DE19615193A1

DE19615193A1 - Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE19615193A1
Application number: DE19615193A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Nagai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 1997-01-16
Also published as: FR2736474A1; JP3725582B2; US5764669A; JPH0923037A; FR2736474B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halb leiterlaservorrichtung sowie ein Verfahren zu deren Her stellung und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaservorrichtung, die in der Nähe der La serfacette eine Fensterstruktur aufweist und eine hohe Aus gangsleistung ermöglicht, sowie eine dadurch hergestellte Halbleiterlaservorrichtung.

Die Fig. 5(a) ist eine perspektivische Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung, Fig. 5(b) ist eine Schnittan sicht entlang der Linie 5b-5b gemäß Fig. 5(a), d. h. in Re sonatorlängsrichtung der Halbleiterlaservorrichtung, und Fig. 5(c) zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie 5c- 5c, d. h. in einer zur Resonatorlängsrichtung der Halblei terlaservorrichtung senkrechten Richtung. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein n-GaAs-Substrat. Auf dem n-GaAs-Substrat 1 liegt eine 1,5 bis 2 µm dicke n-Al_xGa_1-x As (x=0,5) untere Hüllschicht 2. Auf der unteren n-Hüll schicht 2 ist eine aktive Schicht 3 mit Quantenquellaufbau (quantum-well structure) ausgebildet, die aus einer Vielzahl von (nicht dargestellten) Al_yGa_1-yAs (y=0,05 bis 0,15) Quellschichten (well-layers) und aus Al_zGa_1-zAs- Barrierenschichten besteht, die eine (nicht dargestellte) Aluminiumzusammensetzung z von 0,2 bis 0,35 aufweisen. Diese aktive Schicht 3 mit Quantenquellaufbau besitzt (nicht dargestellte) Lichtführungsschichten mit der gleichen Zusammensetzung wie die Barriereschicht und einer Dicke von circa 35 nm an ihren beiden Enden. Sie besteht aus drei Quellschichten von circa 10 nm Dicke und zwei Bar rierenschichten von circa 10 nm Dicke, welche abwechselnd übereinander geschichtet sind. Das Bezugszeichen 4a be zeichnet eine 0,05 bis 0,5 µm dicke p-Al_rGa_1-rAs (r=0,5) erste obere Hüllschicht, während das Bezugszeichen 4b eine p-Al_rGa_1-rAs (r=0,5) zweite obere Hüllschicht bezeichnet.

Die Gesamtdicke der ersten oberen Hüllschicht 4a und 4b be trägt circa 1,5 bis 2 µm. Auf der zweiten oberen Hüll schicht 4b ist eine 0,5 bis 1,0 µm dicke p-GaAs-Kontakt schicht 5 ausgebildet.

Das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Protonenimplanta tionsbereich, Bezugszeichen 9 eine n-Seitenelektrode und Bezugszeichen 10 bezeichnet eine p-Seitenelektrode. Mit 15 ist ein Silizium(Si)-Diffusionsbereich bezeichnet, der durch Ionenimplantation ausgebildet und anschließend ausge heilt wurde, während mit 20 eine Laserresonatorfacette be zeichnet wird. Das Bezugszeichen 3a bezeichnet einen akti ven Bereich der aktiven Schicht 3, der einen Beitrag zur Laseremission leistet, und das Bezugszeichen 3b bezeichnet eine Fensteraufbaubereich, der in der Nähe der Laserresona torfacette ausgebildet ist. Diese Halbleiterlaservorrich tung besitzt eine Länge in Richtung des Laserresonators von 300 bis 600 µm und eine Breite von circa 300 µm.

Die Fig. 6(a) bis 6(e) sind Darstellungen, welche die Verarbeitungsschritte für das Herstellungsverfahren von Halbleiterlaservorrichtungen gemäß dem Stand der Technik zeigen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder entsprechende Teile der Fig. 5(a) bis 5(c). Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen streifenförmi gen ersten Fotoresist, das Bezugszeichen 14 einen zweiten Fotoresist und die Pfeile 23 deuten auf die Protonen-Im plantation hin.

Nachfolgend wird anhand der Fig. 6(a) bis 6(e) eine Beschreibung des Herstellungsverfahrens der Halbleiterla servorrichtung gegeben.

Eine untere Hüllschicht 2, eine aktive Schicht 3 mit Quantenquellaufbau und eine erste obere Hüllschicht 4a wer den nacheinander epitaktisch auf einem n-GaAs-Substrat 1 in einem Wafer Zustand aufgeschichtet bzw. durch Aufwachsen erzeugt. Der Querschnitt des Wafers nach dem Aufwachsen ist in Fig. 6(a) dargestellt. Als nächstes wird ein Fotoresist auf die Oberfläche der Kontaktschicht 5 gebracht und ein streifenförmiger erster Fotoresist 11 ausgebildet, der sich in der zukünftigen Laserresonatorlängsrichtung erstreckt, jedoch die Stelle, an der die Laserresonatorfacette ent steht nicht erreicht. Das Intervall zwischen dem Fotoresist 11 und der Stelle an der die Resonatorfacette der Halblei terlaservorrichtung entsteht beträgt circa 20 µm, während die Länge des streifenförmigen Fotoresists in der Richtung senkrecht zur Laserresonatorlängsrichtung 1,5 bis 5 µm be trägt.

