgesehen, wird eine Oberseite 140 der Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration zum oberen Ende des Resonators.
In dieser beispielhaften Ausführungsform befindet sich das Zentrum der Dicke der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs, gerechnet ab der Oberseite 114a der Phaseneinstellschicht 114, um ±11 nm im ersten Knoten, der ein Lichtstärkeknoten einer stehenden Welle zu einem Zeitpunkt einer Laserlichtschwingung des VCSEL-Elements 100 und des oberen Endes des Resonators ist. Diese Konfiguration wird bevorzugt verwendet, weil die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs mit der hohen Dotierungskonzentration sich an einem Resonanzknoten oder an einem diesem benachbarten Bereich befindet.
Befindet sich das Zentrum der Dicke außerhalb dieses Bereichs, beträgt der Schwellenstrom durch optische Verluste der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs mehr als das Doppelte. Bevorzugter befindet sich das Zentrum der Dicke der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs, gerechnet ab der Oberseite 114a der Phaseneinstellschicht 114, um ±5 nm im ersten Knoten, der ein Lichtstärkeknoten einer stehenden Welle zum Zeitpunkt einer Laserschwingung des VCSEL-Elements 100 und des oberen Endes des Resonators ist.
Am bevorzugtesten befindet sich das Zentrum der Dicke der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs, gerechnet ab der Oberseite 114a der Phaseneinstellschicht 114, in dem ersten Knoten, der ein Lichtstärkeknoten einer stehenden Welle zum Zeitpunkt einer Laserschwingung des VCSEL-Elements 100 und des oberen Endes des Resonators ist.
Obwohl in dieser beispielhaften Ausführungsform nicht vorgesehen, kann eine (in den Zeichnungen nicht dargestellte) zweite Phaseneinstellschicht gebildet sein, die einen zwischen dem äußeren Umfang der Phaseneinstellschicht 114 und dem inneren Umfang der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 gebildeten Spalt abdeckt und eine Breite von 0,3 μm bis 0,5 μm hat, und die Phaseneinstellschicht 114 bedeckt und aus SiN_x besteht, so dass deren äußerer Umfang die Oberseite der p-seitigen ringförmigen Elektrode erreicht. Da die (in den Zeichnungen nicht dargestellte) zweite Phaseneinstellschicht so gebildet ist, dass sie den Spalt abdeckt, kann auf diese Weise in einem nachstehend noch beschriebenen Ätzprozess eine Säureätzflüssigkeit daran gehindert werden, aus dem Spalt einzutreten und die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs zu korrodieren.
Wenn die (in den Zeichnungen nicht dargestellte) zweite Phaseneinstellschicht gebildet ist, dann steht, wenn die (in den Zeichnungen nicht dargestellte) zweite Phaseneinstellschicht so gebildet ist, dass ein äußerer Umfangsbereich der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 freiliegt, der äußere Umfang der (in den Zeichnungen nicht dargestellten) zweiten Phaseneinstellschicht nicht vom äußeren Umfang der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 vor.
Im Ergebnis können der äußere Umfang der p-seitigen Elektrode 113 und der äußere Umfang der Mesastütze 130 mit hoher Präzision in Passung gebracht werden. Wenn die (in den Zeichnungen nicht dargestellte) zweite Phaseneinstellschicht ausgebildet ist, wird die Oberseite der (in den Zeichnungen nicht dargestellten) zweiten Phaseneinstellschicht zum oberen Ende des Resonators des VCSEL-Elements 100.
Der obere DBR-Spiegel 116, bei dem es sich um den aus dielektrischem Material bestehenden oberen Mehrlagenschicht-Reflexionsspiegel handelt, ist von den Oberseiten der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 und der Phaseneinstellschicht 114 her zum äußeren Umfang der Mesastütze ausgebildet. Der obere DBR-Spiegel 116 ist aus 10 bis 12 Paaren SiN_x/SiO₂ hergestellt. Um eine Oberfläche zu schützen, ist die Passivierungsschicht 118, die aus SiO2 und SiNx auf SiO2 hergestellt ist, auf der gesamten Oberfläche ausgebildet. SiO₂ und SiN_x der Passivierungsschicht 118 fungieren als SiO₂ und SiN_x der untersten Schicht des DBR-Spiegels 116.
