DE19607894A1 - Halbleiterlaser und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleiter­ laser und insbesondere auf Halbleiterlaser, welche eine Fensterstruktur an Facetten besitzen und einen Lichtaus­ gang hoher Leistung erzeugen. Die Erfindung bezieht sich ebenso auf ein Verfahren zum Herstellen derartiger Halb­ leiterlaser.

Fig. 4(a)-4(c) zeigen Diagramme, welche eine Struk­ tur eines Halbleiterlasers nach dem Stand der Technik ver­ anschaulichen, welcher in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung Nr. Hei. 5-84738 vorgestellt ist. Fig. 4(a) zeigt eine perspektivische Ansicht, welche die Ge­ samtheit des Halbleiterbauelements darstellt, Fig. 4(b) zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie 4b-4b von Fig. 4(a), d. h. eine Querschnittsansicht in Resonator­ längsrichtung des Halbleiterlasers, und Fig. 4(c) zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie 4c-4c von Fig. 4(a), d. h. eine Querschnittsansicht in Richtung senkrecht zu der Resonatorlängsrichtung (hiernach als Richtung der Resonatorbreite bezeichnet) einschließlich eines Kammstrukturgebiets. Bei den Figuren bezeichnet Bezugszei­ chen 1 ein n-Typ GaAs-Halbleitersubstrat, Bezugszeichen 2 bezeichnet eine untere n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht einer Dicke von 1,5 bis 2 µm, Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Quantenmuldenstruktur, welche als aktive Schicht ar­ beitet und (nicht dargestellte) Al_0,05Ga_0,95As-Mulden­ schichten und (nicht dargestellte) Al_zGa_1-zAs-Grenzschich­ ten, welche eine Al-Zusammensetzung mit z von 0,3 bis 0,35 besitzen, aufweist. Diese Quantenmuldenstruktur, welche Lichtführungsschichten enthält, die dieselbe Zusammenset­ zung wie diejenige der Grenzschicht besitzen und jeweils eine Dicke von 0,2 bis 0,3 µm an beiden Seiten davon besit­ zen, und zwei Muldenschichten einer Dicke von etwa 8 nm (80 Angström) und eine Grenzschicht einer Dicke von 5 bis 8 nm (50 bis 80 Angström) sind zwischen optischen Führungs­ schichten abwechselnd aufgeschichtet. Bezugszeichen 4 bezeichnet eine erste obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugs­ schicht einer Dicke von 0,2 bis 0,3 µm, Bezugszeichen 5 be­ zeichnet eine p-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Ätzstoppschicht einer Dicke von etwa 20 nm (etwa 200 Angström), Bezugszeichen 6 bezeichnet eine n-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Stromblockierungsschicht einer Dicke von 1,5 bis 2 µm, und Bezugszeichen 7 bezeich­ net eine zweite p-Typ GaAs-Kontaktschicht einer Dicke von 2 bis 3 µm Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Elektrode mit p-Teil, Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Elektrode mit n- Teil, Bezugszeichen 10 bezeichnet eine zweite obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht einer Dicke von 0,8 bis 1,3 µm, und Bezugszeichen 11 bezeichnet eine erste p-Typ GaAs- Kontaktschicht einer Dicke von etwa 0,7 µm. Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Kammstruktur. Die Kammstruktur 12 be­ sitzt eine umgekehrt trapezförmige Konfiguration derart, daß die Breite in Richtung der Resonatorbreite an der Seite der Elektrode 9 mit n-Teil etwa 4 µm beträgt und die Breite in Richtung der Resonatorbreite an der Seite der Elektrode 8 mit p-Teil etwa 5-6 µm beträgt. Die Länge der Kammstruktur in Richtung der Resonatorlänge ist derart be­ stimmt, daß das Ende der Kammstruktur 12 nicht die Laser­ resonatorfacette erreicht. Bezugszeichen 14 bezeichnet ei­ ne Quantenmuldenstrukturschicht, welche durch Ionenimplan­ tierung von Si mit Störstellen versetzt ist (disordered), Bezugszeichen 30 bezeichnet ein Lichtemissionsgebiet des Halbleiterlasers, und Bezugszeichen 31 bezeichnet ein Fen­ sterstrukturgebiet des Halbleiterlasers. Bezugszeichen d bezeichnet die Entfernung zwischen der Laserresonator­ facette und der Kammstruktur 12 in Richtung der Laserreso­ natorlänge, d. h. den Astigmatismus. Darüber hinaus beträgt die Länge des Laserelements in Richtung der Resonatorlänge 300 bis 600 µm, und die Breite davon beträgt etwa 300 µm.

Fig. 5(a)-5(d) zeigen perspektivische Ansichten, welche Verfahrensschritte eines Herstellungsverfahrens ei­ nes Halbleiterlasers nach dem Stand der Technik bezüglich eines Laserchips veranschaulichen. Bei diesen Figuren be­ zeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente wie diejenigen von Fig. 4. Bezugszeichen 20a bezeichnet eine Isolierungsschicht. Bezugszeichen 25 bezeichnet die Ionen­ implantierung von Si.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5(a)-5(d) wird im folgenden ein Herstellungsverfahren beschrieben. Auf das n-Typ GaAs-Halbleitersubstrat 1 läßt man aufeinanderfol­ gend die untere Überzugsschicht 2, die Quantenmuldenstruk­ turschicht 3, die erste obere Überzugsschicht 4, die Ätz­ stoppschicht 5, die zweite obere Überzugsschicht 10 und die erste Kontaktschicht 11 epitaxial aufwachsen, wodurch eine Halbleiteraufschichtungsstruktur (semiconductor lami­ nated structure) gebildet wird. Eine perspektivische An­ sicht der Halbleiteraufschichtungsstruktur nach dem Auf­ wachsen ist in Fig. 5(a) dargestellt. Als nächstes wird eine Isolierungsschicht 20a auf der gesamten Oberfläche der Halbleiteraufschichtungsstruktur gebildet. Als Materi­ al für die Isolierungsschicht wird Si₃N₄ oder SiO₂ verwen­ det. Die Isolierungsschicht ist derart in eine Streifen­ form strukturiert, so daß die Länge in Richtung der Reso­ natorbreite etwa 5 bis 6 µm beträgt, wobei Abstände von et­ wa 20 µm von den Resonatorfacetten des Halbleiterlasers wie in Fig. 5(b) dargestellt gebildet werden.

Diese Isolierungsschicht 20a arbeitet als Maske zum Ätzen des Kamms, und wie in Fig. 5(c) dargestellt wird das Ätzen durchgeführt, um unter Verwendung der Isolierungs­ schicht 20a als Maske eine Kammstruktur 12 zu bilden. Die­ ses Ätzen wird unter Verwendung eines selektiven Ätzmit­ tels durchgeführt, welches die erste p-Typ GaAs-Kontakt­ schicht 11 und die zweite obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Über­ zugsschicht 10, jedoch nicht die p-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Ätz­ stoppschicht 5 ätzt, wodurch die Kammstruktur 12 mit einer hohen Reproduzierbarkeit gebildet werden kann. Als Bei­ spiel des Ätzmittels sei eine Mischlösung von Weinsäure und Wasserstoffperoxid gegeben. Nach dem Bilden der Kamm­ struktur 12 wird eine Ionenimplantierung von Si 25 bezüg­ lich der Quantenmuldenstrukturschicht 3 über die durch das Ätzen bloßgelegte Oberfläche durchgeführt. Obwohl diese Ionenimplantierung gleichzeitig über die obere Oberfläche der Halbleiteraufschichtungsstruktur durchgeführt wird, erreichen die Ionen nicht die Kammstruktur 12, und es wird keine Ionenimplantierung bezüglich der Kammstruktur 12 durchgeführt, da die Isolierungsschicht 20a an dem oberen Teil der Kammstruktur 12 gebildet ist und die obere Ober­ fläche der ersten Kontaktschicht 11 der Kammstruktur 12 und die obere Oberfläche der Isolierungsschicht 20a um die Höhe der Isolierungsschicht 20a voneinander getrennt sind. Ein Gebiet jedoch, in welches Si-Ionen injiziert werden, ist in der Quantenmuldenstrukturschicht 3 in einem Gebiet außerhalb des unteren Gebiets der Kammstruktur 12 gebil­ det. Es werden Störstellen nicht durch ledigliches Durch­ führen einer Ionenimplantierung hervorgerufen, und es tre­ ten Störstellen zum ersten Mal auf, wenn die Si-Atome in den Kristall durch ein Ausheizverfahren diffundiert sind. Daher wird die Halbleiteraufschichtungsstruktur nach der Ionenimplantierung ausgeheizt oder es wird die Halbleiter­ aufschichtungsstruktur durch die während des Kristallauf­ wachsens erzeugte Hitze nach dem Prozeß erhitzt, wodurch Si-Atome diffundieren, woraus sich Störstellen in der Quantenmuldenstrukturschicht 14 ergeben. Teile der mit Störstellen versetzten Quantenmuldenstrukturschicht 14 in der Nähe der Laserresonatorfacetten werden zu dem Fenster­ strukturgebiet 31, welches als Fensterstruktur arbeitet. Hierbei wird zu allererst die mit Störstellen versetzte Quantenmuldenstrukturschicht 14 durch Ausheizen gebildet. Als nächstes läßt man die n-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Stromblockie­ rungsschicht 6 selektiv aufwachsen, um die Kammstruktur 12 wie in Fig. 5(d) dargestellt zu vergraben. Daneben tritt das Kristallaufwachsen nicht auf dem Kammteil 12 auf, da die Isolierungsschicht 20 während des Kristallaufwachsens ebenso als Maske dient. Nachdem die Isolierungsschicht 20 durch Naßätzen oder Trockenätzen entfernt ist, läßt man die zweite p-Typ GaAs-Kontaktschicht 7 durch Kristallauf­ wachsen aufwachsen. Danach wird die Elektrode 9 mit n-Teil auf dem n-Typ GaAs-Halbleitersubstrat 1 gebildet, und es wird die Elektrode 8 mit p-Teil auf der zweiten p-Typ GaAs-Kontaktschicht 7 gebildet, wodurch sich ein Halblei­ terlaser mit Fensterstruktur wie in Fig. 4(a) dargestellt ergibt.