Anschließend wird von der oberen Oberfläche der ersten oberen Hüllschicht 4a unter Verwendung des Fotoresists 11 als Maske eine Ionenimplantation von Si bis kurz vor die aktive Schicht 3 durchgeführt und anschließend der Fotore sist 11 entfernt. Daraufhin wird der Betrag für die Si-Do sis in dem Bereich, in dem Si-Ionen implantiert werden sol len auf 1 × 10¹³ bis 1 × 10¹⁴ cm^-2 eingestellt. In dem Be reich unterhalb des Fotoresists 11 dient der Fotoresist 11 als Maske und verhindert die Ionenimplantation, weshalb kein Si-Ionenimplantationsbereich ausgebildet wird. Nach dem Entfernen des Fotoresists 11 erfolgt thermische Aushei lung, wodurch die aktive Schicht 3 gestört wird. Dies ge schieht deshalb, weil nur durch die Ionenimplantation keine Störung der aktiven Schicht 3 erfolgt, jedoch mit einem be liebigen thermischen Verfahren die Si-Atome in den Kristall diffundieren. Üblicherweise wird für dieses thermische Ver fahren ein Verfahren verwendet, bei dem der Wafer bei einer Temperatur von circa 700° Celsius in einer Umgebung mit As- Druck ausgeheilt wird. Aufgrund dieser Ausheilung wird der Si-diffundierte Bereich 15 wie in Fig. 6(c) dargestellt ausgebildet, wodurch die aktive Schicht 3 mit Quantenquel laufbau in diesem Bereich 15 gestört bzw. umverteilt wird. Ein Bereich in der Nähe der Laserresonatorfacette der ge störten bzw. umverteilten aktiven Schicht 3 mit Quanten quellaufbau wird zu einem Fensterstrukturbereich 3b, der als Fensterstruktur dient. Der nicht gestörte bzw. nicht umverteilte Bereich wird zum aktiven Bereich 3a.

Als nächstes wird im Schritt gemäß Fig. 6(d) nachdem die zweite obere Hüllschicht 4b und die Kontaktschicht 5 nacheinander epitaktisch auf der ersten oberen Hüllschicht 4a ausgebildet wurden die obere Oberfläche der Kontakt schicht 5 mittels des Fotoresists bedeckt und mittels eines fotolithografischen Verfahrens ein Muster ausgebildet. Im Schritt gemäß Fig. 6(e) wird in einem Bereich, an dem der streifenförmige erste Fotoresist ausgebildet wird ein streifenförmiger zweiter Fotoresist 14 ausgebildet, der sich in Richtung des Laserresonators erstreckt und in etwa die gleiche Größe wie der erste Fotoresist 11 aufweist. Daraufhin wird von der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 5 unter Verwendung des Resists 14 als Maske eine Protonen- Implantation durchgeführt, so daß sich die Implantations spitze in der zweiten oberen Hüllschicht 4b befindet. An den Stellen an denen die Protonen-Implantation durchgeführt wird, wird dadurch ein Bereich 8 in der Kontaktschicht 5 und der zweiten oberen Hüllschicht 4b ausgebildet, wobei dieser Bereich 8 mit seinem hohen Widerstand als Strom sperrschicht dient.

Nach Entfernen des Resists 14 wird als letztes eine p- Seitenelektrode 10 auf der Kontaktschicht 5 sowie eine n- Seitenelektrode 9 auf dem Substrat 1 ausgebildet und eine Laserresonatorfacette 20 durch Spaltung ausgebildet, wo durch man eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer Fen sterstruktur erhält, wie sie in den Fig. 5(a) bis 5(c) dargestellt ist.

Nachfolgend erfolgt die Beschreibung der Arbeitsweise der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem Stand der Technik. Beim Anlegen einer positiven Spannung an die p-Seitenelek trode 10 und einer negativen Spannung an die n-Seitenelektrode 9 werden Löcher in die aktive Schicht 3 mit Quanten quellaufbau durch die p-Kontaktschicht 5, die zweite obere p-Hüllschicht 4b und die erste obere p-Hüllschicht 4a inji ziert, während über das n-Halbleitersubstrat 1 und die n- AlGaAs-Hüllschicht 2 Elektronen in die aktive Schicht 3 mit Quantenquellaufbau injiziert werden, wodurch eine Rekombi nation der Elektronen und der Löcher im aktiven Bereich der aktiven Schicht 3 auftritt und dadurch im aktiven Bereich 3a der aktiven Schicht 3 mit Quantenquellaufbau induziertes Emissionslicht erzeugt wird. Sobald das die Dämpfung des Wellenleiters überwindende Licht durch ausreichende Erhö hung des Betrags der injizierten Trägeranzahl erzeugt wird tritt Laseroszillation auf. Da der Bereich 8, an dem die Protonenimplantation durchgeführt wurde, aufgrund der Pro tonenimplantation hochohmig wurde fließt durch die p-Kon taktschicht 5 und die zweite obere p-Hüllschicht 4b in die sem protonenimplantierten Bereich 8 kein Strom. Mit anderen Worten gesagt, fließt der Strom nur durch einen Bereich, an dem keine Protonenimplantation durchgeführt wurde.