Der obere DBR-Spiegel 116, der aus SiN_x/SiO₂ hergestellt ist, hat eine Struktur, in der dessen unterste Schicht SiO₂ der Passivierungsschicht 118 ist, SiN_x der Passivierungsschicht 118 darauf ausgebildet ist, SiN_x/SiO₂ abwechselnd schichtweise darüber laminiert sind und es sich bei der obersten Schicht um SiN_x handelt. In der Passivierungsschicht 118 können Paare von α-Si/SiO₂ oder α-Si/Al₂O₃ so ausgelegt sein, dass sich die Anzahl von Paaren ergibt, bei denen entsprechend einem Brechungsindex von deren Material ein angemessener Reflexionsgrad von etwa 99% erzielt werden kann.
Die Kontaktschicht 104 des n-Typs erstreckt sich von einem unteren Bereich der Mesastütze 130 zur Außenseite einer radialen Richtung, und eine halbringförmige n-seitige Elektrode 117, die aus AuGeNi/Au hergestellt ist, ist auf deren Oberfläche ausgebildet. Bei der n-seitigen Elektrode 117 beträgt der Außendurchmesser 80 μm und der Innendurchmesser 40 μm.
Eine n-seitige Leitungselektrode 119, die aus Au hergestellt wird, ist so ausgebildet, dass sie die n-seitige Elektrode 117 durch eine in der Passivierungsschicht 118 ausgebildete Öffnung 121 kontaktiert. Dabei ist eine p-seitige Leitungselektrode 120, die aus Au hergestellt ist, so ausgebildet, dass sie die p-seitige ringförmige Elektrode 113 durch eine in der Passivierungsschicht 118 ausgebildete Öffnung 122 kontaktiert. Die n-seitige Elektrode 117 und die p-seitige ringförmige Elektrode 113 sind durch die n-seitige Leitungselektrode 119 bzw. die p-seitige Leitungselektrode 120 elektrisch an einen (in den Zeichnungen nicht dargestellten) außen vorgesehenen Stromversorgungsschaltkreis angeschlossen.
Wenn das VCSEL-Element 100 durch die n-seitige Leitungselektrode 119 und die p-seitige Leitungselektrode 120 eine Spannung zwischen der n-seitigen Leitungselektrode 117 und der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 anlegt und einen Strom aus dem Stromversorgungsschaltkreis injiziert, fließt der Strom hauptsächlich durch die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs mit geringem Widerstand, der Strompfad wird durch die Strombegrenzungsschicht 107 auf den Strominjektionsbereich 107b begrenzt, und der Strom wird der aktiven Schicht 105 mit der hohen Stromdichte bereitgestellt. Im Ergebnis werden Ladungsträger in die aktive Schicht 105 injiziert, und die aktive Schicht 105 gibt natürliches Emissionslicht ab.
Von dem natürlichen Emissionslicht bildet Licht, das die Wellenlänge λ als Laserschwingungswellenlänge hat, eine stehende Welle zwischen dem unteren DBR-Spiegel 102 und dem oberen DBR-Spiegel 116 und wird durch die aktive Schicht 105 verstärkt. Wird der injizierte Strom gleich einem oder größer als ein Schwellenwert, bewirkt das Licht, das die stehende Welle bildet, eine Laserschwingung, und Laserlicht eines 1100 nm-Bands wird aus der Öffnung 113a der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 emittiert.
Wie vorstehend beschrieben, ist im VCSEL-Element 100 die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration zwischen der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 und der Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs vorhanden, und eine Zunahme des Widerstands kann verhindert werden. Deshalb sinkt die Steuerspannung wie nachstehend beschrieben.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des VCSEL-Elements 100 beschrieben.
Zuerst werden der untere DBR-Spiegel 102, die Pufferschicht 103, die Kontaktschicht 104 des n-Typs, die aktive Schicht 105, die aus AlAs hergestellte oxidierte Schicht, die Abstandsschicht 109 des p-Typs, die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs und die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration nacheinander auf dem Substrat 101 unter Verwendung eines Epitaxiewachstumsverfahrens auflaminiert, und die Phaseneinstellschicht 114, die aus SiN_x hergestellt ist und eine kreisförmige Plattenform hat, wird durch ein plasmachemisches Dampfabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren) in einer zentralen Zone der Halbleiterschicht 112 niedriger Konzentration ausgebildet.
Als nächstes wir die p-seitige ringförmige Elektrode 113 selektiv unter Verwendung eines Abtragungsverfahrens auf der Halbleiterschicht 112 niedriger Konzentration ausgebildet. Speziell wird zuerst ein negativer Photoresist auf die Phaseneinstellschicht 114 und die Halbleiterschicht 112 geringer Konzentration aufgetragen und eine Struktur mit der Form der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 gebildet.