Im folgenden wird eine Beschreibung des Betriebs gege­ ben. Bei dem in Fig. 4(a) dargestellten Halbleiterlaser 15 mit Kammstruktur werden in dem mit der n-Typ Al_0,7Ga_0,3As- Stromblockierungsschicht 6 vergrabenen Gebiet pnp-Über­ gänge zwischen der ersten oberen p-Typ AlGaAs-Überzugs­ schicht 4 und der n-Typ Stromblockierungsschicht 6 bzw. zwischen der n-Typ Stromblockierungsschicht 6 und der zweiten p-Typ GaAs-Kontaktschicht 7 gebildet, und sogar dann, wenn eine Spannung angelegt wird, so daß die Elek­ trode 8 mit p-Teil positiv wird, sind beide pnp-Übergänge umgekehrt vorgespannt, so daß kein Strom in das Gebiet fließt, welches die Blockierungsschicht 6 enthält. Mit an­ deren Worten, die n-Typ Stromblockierungsschicht 6 führt die Funktion des Stromblockierens durch. Wenn eine Span­ nung derart angelegt wird, daß die Elektrode 8 mit p-Teil positiv und die Elektrode 9 mit n-Teil negativ wird, wer­ den dementsprechend Löcher in die Quantenmuldenstruktur­ schicht 3 unter der Kammstruktur 12 durch die erste p-Typ Kontaktschicht 11, die zweite obere p-Typ Überzugsschicht 10 und die erste obere p-Typ AlGaAs-Überzugsschicht 6 in­ jiziert, und es werden Elektronen konzentrisch in die Quantenmuldenstrukturschicht 3 durch das n-Typ GaAs-Halb­ leitersubstrat 1 und die n-Typ AlGaAs-Überzugsschicht 2 injiziert, wodurch eine Rekombinierung von Elektronen und Löchern in der Quantenmuldenstrukturschicht 3 auftritt und eine induzierte Lichtstrahlung gebildet wird. Wenn die In­ jizierungsgröße von Ladungsträgern hinreichend angewachsen ist, so daß Licht erzeugt wird, welches den Verlust der Wellenführung übersteigt, tritt eine Laseroszillation auf.

Im folgenden wird eine Beschreibung von in das Gebiet geführtem Licht gegeben, an welchem die Kammstruktur 12 gebildet ist, d. h. dem Lichtbildungsgebiet 30, an welchem das Laserlicht gebildet wird. In Vertikalrichtung des Halbleiterlasers, d. h. in Richtung senkrecht zu der Auf­ wachsoberfläche des Substrats 1, ist die Quantenmulden­ strukturschicht 3, welche als aktive Schicht dient, zwi­ schen der zweiten oberen Überzugsschicht 10 und der unte­ ren Überzugsschicht 2 angeordnet, welche einen größeren Bandabstand als die Quantenmuldenstrukturschicht 3 besit­ zen, so daß eine Brechungsindexverteilung in Vertikalrich­ tung des Halbleiterlasers gebildet wird und das Licht in der Nähe der Quantenmuldenstrukturschicht 3 begrenzt und entlang der Quantenmuldenstrukturschicht 3 geführt wird. Da in Querrichtung eines Halbleiterlasers, d. h. in Rich­ tung der Resonatorbreite, die n-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Strom­ blockierungsschicht 6, welche einen größeren Bandabstand als die zweite obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 10, welche die Kammstruktur 12 darstellt, besitzt, an beiden Seiten der Kammstruktur 12 gebildet ist, und die Kamm­ struktur 12 zwischen sich genommen hat, ist darüber hinaus eine Brechungsindexverteilung in Querrichtung des Halblei­ terlasers gebildet, und das Laserlicht ist in Querrichtung durch den Brechungsindexunterschied zwischen der zweiten oberen Überzugsschicht 10 und der Stromblockierungsschicht 6 beschränkt und wird entlang der Kammstruktur 12 geführt.

Im folgenden wird eine Beschreibung der Fensterstruk­ tur gegeben. Im allgemeinen wird bei einem AlGaAs-Serien- Halbleiterlaser, welcher Laserlicht einer Wellenlänge von 0,8 µm besitzt und als Lichtquelle für optische Diskbauele­ mente wie Kompaktdisks (CD) verwendet wird, der maximale Ausgang durch einen optischen Ausgang bestimmt, bei wel­ chem eine Laserresonatorfacettenzerstörung auftritt. Die Facettenzerstörung tritt dadurch auf, daß der Kristall selbst, welcher die Quantenmuldenstrukturschicht des Halb­ leiterlasers darstellt, durch die Hitze geschmolzen wird, welche infolge der Absorbtion von Laserlicht gebildet wird, das erzeugt wird, wenn der Bandabstand in der Nähe der Facette durch den Einfluß der Oberflächenpegel in dem Facettengebiet effektiv erhöht ist. Wenn diese Facetten­ zerstörung auftritt, wird die Funktion des Resonators nicht beeinträchtigt. Um einen Betrieb mit einem Hochlei­ stungsausgang zu realisieren, wird demgemäß gefordert, daß keine Facettenzerstörung sogar bei einem hohen Ausgang auftritt. Zu diesem Zweck ist es wirksam, eine Struktur vorzusehen, welche es dem Laserlicht schwer macht, in dem Facettengebiet absorbiert zu werden, d. h. eine Fenster­ struktur, welche "transparent" gegenüber dem Laserlicht wird. Diese Fensterstruktur wird derart gebildet, daß der Bandabstand des Gebiets in der Nähe der Facette größer wird als derjenige der Quantenmuldenstruktur, welche das Laserlicht emittiert. Bei dem in Fig. 15(a) dargestellten Halbleiterlaser 15 nach dem Stand der Technik ist die ak­ tive Schicht durch eine Quantenmuldenstrukturschicht 3 ge­ bildet, und die Nähe des Gebiets der Quantenmuldenstruk­ turschicht 3 in der Nähe der Laserresonatorfacette ist durch die Ionenimplantierung von Si mit Störstellen verse­ hen worden. Dieses mit Störstellen Versehen sorgt dafür, daß die Bestandteil bildenden Elemente der jeweiligen sehr dünnen Schichten, welche in der Quantenmuldenstruktur­ schicht enthalten sind, miteinander vermischt werden, um eine gleichförmig zusammengesetzte Schicht zu bilden, und die Quantenmuldenstrukturschicht 14 in dem mit Störstellen versehene Gebiet besitzt einen effektiven Bandabstand, welcher größer als derjenige in anderen Gebieten der Quan­ tenmuldenstrukturschicht 3 ist. Daher ist bei dem Halblei­ terlaser nach dem Stand der Technik der Bandabstand in der Quantenmuldenstrukturschicht 14 in der Nähe der Laserreso­ natorfacette größer als in der Quantenmuldenstruktur­ schicht 3 unter der Kammstruktur 12, welche als Wellenlei­ ter des Laserlichts dient, wodurch das Gebiet in der Nähe der Resonatorfacette als Fensterstruktur arbeitet.