Nachfolgend erfolgt die Beschreibung der Fensterstruk tur.

Üblicherweise wird das maximale Lichtausgangssignal ei ner AlGaAs-Serienhalbleiterlaservorrichtung das einen La serstrahl der Band-Wellenlänge 0,8 µm emittiert und als Lichtquelle für eine optische Abtastvorrichtung, wie z. B. für eine Kompaktdisk (CD), verwendet wird, durch das Licht ausgangssignal bestimmt, bei dem die Zerstörung der Facette stattfindet. Die Vernichtung bzw. Zerstörung der Facette ist ein Phänomen, bei dem der die Halbleiterlaservorrich tung bildende Kristall aufgrund der durch Lichtabsorbtion an der Oberfläche des Facettenbereiches erzeugten Hitze ge schmolzen wird, wodurch diese die Funktion als Resonator verliert. Um daher eine hohe Lichtausgangsleistung zu ge währleisten sollte auch bei einem hohen Lichtausgangssignal eine Facettenzerstörung der Vorrichtung nicht erfolgen. Zur Realisierung dieser Eigenschaft hat sich ein Aufbau als sehr wirkungsvoll gezeigt, bei dem der Facettenbereich der aktiven Schicht den Laserstrahl kaum absorbiert, d. h. es wird eine Fensterstruktur geschaffen, die "transparent" für den Laserstrahl ist. Eine derartige Fensterstruktur erhält man dadurch, daß ein Bereich mit einem höheren Energieband abstand geschaffen wird als der aktive Bereich der aktiven Schicht, der den Laserstrahl in der Nähe der Laserresona torfacette abstrahlt bzw. emmitiert. In der Halbleiterla servorrichtung gemäß Fig. 5 ist, da die aktive Schicht 3 einen Quantenquellaufbau besitzt, die Fensterstruktur mit tels einer Störung des Quantenquellaufbaus 3 durch die Si- Ionenimplantation 22 und dem Ausheilen ausgebildet. Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen ein Profil einer Aluminiumzusam mensetzung der aktiven Schicht 3 mit Quantenquellaufbau vor der Störung, bzw. ein Profil der Aluminiumzusammensetzung der aktiven Schicht 3 mit Quantenquellaufbau nach der Stö rung.

In den Fig. 7(a) und 7(b) bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder entsprechende Teile wie in Fig. 1. Die Bezugszeichen 30, 31 und 32 bezeichnen eine Quellschicht, eine Barrierenschicht und eine lichtleitende Schicht der aktiven Schicht 3. In den Figuren bezeichnet die Ordinate das Al-Zusammensetzungsverhältnis und die Ab szisse die Höhe der Position in Kristallwachstumsrichtung der unteren Hüllschicht 2, der aktiven Schicht 3 und der oberen Hüllschicht 4. Das Bezugszeichen Al2 bezeichnet das Verhältnis der Al-Zusammensetzung der Quellschicht 30, Al1 bezeichnet das Verhältnis der Al-Zusammensetzung der Bar rierenschicht 31 und der lichtleitenden Schicht 32, während Al3 das Verhältnis der Al-Zusammensetzung der aktiven Schicht 3 nach der Störung bezeichnet. Beim Implantieren von Siliziumatomen (Si) in die aktive Schicht 3 mit Quan tenquellaufbau gemäß Fig. 7(a) mittels Ionenimplantation und anschließender thermischer Ausheilung werden die die Quellschicht 30 und die Barrierenschicht 32 darstellenden Atome miteinander vermischt und von Diffusionen begleitet, wodurch der diffundierte Bereich zu dem in Fig. 7(b) darge stellten gestörten Bereich wird. Das Verhältnis der Al-Zu sammensetzung der gestörten aktiven Schicht 3 mit Quanten quellaufbau wird dadurch zum Verhältnis Al3 der Al-Zusam mensetzung, welche nahezu gleich dem Verhältnis Al1 der Al- Zusammensetzung der Barrierenschicht 31 und der lichtlei tenden Schicht 32 ist, wodurch der effektive Energiebandab stand der aktiven Schicht 3 im wesentlichen dem Energieban dabstand der Barrierenschicht 31 und der lichtleitenden Schicht 32 entspricht. In der herkömmlichen Halbleiterla servorrichtung gemäß Fig. 5 wird demnach der effektive Energiebandabstand des gestörten Bereiches der aktiven Schicht 3 mit Quantenquellaufbau größer als der effektive Energiebandabstand der ungestörten aktiven Schicht 3 und dient als aktiver Bereich 3a. Der gestörte Bereich der ak tiven Schicht 3 mit Quantenquellaufbau dient als Fenster struktur, die für das Laserlicht transpartent ist und der Bereich der aktiven Schicht 3 mit Quantenquellaufbau in der Nähe der Laserresonatorfacette 20 dient als Fensterstruk turbereich 3b.