Dabei wird die Struktur so ausgebildet, dass deren Breite mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche des Photoresists in einer Tiefenrichtung größer wird. Als nächstes wird eine Pt/Ti-Schicht von der Oberseite des Photoresists und der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 her unter Verwendung des Abtragungsverfahrens auf der Halbleiterschicht 112 niedriger Konzentration ausgebildet. Dabei wird die p-seitige ringförmige Elektrode 113 so ausgebildet, dass sie die gleiche Form hat wie die Struktur auf der Oberfläche des Photoresists.
Als nächstes wird die Halbleiterschicht unter Verwendung der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 als Metallmaske und unter Verwendung der Säureätzflüssigkeit bis zu der die Kontaktschicht 104 des n-Typs erreichenden Tiefe geätzt, um die säulenförmige Mesastütze 130 auszubilden, dann wird eine andere Maske gebildet, und die Kontaktschicht 104 des n-Typs wird bis zu der die Pufferschicht 103 erreichenden Tiefe geätzt.
Dann wird als nächstes, indem die Wärmebehandlung unter einer Wasserdampfatmosphäre durchgeführt wird, eine der Strombegrenzungsschicht 107 entsprechende Schicht selektiv von der äußeren Umfangsseite der Mesastütze 130 aus oxidiert. Dabei wird in einem äußeren Umfangsbereich der Schicht, die der Strombegrenzungsschicht 107 entspricht, eine chemische Reaktion bewirkt, die als 2AlAs + 3H₂O → Al₂O₃ + 2AsH₃ abläuft, und der Strombegrenzungsbereich 107a ausgebildet. Da die chemische Reaktion von der äußeren Umfangsseite der der Strombegrenzungsschicht 107 entsprechenden Schicht gleich fortschreitet, wird der aus AlAs hergestellte Strominjektionsbereich 107b in der Mitte gebildet.
In diesem Fall wird die Wärmebehandlungszeit so eingestellt, dass der Durchmesser des Strominjektionsbereichs 107b einen Wert von 6 bis 7 μm besitzt. Als solches können, da der Strominjektionsbereich 107b ausgebildet wird, die Mitte der Mesastütze, die Mitte des Strominjektionsbereichs 107b und die Mitte der Öffnung 113a der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 mit hoher Präzision in Passung gebracht werden. Im Ergebnis kann das VCSEL-Element 100 als transversaler Einmodenlaser mit hoher Ausbeute ausgelegt werden.
Als nächstes wird die halbringförmige n-seitige Elektrode 117 auf der Oberfläche der Kontaktschicht 104 des n-Typs der äußeren Umfangsseite der Mesastütze ausgebildet, Als nächstes werden, nachdem die Passivierungsschicht 118 unter Verwendung des Plasma-CVD-Verfahrens auf der gesamten Oberfläche ausgebildet worden ist, die Öffnungen 121 und 122 in der Passivierungsschicht 118 auf der n-seitigen Elektrode 117 bzw. der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 gebildet und die n-seitige Leitungselektrode 119 und die p-seitige Leitungselektrode 120 ausgebildet, die die n-seitige Elektrode 117 bzw. die p-seitige ringförmige Elektrode 113 durch die Öffnungen 121 und 122 kontaktieren.
Als nächstes wird, nachdem der obere DBR-Spiegel 116 unter Verwendung des Plasma-CVD-Verfahrens ausgebildet wurde, die Rückseite des Substrats 101 poliert und die Dicke des Substrats 101 auf 150 μm eingestellt. Dann erfolgt eine Elementabtrennung und das in 1 dargestellte VCSEL-Element 100 ist fertig.
Als nächstes wurde als beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das VCSEL-Element, das die in 1 dargestellte Struktur hat, mit dem vorstehenden Herstellungsverfahren hergestellt. Dabei wurde SiN_x, das ein Zusammensetzungsverhältnis von x = 1,33 hatte, als ein die dielektrische Schicht bildendes SiN_x verwendet. Als vergleichbares Beispiel wurde ein Verfahren eingesetzt, bei dem es sich um fast das gleiche wie das vorstehende Herstellungsverfahren handelt. Allerdings wurde die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration nicht ausgebildet und das VCSEL-Element hergestellt, das die Struktur gemäß dem in 7 dargestellten herkömmlichen Stand der Technik hat.