Der Halbleiterlaser nach dem Stand der Technik, wel­ cher die Kammstruktur mit der Fensterstruktur enthält, ist wie oben beschrieben konstruiert und ist sehr nützlich be­ züglich der Verhinderung der Zerstörung der Laserresona­ torfacette. Es treten jedoch folgende Schwierigkeiten auf. Da die Quantenmuldenstruktur 3, welche als aktive Schicht dient, zwischen der unteren n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugs­ schicht 2 und der zweiten oberen p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Über­ zugsschicht 10 angeordnet ist, wobei die Schichten einen größeren Bandabstand als die Quantenmuldenstruktur 3 be­ sitzt, oder zwischen der oberen Überzugsschicht 2 und der n-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Stromblockierungsschicht 6 sowohl in dem Lichtemissionsgebiet 30 als auch dem Fensterstrukturgebiet 31 in Richtung der Resonatorlänge, ist eine Brechungsin­ dexverteilung in Vertikalrichtung des Halbleiterlasers vorhanden, wodurch Laserlicht entlang der Quantenmulden­ struktur 3 ohne sich zu verbreitern wandert, bis es die Halbleiterlaserfacette erreicht, und unter einer Verbrei­ terung von der Laserfacette emittiert wird.

In dem Lichtemissionsgebiet 30 ist die n-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Stromblockierungsschicht 6, welche einen grö­ ßeren Bandabstand als die zweite obere Überzugsschicht 10 besitzt, an beiden Seiten der zweiten oberen p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 10 vorgesehen, welche die Kammstruktur 12 bildet, so daß die Brechungsindexvertei­ lung in Querrichtung des Halbleiterlasers 15 vorhanden ist, wodurch das Licht in dem Gebiet unter der zweiten oberen Überzugsschicht 10 begrenzt ist, und das in der Quantenmuldenstruktur 3 unter der Kammstruktur 12 erzeugte Licht wird entlang der Kammstruktur 12 geführt.

Jedoch wird dieselbe Stromblockierungsschicht 6 wie in dem Gebiet außerhalb dem Wellenführungsgebiet in dem aus­ gedehnten Gebiet der Kammstruktur 12, in welchem das Licht geführt wird, gebildet, und das Laserlicht, welches ohne Verbreiterung infolge einer Begrenzung in Querrichtung in dem Laseremissionsgebiet 30, an welchem die Brechungsin­ dexverteilung in Querrichtung vorhanden ist, wird unter Verbreiterung in Querrichtung in das Fensterstrukturgebiet 31 geführt, da die Brechungsindexverteilung nicht in Quer­ richtung in dem Fensterstrukturgebiet 31 vorhanden ist. Daher sind die Punkte, an welchen das Laserlicht sich zu verbreitern beginnt, bezüglich der Vertikalrichtung und der Querrichtung unterschiedlich, so daß der Astigmatismus d des Abstands zwischen dem Rand des Kamms und der Laser­ facette gebildet ist. Bei einer herkömmlichen Vorrichtung unter Verwendung eines Halbleiterlasers, wird das von dem Halbleiterlaser emittierte Licht unter Verwendung einer Linse konzentriert, um üblicherweise Licht mit einem punktförmigen Querschnitt und in diesem Fall mit einem ge­ wünschten winzigen punktförmigen Querschnitt zu erzeugen. Wenn jedoch der Astigmatismus d erzeugt wird, wird der Brennpunkt der Linse für die Konzentrierung des emittier­ ten Laserlichts durch den Astigmatismus zwischen der Ver­ tikalrichtung und der Querrichtung verschoben, so daß es unmöglich ist, gleichzeitig den Brennpunkt in Vertikal­ richtung als auch in Querrichtung einzustellen. Als Ergeb­ nis wird lediglich ein Laserlichtbündel mit großem Quer­ schnitt erzielt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Halb­ leiterlaser vorzusehen, welcher eine Fensterstruktur ent­ hält und Laserlicht mit einem kleinen punktförmigen Quer­ schnitt erzeugt, und ein entsprechendes Herstellungsver­ fahren.

Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält ein Halbleiterlaser ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine untere Überzugs­ schicht des ersten Leitfähigkeitstyps, welche auf dem Halbleitersubstrat des ersten Leitfähigkeitstyps angeord­ net ist; eine aktive Schicht einer Quantenmuldenstruktur, welche abwechselnd aufgeschichtete Grenzschichten und Mul­ denschichten aufweist, die auf der unteren Überzugsschicht angeordnet sind; ein mit Störstellen versehenes Gebiet, welches in der aktiven Schicht der Quantenmuldenstruktur in der Umgebung der Laserresonatorfacetten durch Einführen von Verunreinigungen gebildet ist; eine erste obere Über­ zugsschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welche auf der aktiven Schicht der Quantenmuldenstruktur angeordnet ist; eine Kammstruktur, welche auf der ersten Überzugs­ schicht angeordnet ist und sich in Richtung der Resonator­ länge mit einer Länge erstreckt, welche die Resonator­ facetten erreicht, wobei die Kammstruktur ein erstes Ge­ biet außerhalb der Umgebung der Laserresonatorfacetten, welches eine zweite obere Überzugsschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und eine erste Kontaktschicht des zwei­ ten Leitfähigkeitstyps aufweist, welche auf der zweiten oberen Überzugsschicht angeordnet sind, und ein zweites Gebiet in der Umgebung der Laserresonatorfacetten enthält, welches die erste Halbleiterschicht des ersten Leitfähig­ keitstyps, welche dasselbe Material und Höhe wie die zwei­ te obere Überzugsschicht besitzt, und die zweite Halblei­ terschicht des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, welche daßelbe Material wie die erste Kontaktschicht besitzt, welche auf der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind; eine Stromblockierungsschicht des ersten Leitfähigkeitsty­ ps, welche einen Bandabstand größer als derjenige der zweiten oberen Überzugsschicht besitzt und auf der ersten oberen Überzugsschicht angeordnet ist, um die Kammstruktur zu vergraben; und eine zweite Kontaktschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, welche auf der zweiten Stromblockie­ rungsschicht und der Kammstruktur angeordnet ist. Daher ist der Bandabstand in der Nähe der Laserresonatorfacette der Quantenmuldenstruktur der aktiven Schicht größer als derjenige in anderen Gebieten, welche als Fensterstruktur dient, und in dem Gebiet, an welchem die Fensterstruktur gebildet ist, wird ebenso eine Brechungsindexverteilung in Querrichtung erzielt, und das Laserlicht ist in Querrich­ tung unter der gesamten Kammstruktur zwischen den Laserre­ sonatorfacetten begrenzt, und es gibt keinen Astigmatismus infolge der Anwesenheit bzw. Abwesenheit der Brechungsin­ dexverteilung in Vertikalrichtung und Querrichtung des La­ sers.

Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Er­ findung weist bei dem oben beschriebenen Halbleiterlaser das Halbleitersubstrat n-Typ GaAs auf; die untere Über­ zugsschicht weist n-Typ Al_xGa_1-xAs (0<x) auf; die aktive Schicht der Quantenmuldenstruktur weist Al_yGa_1-yAs-Grenz­ schichten (0<y) und Al_zGa_1-zAs-Muldenschichten (0z<y) auf und besitzt einen effektiven Bandabstand, welcher kleiner als derjenige der unteren Überzugsschicht ist; die erste und zweite obere Überzugsschicht weisen p-Typ Al_wGa_1-wAs auf, welche einen kleineren effektiven Bandabstand als die aktive Schicht der Quantenmuldenstruktur besitzen; die erste und zweite Kontaktschicht weisen p-Typ GaAs auf; die erste Halbleiterschicht weist n-Typ Al_wGa_1-wAs auf; die erste Halbleiterschicht weist n-Typ GaAs auf; und die Stromblockierungsschicht weist n-Typ Al_vGa_1-vAs (v<w) auf. Daher wird eine Fensterstruktur in der Nähe der Laserreso­ natorfacette gebildet, und es wird eine Brechungsindexver­ teilung in Querrichtung in dem Gebiet gebildet, an welchem die Fensterstruktur gebildet wird, und es wird Laserlicht in Querrichtung unter der gesamten Kammstruktur zwischen den Resonatorfacetten begrenzt, und es gibt keinen Astig­ matismus infolge der Anwesenheit bzw. Abwesenheit der Bre­ chungsindexverteilung in Vertikalrichtung und Querrich­ tung.