Bei der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung mit Fensterstruktur wird die aktive Schicht 3 mit Quantenquell aufbau in der Nähe der Laserresonatorfacette 20 mittels Diffusion von Si gestört, wobei eine Si-Ionenimplantation und ein thermisches Verfahren zum Ausbilden des Fenster strukturbereiches 3b verwendet wird. In dieser Halbleiter laservorrichtung werden jedoch beim Herstellungsprozeß wäh rend des Ionenimplantierens von Si eine Vielzahl von Kri stalldefekten in der ionenimplantierten Halbleiterschicht erzeugt wodurch eine Vielzahl von Kristallversetzungen in der ersten oberen Hüllschicht 4a und der aktiven Schicht 3 erzeugt werden. Die Ursache dafür liegt darin, daß während der Beschleunigung der Atome durch eine Spannung und dem Implantieren in das Kristall diese wiederholt mit Atomen des Kristalls kollidieren, wobei sie ihre Energie verlieren und schließlich gestoppt werden. Da Si eine hohe Energie bei seiner Beschleunigung aufweist, werden eine Vielzahl von Defekten bzw. Störstellen erzeugt. Obwohl sich derar tige Kristallübergänge bis zu einem gewissen Grad durch das Ausheilen wieder selbst herstellen bzw. restaurieren kann eine vollständige Wiederherstellung der Kristallstruktur nicht erreicht werden und es verbleiben teilweise Kristall versetzungen bzw. -störungen. Da diese Kristallversetzungen das Laserlicht absorbieren, auch wenn die aktive Schicht 3 mit Quantenquellaufbau zum Erhöhen seines Energiebandab standes auf einen höheren Wert als der des aktiven Berei ches 3a zum Ausbilden eines Fensterstrukturbereichs 3b ge stört ist, kann es nicht als Fensterstruktur dienen.

Wenn eine Vielzahl von Kristall-Übergänge erzeugende Kristallstörstellen vorliegen werden die Siliziumatome, welche durch das Ausheilen diffundiert werden, an den Kri stallstörstellen eingefangen, wodurch die Diffusion er schwert wird. Dadurch wird das Auftreten der Störung bzw. der Umverteilung unwahrscheinlich, weshalb man keine Halb leiterlaservorrichtung mit einer gewünschten Fensterstruk tur mit hoher Reproduzierbarkeit erhält.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Ver fahren zur Herstellung einer Halbleiterlaservorrichtung zu schaffen mit der eine Fensterstruktur ausgebildet werden kann ohne dabei Kristallübergänge zu erzeugen und die fer ner eine hohe Reproduzierbarkeit aufweist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde eine Halbleiterlaservor richtung mit einer Fensterstruktur zu schaffen, die eine hohe Reproduzierbarkeit aufweist und ohne Erzeugung von Kristallumwandlungen geschaffen werden kann.

Gemäß einem ersten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht ein Herstellungsverfahren einer Halbleiterla servorrichtung aus den Schritten: Vorbereiten eines GaAs- Substrats vom ersten Leitungstyp; aufeinanderfolgendes Aus bilden einer unteren Al_xGa_1-xAs (0<x<1)-Hüllschicht vom er sten Leistungstyp, einer aktiven Schicht mit Quantenquell- Aufbau bestehend aus einer Al_zGa_1-zAs (0<z<x)-Barrieren schicht und einer Al_yGa_1-yAs (0<y<z)-Quellschicht, und ei ner ersten oberen Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-Hüllschicht vom zwei ten Leitungstyp auf der vorderen Oberfläche des GaAs- Substrats vom ersten Leitungstyp mittels epitaktischem Auf wachsen; Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht (SiO₂) in einem Bereich in der Nähe der Laserresonatorfacette auf der ersten Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp, Ausheilen der SiO₂-Schicht und der durch das epitaktische Aufwachsen aus gebildeten Halbleiterschichten, und Absorbieren von Ga aus der ersten oberen Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp zum Ausbilden von Leerstellen sowie zum Diffundieren der Leer stellen bis diese die aktive Schicht mit Quantenquell-Auf bau erreichen, wodurch die aktive Schicht mit Quantenquell- Aufbau im Bereich in der Nähe der Laserresonatorfacette um verteilt wird; und nach Entfernen der SiO₂-Schicht, aufein anderfolgendes erneutes Aufbringen einer zweiten Al_rGa_1-rAs (z<r<1) Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp und einer GaAs- Kontaktschicht vom zweiten Leitungstyp auf der ersten obe ren Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp mittels epitakti schem Aufwachsen.

Es besteht daher keine Notwendigkeit Si-Ionen zu im plantieren und es kann eine Fensterstruktur durch Umvertei lung der aktiven Schicht mit Quantenquellaufbau geschaffen werden ohne Kristallumwandlungen zu erzeugen. Ferner be steht keine Notwendigkeit Si-Ionen zu implantieren um diese zum Ausbilden einer Fensterstruktur zu diffundieren, wes halb diese Si-Ionen auch nicht während der Diffusion durch eine Vielzahl von Kristallstörstellen eingefangen werden können, die bei einer Ionenimplantation entstehen, wodurch man eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer gewünschten Fensterstruktur und einer hohen Reproduzierbarkeit erhält.