Als Messergebnis der Steuerspannung des VCSEL-Elements in einem Zustand, in dem Energie bei einer Temperatur von 25°C wie in 5 dargestellt im herkömmlichen Stand der Technik zugeführt wurde, betrug bei einem Steuereingang von 6 mA eine Steuerspannung 2,5 V und war damit um 0,7 V höher als ein Auslegungswert. In der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung war jedoch eine Steuerspannung bei 6 mV mit 1,8 V gleich dem Auslegungswert.
Das heißt, in der beispielhaften Ausführungsform verhindert die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration, dass Ti der p-seitigen ringförmigen Elektrode 113 die Kontaktschicht 111 des p⁺-Typs korrodiert. Im Ergebnis war der Widerstand des Elements im Vergleich zum herkömmlichen Stand der Technik niedriger, bei dem die Halbleiterschicht 112 mit niedriger Konzentration nicht vorgesehen ist.
In der beispielhaften Ausführungsform wird die oxidierte Schicht aus AlAs hergestellt. Jedoch kann die oxidierte Schicht auch aus Al_1-xGa_xAs (0 < x < 1) hergestellt werden. Wird die oxidierte Schicht aus Al_1-xGa_xAs hergestellt, wird der Strombegrenzungsbereich der Strombegrenzungsschicht aus (Al_1-xGa_x)₂O₃ und der Strominjektionsbereich aus Al_1-xGa_xAs hergestellt.
In der beispielhaften Ausführungsform wird die p-seitige ringförmige Elektrode 113 unter Verwendung des Abtragungsverfahrens ausgebildet. Jedoch ist das Verfahren zum Ausbilden der p-seitigen ringförmigen Elektrode 112 nicht besonders eingeschränkt.
In der beispielhaften Ausführungsform wird die Strompfadschicht so hergestellt, dass sie zwei Schichten aufweist. Jedoch können die Wirkungen der Erfindung auch erzielt werden, selbst wenn die Strompfadschicht nur die Kontaktschicht oder drei Schichten oder mehr aufweist.
In der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform, wird als Kombination der Muldenschicht/Sperrschicht, die die aktive Schicht 105 des Lasers des 1100 nm-Bands bildet, GaInAs/GaAs verwendet. Jedoch können in der bevorzugten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung je nach der Wellenlänge (die Substrat- oder eine andere Schichtenkonfiguration wird je nach der Kombination der Muldenschicht und der Sperrschicht angemessen ausgewählt) GaInNAs(Sb)/GaAs und GaInNAs(Sb)/GaNAs(Sb) im Falle des Lasers eines 1300 nm-Bands, InGaAs/GaAsP im Falle des Lasers eines 980 nm-Bands und GaAs/AlGaAs im Falle des Lasers eines 850 nm-Bands ausgewählt werden (die Kombination der Muldenschicht und der Sperrschicht ist nicht auf obige Kombinationen beschränkt). In der Quantentopfschicht und der Sperrschicht kann die Quantentopfbreite je nach der gewünschten Schwingungswellenlänge beliebig ausgelegt sein.
Die gesamte Offenbarung der am 10. Dezember 2008 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-314530 , einschließlich technische Beschreibung, Ansprüche, Zeichnungen und Zusammenfassung, wird hier durch Bezug in ihrer Gänze mit aufgenommen, soweit es die Gesetze und Bestimmungen in den bezeichneten oder ausgewählten Ländern zulassen.