Entsprechend einem dritten Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält ein Verfahren zum Herstellen eines Halb­ leiterlasers die Schritte: aufeinanderfolgendes epitaxia­ les Aufwachsen auf einem Substrat eines ersten Leitfähig­ keitstyps einer unteren Überzugsschicht des ersten Leitfä­ higkeitstyps, einer aktiven Schicht einer Quantenmulden­ strukturschicht, welche abwechselnd aufgeschichtete Grenz­ schichten und Muldenschichten aufweist, einer ersten obe­ ren Überzugsschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, ei­ ner zweiten oberen Überzugsschicht des zweiten Leitfähig­ keitstyps und einer ersten Kontaktschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps; Bilden einer ersten Isolierungsschicht auf einem Gebiet einschließlich eines Gebiets zur Bildung eines Laserlicht emittierenden Gebiets außerhalb eines Ge­ biets in der Umgebung der Resonatorfacetten auf der ersten Kontaktschicht; Durchführen eines ersten Entfernungspro­ zesses zum Entfernen von Teilen der ersten Kontaktschicht und der zweiten oberen Überzugsschicht auf dem Gebiet in der Umgebung der Laserresonatorfacetten unter Verwendung der ersten Isolierungsschicht als Maske; Durchführen einer Ionenimplantierung eines Verunreinigungsdotands einer Kon­ zentration, welche nicht den Leitfähigkeitstyp der zweiten oberen Überzugsschicht invertiert, von der Oberfläche der zweiten oberen Überzugsschicht bis zur aktiven Schicht der Quantenmuldenstruktur unter dem durch den ersten Entfer­ nungsprozeß bloßgelegten Gebiet; Versehen der aktiven Schicht der Quantenmuldenstruktur mit Störstellen durch Ausheizen in dem Gebiet, an welchem die Ionenimplantierung durchgeführt wird; erneutes Aufwachsen einer ersten Halb­ leiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, welche das­ selbe Material wie die zweite obere Überzugsschicht auf­ weist, auf dieselbe Höhe wie die zweite obere Überzugs­ schicht unter Verwendung der ersten Isolierungsschicht als Maske, so daß das durch den ersten Entfernungsprozeß bloß­ gelegte Gebiet vergraben wird; erneutes Aufwachsen einer zweiten Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, welche dasselbe Material wie die erste Kontaktschicht auf­ weist, auf dieselbe Höhe wie die erste Kontaktschicht un­ ter Verwendung der ersten Isolierungsschicht als Maske; Bilden - nach dem Entfernen der ersten Isolierungsschicht - einer streifenförmigen zweiten Isolierungsschicht einer Länge, welche die Laserresonatorfacetten erreicht, auf der ersten Kontaktschicht und auf der zweiten Halbleiter­ schicht einschließlich eines Gebiets auf dem Gebiet der ersten Kontaktschicht als Laseremittierungsgebiet; Durch­ führen eines zweiten Entfernungsprozesses zum Entfernen der ersten Kontaktschicht, der zweiten Halbleiterschicht, der zweiten oberen Überzugsschicht und der ersten Halblei­ terschicht, wodurch eine Kammstruktur gebildet wird; Bil­ den einer Stromblockierungsschicht des ersten Leitfähig­ keitstyps, deren Bandabstand größer als derjenige der zweiten oberen Überzugsschicht ist, auf der ersten oberen Überzugsschicht, welche durch den zweiten Entfernungspro­ zeß bloßgelegt ist, so daß die Kammstruktur vergraben wird; und Bilden - nach dem Entfernen der zweiten Isolie­ rungsschicht - einer zweiten Kontaktschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Kammstruktur und auf der Strom­ blockierungsschicht. Daher ist der Bandabstand in der Nähe der Laserresonatorfacette der aktiven Schicht Quantenmul­ denstruktur größer als derjenige in anderen Gebieten, wel­ che als Fensterstruktur dient, und in dem Gebiet, an wel­ chem die Fensterstruktur gebildet wird, wird eine Bre­ chungsindexverteilung in Querrichtung ebenso erzielt, La­ serlicht wird in Querrichtung unter der gesamten Kamm­ struktur zwischen den Laserresonatorfacetten begrenzt, und es gibt keinen Astigmatismus infolge der Anwesenheit bzw. Abwesenheit der Brechungsindexverteilung in Vertikalrich­ tung und Querrichtung.

Entsprechend einem vierten Aspekt der vorliegenden Er­ findung weist bei dem oben beschriebenen Halbleiterlaser das Halbleitersubstrat n-Typ GaAs auf; die untere Über­ zugsschicht weist n-Typ Al_xGa_1-xAs (0<x) auf; die aktive Schicht der Quantenmuldenstruktur weist Al_yGa_1-yAs-Grenz­ schichten (0<y) und Al_zGa_1-zAs-Muldenschichten (0<z<y) auf und besitzt einen effektiven Bandabstand, welcher kleiner als derjenige der unteren Überzugsschicht ist; die erste und zweite Überzugsschicht (4, 10) weisen P-Typ Al_wGa_1-wAs mit einem größeren effektiven Bandabstand als demjenigen der aktiven Schicht der Quantenmuldenstruktur auf; die er­ ste und zweite Kontaktschicht weisen p-Typ GaAs auf; die erste Halbleiterschicht weist n-Typ Al_wGa_1-wAs auf; die zweite Halbleiterschicht weist n-Typ GaAs auf; und die Stromblockierungsschicht weist n-Typ Al_vGa_1-vAs (v<w) auf. Daher wird eine Fensterstruktur in der Nähe der Laserreso­ natorfacette gebildet, und es wird in dem Gebiet, an wel­ chem die Fensterstruktur gebildet wird, eine Brechungsin­ dexverteilung in Querrichtung ebenso erzielt, und Laser­ licht wird in Querrichtung unter der gesamten Kammstruktur zwischen den Laserresonatorfacetten begrenzt, und es gibt keinen Astigmatismus infolge der Anwesenheit bzw. Abwesen­ heit der Brechungsindexverteilung in Vertikalrichtung und Querrichtung.

Entsprechend einem fünften Aspekt der vorliegenden Er­ findung enthält das oben beschriebene Verfahren zum Her­ stellen eines Halbleiterlasers die Schritte: epitaxiales Aufwachsen einer Ätzstoppschicht des zweiten Leitfähig­ keitstyps zwischen der ersten oberen Überzugsschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und der zweiten oberen Über­ zugsschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps; Durchführen des ersten Entfernungsprozesses durch selektives Ätzen der ersten Kontaktschicht und der zweiten oberen Überzugs­ schicht, bis die Ätzstoppschicht bloßgelegt ist, unter Verwendung der ersten Isolierungsschicht als Maske; und Durchführen des zweiten Entfernungsprozesses durch selek­ tives Ätzen der ersten Kontaktschicht, der zweiten Halb­ leiterschicht, der zweiten oberen Überzugsschicht und der ersten Halbleiterschicht, bis die Ätzstoppschicht bloßge­ legt ist. Daher wird das Ätzen mit einer großen Steuerbar­ keit und Leichtigkeit durchgeführt.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.

Fig. 1(a)-1(c) zeigen Diagramme, welche eine Struk­ tur eines Halbleiterlasers entsprechend einer ersten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.

Fig. 2(a)-2(g) zeigen Verfahrensdiagramme, welche ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlasers entspre­ chend der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung veranschaulichen.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, welches ein Hauptverfahren eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterlasers entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung veranschaulicht.

Fig. 4(a)-4(c) zeigen Diagramme, welche eine Struk­ tur eines Halbleiterlasers nach dem Stand der Technik ver­ anschaulichen.

Fig. 5(a)-5(d) zeigen Verfahrensdiagramme, welche ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlasers nach dem Stand der Technik veranschaulichen.