Gemäß einem zweiten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht das Herstellungsverfahren der Halbleiterlaser vorrichtung aus den Schritten: Vorbereiten eines GaAs- Substrats vom ersten Leitungstyp, welches entgegengesetzte Vorder- und Rückoberflächen besitzt; aufeinanderfolgendes Ausbilden einer unteren Al_xGa_1-xAs (0<x<1)-Hüllschicht vom ersten Leitungstyp, einer aktiven Schicht mit Quantenquell- Aufbau bestehend aus einer Al_zGa_1-zAs (0<z<x)-Barrieren schicht und einer Al_yGa_1-yAs (0<y<z)-Quellschicht, und ei ner ersten oberen Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-Hüllschicht vom zwei ten Leitungstyp auf der vorderen Oberfläche des GaAs- Substrats vom ersten Leitungstyp mittels epitaktischem Auf wachsen; Ausbilden einer Siliziumdioxid (SiO₂)-Schicht mit einer streifenförmigen Öffnung die sich in der zukünftigen Laserresonatorlängsrichtung auf der ersten oberen Hüll schicht vom zweiten Leitungstyp erstreckt und eine vorbe stimmte Breite aufweist, die die Laserresonatorfacette nicht erreicht, Ausheilen der SiO₂-Schicht und der durch das epitaktische Aufwachsen ausgebildeten Halbleiterschich ten, und Absorbieren von Ga aus der ersten oberen Hüll schicht vom zweiten Leitungstyp zum Ausbilden von Leerstel len sowie zum Diffundieren der Leerstellen bis diese die aktive Schicht mit Quantenquell-Aufbau erreichen, wodurch die aktive Schicht mit Quantenquell-Aufbau in dem Bereich in der Nähe der Laserresonatorfacette umverteilt wird; nach Entfernen der SiO₂-Schicht, aufeinanderfolgendes Nachwach sen einer zweiten oberen Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp und einer GaAs-Kontaktschicht vom zwei ten Leitungstyp auf der vorderen Oberfläche der ersten obe ren Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp mittels epitakti schen Aufwachsen; Ausbilden einer Resistschicht in einem Bereich auf der GaAs-Kontaktschicht vom zweiten Leitungstyp an dem die streifenförmige Öffnung ausgebildet ist, und Im plantieren von Protonen bis zu einer Tiefe, die die aktive Schicht mit Quantenquell-Aufbau nicht erreicht, von einem oberen Abschnitt der Kontaktschicht; und nach Entfernen des Resists, Ausbilden von Elektroden auf der rückseitigen Oberfläche des GaAs-Substrats vom ersten Leitungstyp und der oberen Oberfläche der GaAs-Kontaktschicht vom zweiten Leitungstyp.

Daher besteht keine Notwendigkeit Si-Ionen zu implan tieren und es ist möglich eine Fensterstruktur durch Umver teilung der aktiven Schicht mit Quantenquellaufbau zu schaffen ohne Kristallumwandlungen zu erzeugen. Darüber hinaus besteht keine Notwendigkeit Si-Ionen zu implantieren um diese zum Ausbilden einer Fensterstruktur zu diffundie ren, wodurch eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer ge wünschten Fensterstruktur geschaffen wird, die eine hohe Reproduzierbarkeit aufweist.

Gemäß einem dritten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht das vorliegende Verfahren aus den weiteren Schritten: nach dem Ausbilden der SiO₂-Schicht, Ausbilden einer Siliziumnitrid (Si₃N₄)-Schicht in einem Bereich ober halb der SiO₂-Schicht und der ersten oberen Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp, in dem die streifenförmige Öffnung ausgebildet ist; und nach Umverteilung der aktiven Schicht mit Quantenquell-Aufbau, entfernen der Si₃N₄-Schicht.

Dadurch wird im Ausheilverfahren die Oberflächenrauhig keit der ersten oberen Hüllschicht durch Verhindern des Austretens von As aus der Oberfläche der ersten oberen Hüllschicht, die zur streifenförmigen Öffnung herausragt, bewahrt.

Gemäß einem vierten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung folgt bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren dem Prozeß des epitaktischen Aufwachsens der zweiten leitenden Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-ersten oberen Hüllschicht das epitakti sche Aufwachsen einer GaAs-Oberflächenschutzschicht. Da durch wird die Oxidation der erneut aufgewachsten Schnitt stelle verhindert und die Oberflächenrauhigkeit der erneut aufgewachsenen Oberfläche bewahrt.

Gemäß einem fünften Teilaspekt der Erfindung besteht eine Halbleiterlaservorrichtung aus einem GaAs-Substrat vom ersten Leitungstyp; einer auf dem Substrat liegenden unte ren Al_xGa_1-xAs (0<x<1)-Hüllschicht vom ersten Leitungstyp; einer aktiven Schicht mit Quantenquell-Aufbau bestehend aus einer Al_zGa_1-zAs (0<z<x)-Barrierenschicht vom ersten Lei tungstyp und Al_yGa_1-yAs (0<y<z)-Quellschichten, und mit einem Bereich der durch die Diffusion von Leerstellen in der Nähe der Laserresonatorfacette umverteilt ist, wobei die aktive Schicht auf der unteren Hüllschicht liegt; einer ersten oberen Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp die auf der aktiven Schicht mit Quantenquell- Aufbau liegt; einer zweiten oberen Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-Hüll schicht vom zweiten Leitungstyp, die auf der ersten oberen Hüllschicht liegt; und eine GaAs-Kontaktschicht vom zweiten Leitungstyp, die auf der zweiten oberen Hüllschicht liegt.