Verschiedene beispielhafte Ausführungen der Erfindung wurden bislang beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen beschränkt. Deshalb ist der Umfang der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6916672 [0002, 0002, 0004]
US 6750071 [0002, 0002, 0004]
JP 2008-314530 [0118]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Appl. Phys. Lett., Band 29, Nr. 4, 15. August 1976, S. 263–265 [0055]

Claims

Halbleiterlaserelement, das folgendes aufweist: – eine erste Elektrode; – eine zweite Elektrode; – einen ersten Reflexionsspiegel; – einen zweiten Reflexionsspiegel; und – einen Resonator, der zwischen dem ersten Reflexionsspiegel und dem zweiten Reflexionsspiegel vorgesehen ist und eine aktive Schicht, eine Strombegrenzungsschicht, die einen Pfad eines zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode fliehenden Stroms begrenzt und einen ersten Bereich hat, in dem der Strom fließt, und einen zweiten Bereich, der den Stromfluss blockiert, eine erste Halbleiterschicht, die auf der Strombegrenzungsschicht auf der zur aktiven Schicht entgegengesetzten Seite ausgebildet ist, und eine zweite Halbleiterschicht aufweist, die zwischen der ersten Halbleiterschicht und der Strombegrenzungsschicht ausgebildet ist, – wobei die erste Halbleiterschicht ihre Oberseite auf einer der Strombegrenzungsschicht entgegengesetzten Seite hat, – wobei die erste Halbleiterschicht eine erste Zone, die dem ersten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist, und eine zweite Zone hat, die dem zweiten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist, – wobei die erste Elektrode vorgesehen ist, um zumindest einen Teil der Oberseite der ersten Halbleiterschicht in der zweiten Zone zu kontaktieren, – wobei die erste Halbleiterschicht einen Diffusionsbereich hat, in dem eine Komponente der ersten Elektrode oder zumindest ein Teil von Komponenten der ersten Elektrode zumindest in die erste Halbleiterschicht diffundiert, – wobei die zweite Halbleiterschicht eine Dotierungskonzentration hat, die höher ist als diejenige der ersten Halbleiterschicht, und – wobei die zweite Halbleiterschicht zumindest den Diffusionsbereich kontaktiert und sich von einem Bereich, der den Diffusionsbereich kontaktiert, zu einer Position erstreckt, die dem ersten Bereich der Strombegrenzungsschicht zugewandt ist.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1, das folgendes aufweist: – ein Substrat; und – einen Mesabereich, der auf dem Substrat ausgebildet ist, – wobei der Mesabereich zumindest die erste Halbleiterschicht, die zweite Halbleiterschicht und die Strombegrenzungsschicht aufweist, – wobei der erste Bereich der Strombegrenzungsschicht aus einem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, und – wobei der zweite Bereich der Strombegrenzungsschicht aus einem oxidierten Isoliermaterial hergestellt ist, das durch Oxidieren des im Verbindungshalbleiter enthaltenen Al erhalten wird.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 2, wobei der zweite Bereich der Strombegrenzungsschicht um den ersten Bereich der Strombegrenzungsschicht herum vorgesehen ist.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 3, wobei die erste Elektrode auf dem Mesabereich vorgesehen ist, wobei der Mesabereich im Hinblick auf die erste Elektrode selbstausrichtend ausgebildet ist, und wobei der zweite Bereich der Strombegrenzungsschicht an einer Seitenfläche des konvexen Bereichs freiliegt.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 4, wobei der erste Reflexionsspiegel, die erste Elektrode, die erste Halbleiterschicht, die zweite Halbleiterschicht, die Strombegrenzungsschicht, die aktive Schicht und der zweite Reflexionsspiegel in dieser Reihenfolge ausgebildet sind.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 5, wobei es sich bei dem einen Ende des Resonators um die Oberseite der ersten Zone der ersten Halbleiterschicht handelt.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 5, das ferner eine Phaseneinstellschicht aufweist, die die Oberseite der ersten Zone der ersten Halbleiterschicht kontaktiert, im Hinblick auf die erste Halbleiterschicht auf einer der zweiten Halbleiterschicht entgegengesetzten Seite vorgesehen ist, und die Phase einer sich durch den Resonator ausbreitenden stehenden Welle einstellt, und ihre Oberseite auf einer der ersten Zone der ersten Halbleiterschicht entgegengesetzten Seite hat, wobei es sich bei dem einen Ende des Resonators um die Oberseite der Phaseneinstellschicht handelt.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 6 oder 7, wobei sich das Zentrum der Dicke der zweiten Halbleiterschicht zu einem Zeitpunkt einer Laserschwingung des Halbleiterlaserelements ±11 nm in einem Lichtstärkeknoten einer stehenden Welle befindet.
Halbleiterlaserelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Bereich der ersten Elektrode, der die erste Halbleiterschicht kontaktiert, mindestens ein Metall aufweist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Al und W besteht, und wobei es sich bei der Komponente oder den Komponenten, die in die erste Halbleiterschicht diffundieren, um das mindestens eine Metall handelt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Al und W besteht.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 9, wobei der Bereich der ersten Elektrode, der die erste Halbleiterschicht kontaktiert, ein Metall aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Al und W besteht, und wobei es sich bei der Komponente, die in die erste Halbleiterschicht diffundiert, um das Metall handelt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ti, Cr, Al und W besteht.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 10, wobei der Bereich der ersten Elektrode, der die erste Halbleiterschicht kontaktiert, Ti aufweist, und wobei es sich bei der Komponente, die in die erste Halbleiterschicht diffundiert, um Ti handelt.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 10 oder 11, wobei die zweite Halbleiterschicht ferner einen Diffusionsbereich aufweist, in dem die in die erste Halbleiterschicht diffundierte Komponente in die zweite Halbleiterschicht diffundiert.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 12, wobei die Dicke der ersten Halbleiterschicht und die Dicke der zweiten Halbleiterschicht die folgende Relation erfüllen
wobei a die Dicke der ersten Halbleiterschicht ist; d die Dicke der zweiten Halbleiterschicht ist; T die Temperatur von Wärmeablaufprozessen der Herstellung und Verwendung des Halbleiterlaserelements ist; t1 die Zeit ist, in der die in die erste Halbleiterschicht diffundierende Komponente durch die erste Halbleiterschicht voranschreitet; t2 die Zeit ist, in der die in die erste Halbleiterschicht diffundierende Komponente durch die zweite Halbleiterschicht voranschreitet; D₁ der Diffusionskoeffizient der in die erste Halbleiterschicht diffundierenden Komponente in der ersten Halbleiterschicht ist; D₂ der Diffusionskoeffizient der in die erste Halbleiterschicht diffundierenden Komponente in der zweiten Halbleiterschicht ist; Ea₁ die intrinsische Diffusionsenergie der in die erste Halbleiterschicht diffundierenden Komponente im Hinblick auf ein Material der ersten Halbleiterschicht ist; Ea₂ die intrinsische Diffusionsenergie der in die erste Halbleiterschicht diffundierenden Komponente im Hinblick auf ein Material der zweiten Halbleiterschicht ist; und kB der Boltzmann-Koeffizient ist.
Halbleiterlaserelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Dicke der ersten Halbleiterschicht 3 nm bis 38 nm beträgt.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 14, wobei die Dicke der zweiten Halbleiterschicht 15 nm bis 30 nm beträgt, und wobei der Abstand von der Oberseite der ersten Zone der ersten Halbleiterschicht bis zu einem Ende der Strombegrenzungsschichtseite der zweiten Halbleiterschicht 33 nm bis 68 nm beträgt.
Halbleiterlaserelement nach Anspruch 15, wobei die Dicke der ersten Halbleiterschicht 10 nm bis 20 nm beträgt.
Halbleiterlaserelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Dotierungskonzentration der ersten Halbleiterschicht 2 × 10¹⁹ cm^–3 oder weniger beträgt.
Halbleiterlaserelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Dotierungskonzentration der zweiten Halbleiterschicht 1 × 10²⁰ cm^–3 oder mehr beträgt.
Halbleiterlaserelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Schwingungswellenlänge des Halbleiterlaserelements 850 nm oder länger ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlaserelements, wobei das Verfahren folgendes umfasst: – einen Schritt des Herstellens eines Substrats, das eine aktive Schicht, eine Schicht, die aus einem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, und eine erste Halbleiterschicht aufweist, die auf der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, vorgesehen ist und eine zweite Halbleiterschicht mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, die einander zugewandt sind, und eine dritte Halbleiterschicht aufweist, die die zweite Fläche der zweiten Halbleiterschicht kontaktiert und zwischen der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet vorgesehen ist und eine Dotierungskonzentration hat, die höher ist als eine Dotierungskonzentration der zweiten Halbleiterschicht; – einen Schritt des Herstellens einer Elektrode auf einer Fläche der zweiten Halbleiterschicht, um die eine Fläche zu kontaktieren; – einen Schritt des Verarbeitens des Substrats in selbstausrichtender Weise im Hinblick auf die Elektrode, um einen Mesabereich zu bilden, der die Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, um eine gesamte Seitenfläche des Mesabereichs herum freilegt; und – einen Schritt des Oxidierens der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, ausgehend von einem freiliegenden Bereich der Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, um die Schicht, die aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, zu einer Strombegrenzungsschicht mit einem ersten Bereich, der aus dem Al enthaltenden Verbindungshalbleiter hergestellt ist, und einem zweiten Bereich, der aus einem oxidierten Isoliermaterial hergestellt ist, das durch Oxidieren des im Verbindungshalbleiter enthaltenen Al erhalten wird, um den ersten Bereich herum auszubilden und einen Diffusionsbereich zu bilden, in dem eine Komponente der Elektrode oder zumindest ein Teil von Komponenten der erste Elektrode in die zweite Halbleiterschicht diffundiert.