Fig. 1(a)-1(c) zeigen Diagramme, welche eine Struk­ tur eines Halbleiterlasers entsprechend einer ersten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Fig. 1(a) zeigt eine perspektivische Ansicht, welche einen vollständigen Halbleiterlaser veranschaulicht, Fig. 1(b) zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie 1b-1b von Fig. 1(a), d. h. eine Querschnittsansicht des Halbleiterla­ sers in Richtung der Resonatorlänge, Fig. 1(c) zeigt eine Querschnittsansicht entlang Linie 1c-1c von Fig. 1(a) d. h. eine Querschnittsansicht in Richtung der Resonatorbreite einschließlich eines Kammstrukturgebiets. Entsprechend der Figur bezeichnet Bezugszeichen 1 ein n-Typ GaAs-Halblei­ tersubstrat, Bezugszeichen 2 bezeichnet eine untere n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht einer Dicke von 1,5 bis 2 µm, und Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Quantenmuldenstruktur­ schicht, welche als aktive Schicht dient und eine (nicht dargestellte) Al_0,05Ga_0,95As-Muldenschicht und zwei (nicht dargestellte) Al_zGa_1-zAs-Grenzschichten mit einem Alumini­ umzusammensetzungsverhältnis z von 0,3 bis 0,35 aufweist. Die Quantenmuldenstrukturschicht 3 enthält Lichtführungs­ schichten einer Dicke von 0,2 bis 0,3 µm mit derselben Zu­ sammensetzung wie derjenigen der Grenzschicht an beiden Enden davon und eine Muldenschicht einer Dicke von etwa 80 µm und eine Grenzschicht einer Dicke von 50-80 µm, welche abwechselnd aufeinander geschichtet sind und drei Schich­ ten bilden, d. h. 2 Muldenschichten und eine Grenzschicht sind zwischen den Lichtführungsschichten aufgeschichtet. Bezugszeichen 4 bezeichnet eine erste obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht einer Dicke von 0,05 bis 0,5 µm, Bezugszeichen 5 bezeichnet eine p-Typ Al_0,7Ga_0,3As- Ätzstoppschicht einer Dicke von etwa 20 nm (200 Angström), Bezugszeichen 6 bezeichnet eine n-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Strom­ blockierungsschicht einer Dicke von 1,5 bis 2 µm, und Be­ zugszeichen 7 bezeichnet eine zweite p-Typ GaAs-Kontakt­ schicht einer Dicke von 2 bis 3 µm. Bezugszeichen 8 be­ zeichnet eine Elektrode mit p-Teil, Bezugszeichen 9 be­ zeichnet eine Elektrode mit n-Teil, Bezugszeichen 10 be­ zeichnet eine zweite obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugs­ schicht einer Dicke von 0,8 bis 1,3 µm, und Bezugszeichen 11 bezeichnet eine erste p-Typ GaAs-Kontaktschicht einer Dicke von etwa 0,7 µm. Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Kammstruktur. Die Kammstruktur 22 besitzt eine umgekehrt trapezförmige Konfiguration derart, daß die Länge in Rich­ tung der Resonatorbreite an der Seite der Elektrode 9 mit n-Teil etwa 4 µm und die Breite in Richtung der Resonator­ breite an der Seite der Elektrode 8 mit p-Teil etwa 5 bis 6 µm betragen. Der Rand der Kammstruktur 22 in Richtung der Resonatorlänge erreicht die Laserresonatorfacette, und das Gebiet außerhalb der Nähe der Laserresonatorfacette ent­ hält eine zweite obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 10 und eine p-Typ GaAs-Kontaktschicht 11, welche auf der zweiten oberen Überzugsschicht 10 gebildet ist, wobei die Nähe bzw. die Umgebung der Laserresonatorfacette eine er­ ste n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Vergrabungsschicht 10a, welche die­ selbe Zusammensetzung und einen entgegengesetzten Leitfä­ higkeitstyp wie die zweite obere p-Typ-Überzugsschicht 10 besitzt, und eine zweite n-Typ GaAs-Vergrabungsschicht 11a aufweist, welche dieselbe Zusammensetzung und einen entge­ gengesetzten Leitfähigkeitstyp wie die erste p-Typ-Kon­ taktschicht 11 besitzt, welche auf der Vergrabungsschicht 10a gebildet ist. Bezugszeichen 14 bezeichnet Teile der Quantenmuldenstrukturschicht 3, welche durch Ionenimplan­ tierung von Silizium (Si) mit Störstellen versehen ist. Der Halbleiterlaser dieser Ausführungsform besitzt die Länge in Resonatorrichtung von 300 bis 600 µm und die Brei­ te von etwa 300 µm.

Fig. 2(a)-2(d) zeigen Verfahrensdiagramme, welche das Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlasers für ei­ nen Laserchip veranschaulichen. Entsprechend der Figur be­ zeichnen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 dieselben oder entsprechende Teile. Bezugszeichen 20 bezeichnet eine erste Isolierungsschicht, Bezugszeichen 21 bezeichnet eine zweite Isolierungsschicht, Bezugszeichen 25 bezeichnet ei­ ne Ionenimplantierung von Si, Bezugszeichen 32 bezeichnet eine trapezförmige Struktur, deren Länge in Richtung der Resonatorbreite größer ist als diejenige der oben be­ schriebenen Kammstruktur und deren Länge in Richtung der Resonatorlänge dieselbe ist wie diejenige der oben be­ schriebenen zweiten oberen Überzugsschicht 10 und der er­ sten Kontaktschicht 11. Die Abstände zwischen einem Ende der trapezförmigen Struktur 32 an der Laserlicht emittie­ renden Facettenseite und der Laserlicht emittierenden Facette beträgt etwa 200 µm an beiden Seiten.

Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungs­ verfahrens gegeben. Zu Anfang läßt man eine n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 2, eine Quantenmuldenstruktur­ schicht 3, eine erste obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugs­ schicht 4, eine p-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Ätzstoppschicht 5, eine zweite obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 10 und eine erste p-Typ GaAs-Kontaktschicht 11 aufeinanderfolgend auf einem n-Typ GaAs-Halbleitersubstrat 1 epitaxial aufwach­ sen, wodurch eine Halbleiteraufschichtungsstruktur erzielt wird. Die perspektivische Ansicht der Hableiteraufschich­ tungsstruktur nach dem Aufwachsen ist in Fig. 2(a) darge­ stellt.

Danach wird eine Isolierungsschicht 20 wie Si₃N₄ oder SiO₂ auf der Halbleiteraufschichtungsstruktur 20 gebildet und in eine Streifenform derart strukturiert, daß sie in dem Fensterstrukturgebiet 31 unterbrochen ist. Die Breite der streifenförmigen Isolierungsschicht 20 wird größer ausgestaltet als diejenige der Kammstruktur 22, welche in dem darauffolgenden Prozeß gebildet wird. Die Isolierungs­ schicht 20 arbeitet als Ätzmaske. Eine perspektivische An­ sicht der Isolierungsschicht 20 nach der Strukturierung ist in Fig. 2(b) dargestellt.

Als nächstes wird das Ätzen unter Verwendung der Iso­ lierungsschicht als Maske durchgeführt. Bei dem Ätzprozeß werden lediglich die erste p-Typ GaAs-Kontaktschicht 11 und die zweite obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 10 geätzt, d. h. das Ätzen wird an der p-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Ätz­ stoppschicht 5 gestoppt, wodurch die trapezförmige Struk­ tur 32 gebildet wird. Die Ätzstoppschicht 5 besitzt die Funktion, daß das Ätzen gestoppt wird. Um ein selektives Ätzen durchzuführen, wird ein Ätzmittel verwendet, welches die erste p-Typ GaAs-Kontaktschicht 7 und die zweite obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 6, jedoch nicht die p- Typ Al_0,7Ga_0,3As-Ätzstoppschicht 5 ätzt. Es wird beispiels­ weise eine Mixtur von Weinsäure und Wasserstoffperoxid verwendet. Nach dem Ätzen wird eine Ionenimplantation 25 auf die Quantenmuldenstrukturschicht 3 durch das Gebiet wie in Fig. 2(c) dargestellt durchgeführt, welches durch das Ätzen entfernt ist. Um Störstellen zu bilden, wird für die Ionenimplantation Si verwendet. Als Ergebnis wird in der Quantenmuldenstrukturschicht 3 außerhalb einem Gebiet unter der ersten Kammstruktur 32 ein Gebiet gebildet, in welches Si-Ionen implantiert werden. Obwohl die Ionenim­ plantierung auf die gesamte Oberfläche der Halbleiterauf­ schichtungsstruktur durchgeführt wird, wird sie nicht auf die trapezförmige Struktur 32 durchgeführt, da die trapez­ förmige Struktur eine Isolierungsschicht darauf besitzt, wodurch ein Raum entsprechend der Dicke der Isolierungs­ schicht 20 zwischen der ersten Kontaktschicht 11 an der Oberfläche der trapezförmigen Struktur 32 und der Oberflä­ che der Isolierungsschicht 20 gebildet wird. Die Störstel­ len der Quantenmuldenstrukturschicht 3 entstehen nicht durch bloßes Durchführen der Ionenimplantierung, sie tre­ ten das erste Mal auf, wenn Si-Atome in den Kristall durch eine Hitzebehandlung diffundieren. Bezüglich der Hitzebe­ handlung ist ein Ausheizen üblich, welches bei einer Tem­ peratur oberhalb von 700°C während des Aufbringens eines As-Drucks auf den Wafer durchgeführt wird. Bei der Hitze­ behandlung diffundiert Si in die Quantenmuldenstruktur­ schicht 3, und es wird die Muldenschicht mit Störstellen versehen, wodurch das mit Si-Ionen injizierte Gebiet zu einem mit Störstellen versehenen Quantenmuldenstruktur­ schichtgebiet 14 wird. Da der effektive Bandabstand des mit Störstellen versehenen Gebiets 14 größer ist als der­ jenige der nicht mit Störstellen versehenen Quanten­ muldenstrukturschicht 3, welche unter der trapezförmigen Struktur 33 positioniert ist, wird die Umgebung der Laser­ resonatorfacette des mit Störstellen versehenen Quanten­ muldenstrukturschichtgebiets 14 das Fensterstrukturgebiet 31, welches als die Fensterstruktur für das Laserlicht ar­ beitet. Da bei dieser Ausführungsform der Abstand von der Oberfläche der Halbleiteraufschichtungsstruktur zu der Quantenmuldenstrukturschicht 3 in dem Gebiet außerhalb der trapezförmigen Struktur 32, mit anderen Worten, die Dicke der oberen ersten p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 4, 0,05 bis 0,5 µm wie oben beschrieben beträgt, beträgt die Be­ schleunigungsspannung während der Ionenimplantierung 60 bis 600 keV. Die Bedingung zur Ionenimplantierung ist der­ art bestimmt, daß der Leitfähigkeitstyp der ersten oberen Überzugsschicht 4 durch die Ionenimplantierung nicht in­ vertiert wird.