Dadurch besteht keine Notwendigkeit Si-Ionen zu implan tieren, um die aktive Schicht mit Quantenquellaufbau umzu verteilen, und es wird möglich eine Fensterstruktur durch Umverteilung der aktiven Schicht mit Quantenquellaufbau zu schaffen ohne Kristallumwandlungen zu erzeugen. Ferner be steht keine Notwendigkeit Si-Ionen zu implantieren, um diese zum Ausbilden einer Fensterstruktur zu diffundieren, und es besteht keine Wahrscheinlichkeit, daß Si-Ionen wäh rend ihrer Diffusion durch eine Vielzahl von Kristallstör stellen, die durch die Ionenimplantation erzeugt wurden, eingefangen werden, wodurch eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer gewünschten Fensterstruktur geschaffen wird die eine hohe Reproduzierbarkeit aufweist.

Gemäß einem sechsten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung ist in der Halbleiterlaservorrichtung die aktive Schicht mit Quantenquell-Aufbau in dem Bereich umverteilt, der außerhalb des streifenförmigen aktiven Bereiches mit einer sich in Laserresonatorrichtung erstreckenden vorge schriebenen Breite unter dem Bereich mit Ausnahme in der Nähe der Laserresonatorfacette durch Diffusion von Leer stellen befindet; weisen die Bereiche durch die Implanta tion von Protonen in einem oberen Abschnitt der zweiten oberen Hüllschicht und der Kontaktschicht außerhalb des Be reiches des aktiven Bereiches eine hohen Widerstand auf; und sind Elektroden an der rückseitigen Oberfläche des GaAs-Substrats und an der oberen Oberfläche der Kontakt schicht angeordnet.

Dadurch besteht keine Notwendigkeit Si-Ionen zum Umver teilen bzw. Störung der aktiven Schicht mit Quantenquell aufbau zu implantieren und es kann durch Umverteilung der aktiven Schichten mit Quantenquellaufbau eine Fensterstruk tur ausgebildet werden ohne Kristallumwandlungen zu erzeu gen. Darüber hinaus besteht keine Notwendigkeit Si-Ionen zu implantieren und diese zum Ausbilden einer Fensterstruktur zu diffundieren wodurch eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer gewünschten Fensterstruktur geschaffen wird, die eine hohe Reproduzierbarkeit aufweist.

Gemäß einem siebten Teilaspekt der Erfindung wird in der Halbleiterlaservorrichtung eine GaAs-Oberflächenschutz schicht zwischen der ersten oberen Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp und der zweiten oberen Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp eingefügt, wodurch eine Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit der nachgewachsenen Oberfläche ver hindert wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher be schrieben.

Es zeigen:

Fig. 1(a) bis 1(c) Darstellungen, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem ersten erfindungsgemäßem Ausführungsbeispiel darstellen,

Fig. 2(a) bis 2(e) Darstellungen, welche die Verfah rensschritte in einem Verfahren zum Herstellen einer Halb leiterlaservorrichtung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zeigen,

Fig. 3(a) bis 3(b) Darstellungen, welche Hauptver fahrensschritte in einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem zweiten erfindungs gemäßen Ausführungsbeispiel zeigen,

Fig. 4 eine Schnittansicht, die einen Hauptverfahrens schritt in einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleiter laservorrichtung gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Aus führungsbeispiel zeigt,

Fig. 5(a) bis 5(c) Darstellungen, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigen,

Fig. 6(a) bis 6(e) Darstellungen, die Verfahrens schritte in einem Verfahren zum Herstellen einer Halblei terlaservorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigen, und

Fig. 7(a) bis 7(b) graphische Darstellungen, die zum Erläutern der Umverteilung bzw. Störung einer aktiven Schicht mit Quantenquellaufbau einer Halbleitervorrichtung gemäß dem Stand der Technik zeigen.