Danach läßt man unter Verwendung der Isolierungs­ schicht 20 als selektive Aufwachsmaske eine erste n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Vergrabungsschicht 10a und eine zweite n-Typ GaAs-Vergrabungsschicht 11a auf dieselbe Höhe wie die zweite obere p-Typ Überzugsschicht 10 bzw. die erste p-Typ Kontaktschicht 11 aufwachsen. Fig. 2(d) zeigt eine per­ spektivische Ansicht nach dem Vergrabungsaufwachsen. Nach dem selektiven Aufwachsen wird die erste Isolierungs­ schicht 20 entfernt. Als Entfernungsverfahren wird ein Naßätzen unter Verwendung eines Ätzmittels auf der Grund­ lage von Fluorwasserstoffsäure oder ein Trockenätzen unter Verwendung von CF₄-Gas verwendet.

Eine zweite Isolierungsschicht 21 wird wiederum an der gesamten Halbleiteraufschichtungsstruktur gebildet und in eine Streifenform einer Breite von 5 bis 6 µm strukturiert. Als Substanz der Isolierungsschicht 21 wird Si₃N₄ oder SiO₂ verwendet. Der Streifen der zweiten Isolierungs­ schicht 21 erstreckt sich über die erste Kontaktschicht 11 bis zu der Laserresonatorfacette. Die Isolierungsschicht 21 arbeitet als Maske zum darauffolgenden Kammätzen. Fig. 2(e) stellt eine perspektivische Ansicht nach der Struktu­ rierung der Isolierungsschicht 21 dar.

Eine zweite Kammstruktur 22 wird durch Durchführen ei­ nes selektiven Ätzens wiederum unter Verwendung der Iso­ lierungsschicht 21 als Maske gebildet. Bei diesem Ätzen werden zur Bildung der oben beschriebenen trapezförmigen Struktur 32 die erste Kontaktschicht 10, die zweite obere Überzugsschicht 11, die erste n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Vergra­ bungsschicht 10a und die zweite n-Typ GaAs-Vergrabungs­ schicht 10b geätzt, und es wird das Ätzen an der p-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Ätzstoppschicht 5 gestoppt. Somit arbeitet die Ätzstoppschicht 5 zweimal als Ätzstoppschicht. Fig. 2(f) zeigt eine perspektivische Ansicht nach dem Ätzen.

Das selektive Aufwachsen wird wiederum unter Verwen­ dung der zweiten Isolierungsschicht 21 als Maske durchge­ führt, und es wird eine n-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Stromblockie­ rungsschicht 6 gebildet, um die Kammstruktur 22 wie in Fig. 2(g) dargestellt zu vergraben. Das Kristallaufwachsen wird nicht auf der Kammstruktur 22 durchgeführt, da die zweite Isolierungsschicht 21 als Maske während des Kri­ stallaufwachsens arbeitet.

Schließlich wird nach dem Entfernen der zweiten Iso­ lierungsschicht durch Trocken- oder Naßätzen eine zweite p-Typ GaAs-Kontaktschicht 11 durch Kristallaufwachsen ge­ bildet, und es wird eine Elektrode 13 mit n-Teil auf dem n-Typ GaAs-Halbleitersubstrat 1 gebildet, und es wird eine Elektrode 12 mit p-Teil auf der zweiten p-Typ GaAs-Kon­ taktschicht 11 gebildet, wodurch der Halbleiterlaser er­ zielt wird, welcher eine Fensterstruktur wie in Fig. 1(a) dargestellt besitzt.

Im folgenden wird der Betrieb beschrieben. Bei dem Halbleiterlaser 16 mit der in Fig. 1(a) dargestellten Kammstruktur sind in dem Gebiet, in welchem die n-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Stromblockierungsschicht 6 vorhanden ist, d. h. in einem Gebiet außerhalb dem Gebiet, in welchem die streifenförmige Kammstruktur 22 gebildet ist, pnp-Über­ gänge zwischen der ersten oberen p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Über­ zugsschicht 4, der n-Typ Stromblockierungsschicht 6 und der zweiten p-Typ GaAs-Kontaktschicht 7 gebildet. Daher ist sogar dann, wenn eine Spannung derart angelegt wird, daß die Elektrode mit p-Teil positiv wird, einer der oben beschriebenen pnp-Übergänge umgekehrt vorgespannt, so daß kein Strom fließt. Mit anderen Worten, die n-Typ Strom­ blockierungsschicht 6 führt eine Funktion des Strom­ blockierens durch. In der Nähe der Laserresonatorfacette der Kammstruktur 22 sind pnp-Übergänge zwischen der ersten oberen p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 4, der zweiten n- Typ GaAs-Vergrabungsschicht 11a und der ersten n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Vergrabungsschicht 10a und der zweiten p-Typ GaAs-Kontaktschicht 7 gebildet. Wenn eine Spannung derart angelegt wird, daß die Elektrode 8 mit p-Teil positiv und die Elektrode 9 mit n-Teil negativ wird, werden dement­ sprechend Löcher von der Elektrode 8 mit p-Teil in die Quantenmuldenstrukturschicht 3, welche unter der Kamm­ struktur 22 gebildet ist, durch die erste p-Typ Kontakt­ schicht 11, die zweite obere p-Typ Überzugsschicht 10 und die erste obere p-Typ Überzugsschicht 6 injiziert, welche das Gebiet außerhalb der Umgebung der Resonatorfacette der Kammstruktur 22 darstellen, und es werden Elektronen von der Elektrode 9 mit n-Teil in die unter der Kammstruktur 22 gebildete Quantenmuldenstrukturschicht 3 durch das n- Typ GaAs-Halbleitersubstrat 1 und die untere n-Typ AlGaAs- Überzugsschicht 2 injiziert, wodurch die Rekombinierung von Elektronen und Löchern in der Quantenmuldenstruktur­ schicht 3 unter der zweiten oberen p-Typ Überzugsschicht 10 in der Kammstruktur 22 auftritt, wodurch eine indu­ zierte Lichtemission gebildet wird. Wenn die Injizierungs­ größe von Ladungsträgern hinreichend groß ist, so daß Licht erzeugt wird, welches den Verlust der Wellenführung übersteigt, tritt Laseroszillation auf. Somit dient das Gebiet unterhalb der zweiten oberen p-Typ Überzugsschicht 10 als Lichtemissionsgebiet 30 des Halbleiterlasers.

Da bei dem Halbleiterlaser entsprechend der ersten Ausführungsform die mit Störstellen versehenen Quantenmul­ denstrukturschicht in der Nähe der Laserresonatorfacette einen größeren Bandabstand als die Quantenmuldenstruktur 3 in dem Lichtemissionsgebiet besitzt, wird Laserlicht nicht in dem Gebiet der mit Störstellen versehenen Quantenmul­ denstrukturschicht 14 in der Nähe der Laserresonatorfacet­ te absorbiert, wodurch das Gebiet als Fensterstruktur ar­ beitet. Dadurch wird die Zerstörung der Facette infolge der Absorbtion von Laserlicht vermieden, wodurch sich ein Halbleiterlaser hoher Zuverlässigkeit ergibt, welcher für eine praktische Verwendung hinreichend geeignet ist, sogar wenn der Lichtaus gang 2 bis 3 mal so groß wie bei einem herkömmlichen Halbleiterlaser ohne Fensterstruktur ist.

Bei diesem Halbleiterlaser enthält in Vertikalrich­ tung, d. h. in Richtung senkrecht zu der Aufwachsoberfläche des Halbleitersubstrats 1, die Quantenmuldenstruktur­ schicht 3, welche unter der Kammstruktur 22 positioniert ist, das Lichtemissionsgebiet 30, das von der zweiten obe­ ren p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 10 und der unteren n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 2 umgeben ist, und das Fensterstrukturgebiet 31, welches von der ersten n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Vergrabungsschicht 10a und der unteren n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 2 umgeben ist, und beide Ge­ biete sind von den Halbleiterschichten, welche einen gro­ ßen Bandabstand besitzen, an den oberen und unteren Seiten davon umgeben. Daher wird eine Brechungsindexverteilung in Vertikalrichtung des Halbleiterlasers 16 gebildet, und das Laserlicht wird in Vertikalrichtung in der Nähe der Quan­ tenmuldenstrukturschicht 3 begrenzt und ohne Verbreiterung entlang der Quantenmuldenstrukturschicht 3 geführt und von der Laserresonatorfacette emittiert.

In Querrichtung, d. h. in Richtung der Resonatorbreite des Halbleiterlasers 16, ist in dem oben beschriebenen Lichtemissionsgebiet 30 die n-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Strom­ blockierungsschicht 6, welche einen größeren Bandabstand als die zweite obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Überzugsschicht 10 besitzt, welche die Kammstruktur 22 darstellt, in den Ge­ bieten an beiden Seiten der Kammstruktur 22 in Richtung der Resonatorbreite gebildet, so daß die Brechungsindex­ verteilung über der Quantenmuldenstruktur 3 unter und an beiden Seiten der Kammstruktur 20 gebildet ist. Daher ist das Laserlicht, welches in der Quantenmuldenstruktur­ schicht 3 unter der Kammstruktur 22 erzeugt ist, innerhalb eines Gebiets unter der Kammstruktur 22 infolge der Bre­ chungsindexdifferenz zwischen der zweiten oberen Überzugs­ schicht 10 und der Stromblockierungsschicht 6 begrenzt, und es wird das Laserlicht ohne Verbreiterung entlang der Kammstruktur 22 geführt. Demgegenüber ist in dem Gebiet, welches durch die erste n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Vergrabungs­ schicht 10a der Kammstruktur 22 gebildet ist, d. h. dem Fensterstrukturgebiet 31, die n-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Strom­ blockierungsschicht 6, welche einen größeren Bandabstand als die erste n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Vergrabungsschicht be­ sitzt, welche die Kammstruktur 22 darstellt, in den Gebie­ ten an beiden Seiten der Richtung der Resonatorbreite der Kammstruktur 22 gebildet, so daß die Brechungsindexvertei­ lung über der Quantenmuldenstrukturschicht 3 unter und an beiden Seiten der Kammstruktur 22 erzeugt ist. Daher ist das in dem Lichtemissionsgebiet 30 erzeugte Licht inner­ halb des Gebiets unterhalb der Kammstruktur 22 ebenso in dem Fensterstrukturgebiet 31 begrenzt, und das Licht wird ohne Verbreiterung entlang der Kammstruktur 22 geführt und von der Laserresonatorfacette emittiert. Da bei dem Halb­ leiterlaser nach dem Stand der Technik der Astigmatismus sowohl in Vertikalrichtung als auch in Querrichtung vor­ handen ist, wird Laserlicht emittiert, welches breiter als die Laserresonatorfacette in Vertikalrichtung ist, und das Licht wird geführt und emittiert, wobei es breiter als das Fensterstrukturgebiet in Querrichtung ist, so daß es un­ möglich ist, den Strahlungsdurchmesser klein zu machen. Da bei dieser Ausführungsform jedoch ein derartiger Astigma­ tismus nicht vorhanden ist, wird das Laserlicht ohne Ver­ breiterung sowohl in Vertikalrichtung als auch in Quer­ richtung innerhalb des Halbleiterlasers geführt und von der Laserresonatorfacette emittiert, so daß der Brennpunkt des Laserlichts sowohl in Vertikalrichtung als auch in Querrichtung eingestellt und der Lichtquerschnitt klein gehalten werden kann.

Da die Kammstrukturen 22 auf dem Lichtemissionsgebiet 30 und dem Fensterstrukturgebiet 31 Materialien mit dem­ selben Bandabstand aufweisen können, beeinträchtigen dar­ über hinaus die Kammstrukturen nicht die Lasercharakteri­ stik.

Entsprechend der ersten Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung ist die Quantenmuldenstrukturschicht 3, wel­ che als aktive Schicht dient und in der Nähe der Laserre­ sonatorfacette angeordnet ist, mit Störstellen versehen, und es ist die Kammstruktur 22, welche die erste n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Vergrabungsschicht 10a und die zweite n-Typ GaAs-Vergrabungsschicht 11a in der Nähe der Laserresona­ torfacette und die zweite obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Über­ zugsschicht 10 und die erste p-Typ GaAs-Kontaktschicht 11 in den anderen Regionen aufweist, vorgesehen, und die Kammstruktur 22 ist mit der n-Typ Al_0,7Ga_0,3As-Strom­ blockierungsschicht 6 vergraben, welche einen größeren Bandabstand als die erste n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Vergrabungs­ schicht 10a und die zweite obere p-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Über­ zugsschicht 10 besitzt. Daher ist der Bandabstand der Quantenmuldenstruktur in der Nähe der Laserresonatorfacet­ te größer als derjenige in dem Laseremissionsgebiet, wo­ durch eine Fensterstruktur gebildet ist. Darüber hinaus gibt es keinen Astigmatismus infolge der Anwesenheit bzw. Abwesenheit der Brechungsindexverteilung in Vertikal- und Querrichtung des Lasers. Als Ergebnis ist ein Halbleiter­ laser realisiert, welcher eine Fensterstruktur aufweist und einen kleinen Lichtquerschnitt vorsieht.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche ei­ nen Hauptverfahrensschritt bei einem Verfahren zum Her­ stellen eines Halbleiterlasers entsprechend einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschau­ licht. In der Figur bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 2 dieselben oder entsprechende Teile. Bezugszei­ chen 42 bezeichnet eine Isolierungsschicht.

Bei dieser zweiten Ausführungsform wie in Fig. 3 dar­ gestellt wird anstelle des Bildens der trapezförmigen Struktur bei dem Verfahren zum Herstellen eines bezüglich der ersten Ausführungsform beschriebenen Halbleiterlasers eine Halbleiteraufschichtungsstruktur selektiv geätzt, bis die Ätzstoppschicht 5 bloßgelegt ist, unter Verwendung ei­ ner Isolierungsschicht 42, welche eine Öffnung in der Nähe der Laserresonatorfacette besitzt, als Maske, und es wird eine Si-Ionenimplantierung 25 auf ein durch das Ätzen bloßgelegtes Gebiet durchgeführt, wodurch die Quantenmul­ denstrukturschicht mit Störstellen versehen wird. Daher werden die erste n-Typ Al_0,5Ga_0,5As-Vergrabungsschicht 10a und die zweite n-Typ GaAs-Vergrabungsschicht 11a auf dem durch das Ätzen bloßgelegten Gebiet gebildet, und darauf­ folgend werden dieselben Verfahrensschritte wie in Fig. 2(e)-2(g) dargestellt durchgeführt. Es wird ebenso bei dieser zweiten Ausführungsform derselbe Effekt wie bei der ersten Ausführungsform erzielt.

Während ein n-Typ Substrat als Halbleitersubstrat bei der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet wird, kann ein p-Typ Substrat ebenso bei der vorliegenden Erfin­ dung mit denselben Effekten wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.

Während eine Quantenmuldenstrukturschicht, welche eine aus drei Schichten bestehende Struktur aufweist, als Quan­ tenmuldenstrukturschicht verwendet wird, welche als aktive Schicht bei der ersten und der zweiten Ausführungsform dient, können bei der vorliegenden Erfindung ebenso andere Quantenmuldenschichten wie eine Vielfachquantenmulden­ strukturschicht mit denselben Effekten wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden.

Während AlGaAs-Serien-Material für den Halbleiterlaser bei der ersten und zweiten Ausführungsform verwendet wird, kann bei der vorliegenden Erfindung ebenso InP-Serien-Ma­ terial oder dergleichen für den Halbleiterlaser mit den gleichen Effekten wie bei den oben beschriebenen Ausfüh­ rungsformen verwendet werden.