Ausführungsbeispiel 1

Die Fig. 1(a) ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt. Die Fig. 1(b) ist eine Schnitt ansicht entlang einer Linie 1b-1b gemäß Fig. 1(a), d. h. in der Laserresonatorlängsrichtung gemäß Fig. 1(a). Die Fig. 1(c) ist eine Schnittansicht entlang einer Linie 1c-1c ge mäß Fig. 1(a), d. h. in der zur Laserresonatorlängsrichtung gemäß Fig. 1(a) senkrechten Richtung. In den Fig. 1(a) bis 1(c) bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein n-GaAs- Substrat. Eine 1,5 bis 2,0 µm dicke n-Al_xGa_1-xAs (x = 0,5) untere Hüllschicht 2 befindet sich auf dem n-GaAs-Substrat 1. Eine aktive Schicht mit Quantenquellaufbau besteht aus drei (nicht dargestellten) circa 10 nm dicken Al_yGa_1-yAs (y = 0,05 bis 0,15) Quellschichten und zwei (nicht darge stellten) circa 10 nm dicken Al_zGa_1-zAs (z = 0,2 bis 0,35) Barrierenschichten, die abwechselnd übereinander geschich tet sind. Ferner sind an beiden Enden der aktiven Schicht mit (nicht dargestellte) circa 35 nm dicke lichtleitende Schichten vorgesehen, die dieselbe Zusammensetzung wie die Barrierenschichten aufweisen, wobei sie die Quellschichten und die Barrierenschichten einschließen. Die so aufgebaute aktive Schicht mit Quantenquellaufbau befindet sich auf der unteren Hüllschicht 2. Das Bezugszeichen 4a bezeichnet eine erste obere p-Al_rGa_1-rAs (r = 0,5) Hüllschicht, während das Bezugszeichen 4b eine zweite obere p-Al_rGa_1-rAs (r = 0,5) Hüllschicht bezeichnet, wobei die Gesamtdicke der ersten oberen Hüllschicht 4a und der zweiten oberen Hüllschicht 4b circa 1,5 bis 2,0 µm beträgt. Das Bezugszeichen 5 bezeich net eine 0,5 bis 1,0 µm dicke p-GaAs-Kontaktschicht und Be zugszeichen 8 einen Protonenimplantationsbereich. Mit 9 ist eine n-Seitenelektrode und mit 10 eine p-Seitenelektrode bezeichnet. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Leer stellendiffusionsbereich, Bezugszeichen 20 eine Laserreso natorfacette, Bezugszeichen 3a einen aktiven Bereich der die Emission des Laserlichts der aktiven Schicht 3 bewirkt, und Bezugszeichen 3b bezeichnet einen Fensterstrukturbe reich der in der Nähe der Laserresonatorfacette 20 der ak tiven Schicht 3 ausgebildet ist. Die Halbleiterlaservor richtung besitzt eine Längenabmessung von 300 bis 600 µm in Resonatorlängsrichtung und eine Breitenabmessung von 300 µm.

Die Fig. 2(a) bis 2(e) sind Darstellungen, die Ver fahrensschritte in einem Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem ersten erfindungsgemä ßen Ausführungsbeispiel zeigen. In den Figuren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1(a) bis 1(c) die gleichen oder entsprechenden Teile.

Das Bezugszeichen 16 bezeichnet eine SiO₂-Schicht, das Bezugszeichen 16a eine streifenförmige Öffnung in einer Richtung, die später zur Laserresonatorlängsrichtung wird, und ist auf der SiO₂-Schicht 16 ausgebildet. Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Fotoresist und die Pfeile 23 weisen auf die Protonenimplantation hin.

Nachfolgend wird eine Beschreibung des Herstellungsver fahrens gegeben. Als erstes werden die untere n-Al_xGa_1-xAs (x = 0,5) Hüllschicht 2, die aktive Schicht 3 mit Quanten quellaufbau und die erste obere p-Al_rGa_1-rAs (r = 0,5) Hüllschicht 4a nacheinander epitaktisch auf das n-GaAs- Substrat 1 aufgebracht, welches aus einem Wafer besteht. Für dieses Kristallaufwachsverfahren wird ein "metal orga nic chemical vapor deposition" (nachfolgend als MOCVD)- oder Molekularstrahlepitaxie (nachfolgend als MBE) -verfah ren eingesetzt, mit dem jeweils die Schichtdicke genau ein gestellt werden kann. Die Fig. 2(a) zeigt eine Schnittan sicht des Wafers nach dem Aufwachsen.

Die Oberfläche der ersten oberen p-Hüllschicht 4a ist mit der SiO₂-Schicht 16 bedeckt, wodurch eine streifenför mige Öffnung 16a ausgebildet wird, die sich in der Laserre sonatorlängsrichtung erstreckt und eine Länge besitzt, die nicht die Stellen erreicht an denen später die Laserresona torfacetten auf dem aktiven Bereich, wie in Fig. 2(b) dar gestellt, entstehen. Die SiO₂-Schicht 16 wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren (chemisches Abscheidungsverfahren) oder durch Kathodenzerstäubung erzeugt. Die Dicke der SiO₂- Schicht 16 wird vorzugsweise auf 1000 Å (100 nm) und die Steifenbreite der Öffnung 16a auf 1 bis 5 µm eingestellt. Der Abstand zwischen der Öffnung und der Position an der später die Laserresonatorfacette entsteht beträgt vorzugs weise circa 20 µm. Als nächstes wird der Wafer bei einer Temperatur oberhalb von 800°C ausgeheilt. Das Ausheilen er folgt in einer As-Umgebung, wodurch das Austreten von As aus der Öffnung 16a verhindert werden kann.