Claims (5)

1. Halbleiterlaser (Fig. 1), mit:
einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitfähig­ keitstyps;
einer unteren Überzugsschicht (2) des ersten Leitfä­ higkeitstyps, welche auf dem Halbleitersubstrat (1) des er­ sten Leitfähigkeitstyps angeordnet ist;
einer aktiven Schicht (3) einer Quantenmuldenstruktur, welche abwechselnd aufgeschichtete Grenzschichten und Mul­ denschichten aufweist, die auf der unteren Überzugsschicht (2) angeordnet sind;
einem mit Störstellen versehenen Gebiet, welches in der aktiven Schicht (3) der Quantenmuldenstruktur in der Umgebung der Laserresonatorfacetten durch Einführen von Verunreinigungen gebildet ist;
einer ersten oberen Überzugsschicht (4) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welche auf der aktiven Schicht (3) der Quantenmuldenstruktur angeordnet ist;
einer Kammstruktur (22), welche auf der ersten Über­ zugsschicht (4) angeordnet ist und sich in Richtung der Re­ sonatorlänge mit einer Länge erstreckt, welche die Resona­ torfacetten erreicht, wobei die Kammstruktur ein erstes Ge­ biet außerhalb der Umgebung der Laserresonatorfacetten, welches eine zweite obere Überzugsschicht (10) des zweiten Leitfähigkeitstyps und eine erste Kontaktschicht (11) des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, welche auf der zweiten oberen Überzugsschicht (10) angeordnet sind, und ein zwei­ tes Gebiet in der Umgebung der Laserresonatorfacetten ent­ hält, welches die erste Halbleiterschicht des ersten Leit­ fähigkeitstyps, welche dasselbe Material und Höhe wie die zweite obere Überzugsschicht (10) besitzt, und die zweite Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, welche dasselbe Material wie die erste Kontaktschicht (11) besitzt, welche auf der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind;
einer Stromblockierungsschicht (6) des ersten Leitfä­ higkeitstyps, welche einen Bandabstand größer als derjenige der zweiten oberen Überzugsschicht (10) besitzt und auf der ersten oberen Überzugsschicht (4) angeordnet ist, um die Kammstruktur (22) zu vergraben; und
einer zweiten Kontaktschicht (7) des zweiten Leitfä­ higkeitstyps, welche auf der zweiten Stromblockierungs­ schicht (6) und der Kammstruktur (22) angeordnet ist.

2. Halbleiterlaser (Fig. 1) nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß
das Halbleitersubstrat (1) n-Typ GaAs aufweist;
die untere Überzugsschicht (2) n-Typ Al_xGa_1-xAs (0<x) aufweist;
die aktive Schicht (3) der Quantenmuldenstruktur Al_yGa_1-yAs-Grenzschichten (O<y) und Al_zGa_1-zAs-Muldenschich­ ten (0z<y) aufweist und einen effektiven Bandabstand be­ sitzt, welcher kleiner als derjenige der unteren Überzugs­ schicht (2) ist;
die erste und zweite obere Überzugsschicht (4, 10) p- Typ Al_wGa_1-wAs aufweist, welche einen kleineren effektiven Bandabstand als die aktive Schicht (3) der Quantenmulden­ struktur besitzen;
die erste und zweite Kontaktschicht (11, 7) p-Typ GaAs aufweisen;
die erste Halbleiterschicht n-Typ Al_wGa_1-wAs aufweist;
die erste Halbleiterschicht n-Typ GaAs aufweist; und
die Stromblockierungsschicht (6) n-Typ Al_vGa_1-vAs (v<w) aufweist.

3. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers (Fig. 2), mit den Schritten:
aufeinanderfolgendes epitaxiales Aufwachsen auf einem Substrat (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps einer unteren Überzugsschicht (2) des ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht (3) einer Quantenmuldenstrukturschicht, welche abwechselnd aufgeschichtete Grenzschichten und Mul­ denschichten aufweist, einer ersten oberen Überzugsschicht (4) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten oberen Überzugsschicht (10) des zweiten Leitfähigkeitstyps und ei­ ner ersten Kontaktschicht (11) des zweiten Leitfähig­ keitstyps;
Bilden einer ersten Isolierungsschicht (20) auf einem Gebiet einschließlich eines Gebiets zur Bildung eines La­ serlicht emittierenden Gebiets außerhalb eines Gebiets in der Umgebung der Resonatorfacetten auf der ersten Kontakt­ schicht (11);
Durchführen eines ersten Entfernungsprozesses zum Ent­ fernen von Teilen der ersten Kontaktschicht (11) und der zweiten oberen Überzugsschicht (10) auf dem Gebiet in der Umgebung der Laserresonatorfacetten unter Verwendung der ersten Isolierungsschicht (20) als Maske;
Durchführen einer Ionenimplantierung (25) eines Verun­ reinigungsdotands einer Konzentration, welche nicht den Leitfähigkeitstyp der zweiten oberen Überzugsschicht (10) invertiert, von der Oberfläche der zweiten oberen Überzugs­ schicht (10) bis zur aktiven Schicht (3) der Quantenmulden­ struktur unter dem durch den ersten Entfernungsprozeß bloß­ gelegten Gebiet;
Versehen der aktiven Schicht (3) der Quantenmulden­ struktur mit Störstellen durch Ausheizen in dem Gebiet, an welchem die Ionenimplantierung (25) durchgeführt wird; erneutes Aufwachsen einer ersten Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, welche dasselbe Material wie die zweite obere Überzugsschicht (10) aufweist, auf dieselbe Höhe wie die zweite obere Überzugsschicht (10) unter Ver­ wendung der ersten Isolierungsschicht (20) als Maske, so daß das durch den ersten Entfernungsprozeß bloßgelegte Ge­ biet vergraben wird;
erneutes Aufwachsen einer zweiten Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, welche dasselbe Material wie die erste Kontaktschicht (11) aufweist, auf dieselbe Höhe wie die erste Kontaktschicht (11) unter Verwendung der ersten Isolierungsschicht (20) als Maske,
Bilden - nach dem Entfernen der ersten Isolierungs­ schicht (20) - einer streifenförmigen zweiten Isolierungs­ schicht (21) einer Länge, welche die Laserresonatorfacetten erreicht, auf der ersten Kontaktschicht (11) und auf der zweiten Halbleiterschicht einschließlich eines Gebiets auf dem Gebiet der ersten Kontaktschicht (11) als Laseremittie­ rungsgebiet;
Durchführen eines zweiten Entfernungsprozesses zum Ent­ fernen der ersten Kontaktschicht (11), der zweiten Halblei­ terschicht, der zweiten oberen Überzugsschicht (10) und der ersten Halbleiterschicht, wodurch eine Kammstruktur (22) gebildet wird;
Bilden einer Stromblockierungsschicht (6) des ersten Leitfähigkeitstyps, deren Bandabstand größer als derjenige der zweiten oberen Überzugsschicht (10) ist, auf der ersten oberen Überzugsschicht (4), welche durch den zweiten Ent­ fernungsprozeß bloßgelegt ist, so daß die Kammstruktur (22) vergraben wird; und
Bilden - nach dem Entfernen der zweiten Isolierungs­ schicht (21) - einer zweiten Kontaktschicht (7) des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Kammstruktur (22) und auf der Stromblockierungsschicht (6).

4. Halbleiterlasers (Fig. 2) nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß
das Halbleitersubstrat (1) n-Typ GaAs aufweist;
die untere Überzugsschicht (2) n-Typ Al_xGa_1-xAs (0<x) aufweist;
die aktive Schicht (3) der Quantenmuldenstruktur Al_yGa_1-yAs-Grenzschichten (0<y) und Al_zGa_1-zAs-Muldenschich­ ten (0<z<y) aufweist und einen effektiven Bandabstand be­ sitzt, welcher kleiner als derjenige der unteren Überzugs­ schicht (2) ist;
die erste und zweite Überzugsschicht (4, 10) p-Typ Al­ _wGa_1-wAs mit einem größeren effektiven Bandabstand als dem­ jenigen der aktiven Schicht (3) der Quantenmuldenstruktur aufweisen;
die erste und zweite Kontaktschicht (11, 7) p-Typ GaAs aufweisen;
die erste Halbleiterschicht n-Typ Al_wGa_1-wAs aufweist;
die zweite Halbleiterschicht n-Typ GaAs aufweist; und
die Stromblockierungsschicht (6) n-Typ Al_vGa_1-vAs (v<w) aufweist.

5. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers (Fig. 2) nach Anspruch 3, des weiteren gekennzeichnet durch die Schritte:
epitaxiales Aufwachsen einer Ätzstoppschicht (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten oberen Über­ zugsschicht (4) des zweiten Leitfähigkeitstyps und der zweiten oberen Überzugsschicht (10) des zweiten Leitfähig­ keitstyps;
Durchführen des ersten Entfernungsprozesses durch se­ lektives Ätzen der ersten Kontaktschicht (11) und der zwei­ ten oberen Überzugsschicht (10), bis die Ätzstoppschicht (5) bloßgelegt ist, unter Verwendung der ersten Isolie­ rungsschicht (20) als Maske; und
Durchführen des zweiten Entfernungsprozesses durch se­ lektives Ätzen der ersten Kontaktschicht (11), der zweiten Halbleiterschicht, der zweiten oberen Überzugsschicht (10) und der ersten Halbleiterschicht, bis die Ätzstoppschicht (5) bloßgelegt ist.