Wie in der Druckschrift "Applied Physics Letters, Band 52, 1988, Seiten 1511 bis 1531" offenbart ist, kann die SiO₂-Schicht während der Ausheilung Ga-Atome vom GaAs- oder AlGaAs-Kristall absorbieren, so daß Ga-Atome an der Ober fläche der ersten oberen p-Hüllschicht 4a austreten, die einem anderen Bereich als der Öffnung 16a der SiO₂-Schicht 16 benachbart sind, wodurch an den Stellen Leerstellen er zeugt werden, an denen in den Gitterstellen der ersten obe ren p-Hüllschicht 4a Ga-Atome abwesend sind, an denen sie ursprünglich anwesend waren. Wenn die Leerstellen durch das Ausheilen weiter in den Halbleiterkristall eindiffundieren und die aktive Schicht 3 mit Quantenquellaufbau erreichen tritt eine Störung bzw. Umverteilung des Quantenquellauf baus statt. Daher setzt sich das Austreten der Ga-Atome in der aktiven Schicht 3 direkt unter der SiO₂-Schicht 16 fort, wodurch Leerstellen ausgebildet werden und eine Stö rung bzw. Umverteilung des Quantenquellaufbaus durch die diffundierten Leerstellen auftritt. Dadurch erhöht sich ein effektiver Energiebandabstand in diesem Bereich. Die Berei che in der Nähe der Laserresonatorfacetten der gestörten bzw. umverteilten Bereiche dienen daher als Fensterstruk turenabschnitte 3b, die für den aus dem aktiven Bereich 3a der aktiven Schicht 3, welche sich unter der SiO₂-Schicht öffnung 16a befindet und nicht gestört bzw. umverteilt ist, abgegebenen bzw. emmitierten Laserstrahl als "Fenster" wirkt. Vorzugsweise wird darüber hinaus die Dicke der er sten oberen p-Hüllschicht 4a unterhalb 0,5 µm eingestellt, da die Reichweite in der die Ga-Leerstellen wirkungsvoll diffundieren unterhalb von 0,5 µm liegt.

Nach dem Ausheilen wird die SiO₂-Schicht 16 durch Naßätzen entfernt und die zweite obere p-Hüllschicht 4b so wie die p-Kontaktschicht 5 epitaktisch auf der ersten obe ren p-Hüllschicht 4a durch Aufwachsen aufgebracht. An schließend wird die Oberfläche der Kontaktschicht 5 mit ei ner Resistschicht bedeckt und fotolithografisch ein Muster erzeugt, wobei anschließend im Schritt gemäß Fig. 2(e) ein sich in Laserresonatorlängsrichtung erstreckender streifen förmiger Resist 17, der im wesentlichen die gleiche Größe wie die Öffnung 16a besitzt, an einem Bereich, an dem die Öffnung 16a der SiO₂-Schicht 16 ausgebildet ist, herge stellt wird. Auf die Kontaktschicht 5, die den Resist 17 als Maske verwendet, wird Ionenimplantation 23 derart durchgeführt, daß die Implantationsspitze sich in der zwei ten oberen p-Hüllschicht 4b befindet und die Konzentration der Protonen-Ionen 4×10¹⁹ cm^-3 beträgt. Dadurch werden Be reiche 8, an denen Protonenimplantation durchgeführt wurde, auf der Kontaktschicht 5 und der zweiten oberen Hüllschicht 4b in einem Bereich mit Ausnahme unterhalb des Resists 17 ausgebildet. Diese Protonen-Implantationsbereiche 8 sind hochohmige Bereiche und dienen als Stromsperrschichten.

Zuletzt wird eine p-Seitenelektrode 10 auf der Kontakt schicht 5 und an der Rückseite eine n-Seitenelektrode 9 des GaAs-Substrats 1 sowie durch Spalten des Wafers ein Paar von Laserresonatorfacetten 20 ausgebildet, wodurch die Halbleiterlaservorrichtung entsteht.

Nachfolgend wird eine Beschreibung der Arbeitsweise ge geben. Beim Anlegen einer positiven Spannung an die p-Sei tenelektrode 10 und einer negativen Spannung an die n-Sei tenelektrode 9 werden Löcher injiziert, die durch die p- Kontaktschicht 5, die zweite obere p-Hüllschicht 4b und die erste obere p-Hüllschicht 4a in die aktive Schicht 3 mit Quantenquellaufbau wandern. Elektroden werden injiziert und wandern durch das n-Halbleitersubstrat 1 und die n-AlGaAs- Hüllschicht 2 in die aktive Schicht 3 mit Quantenquellauf bau. Daraufhin erfolgt strahlende Rekombination der Elek tronen und Löcher im aktiven Bereich der aktiven Schicht 3, wodurch induzierte Emission von Licht im aktiven Bereich 3a erzeugt wird, der in der aktiven Schicht mit Quantenquel laufbau liegt. Wenn durch ausreichendes Erhöhen des Betra ges der implantierten Trägeranzahl die Lichtverstärkung hö her ist als die Dämpfung durch den Wellenleiter tritt La seroszillation auf. Da die Bereiche 8, in denen Protonenim plantation durchgeführt wurde, aufgrund der Protonenimplan tation einen hohen Widerstand aufweisen, fließt durch die p-Kontaktschicht 5 und die zweite obere p-Hüllschicht 4b in diesen Protonenimplantationsbereichen 8 kein Strom. Mit an deren Worten fließt der Strom nur durch den Bereich, in dem keine Protonenimplantation durchgeführt wurde.

Da in der Halbleiterlaservorrichtung dieses ersten Aus führungsbeispiels die aktive Schicht 3 im Leerstellendiffu sionsbereich 6 durch die Diffusion der Leerstellen gestört bzw. umverteilt wurde ist ihr energetischer Bandabstand größer als in dem nicht gestörten bzw. nicht umverteilten Bereich, d. h. des aktiven Bereiches 3a, wodurch der Be reich in der Nähe der Laserresonatorfacette 20 des umver teilten Bereiches als ein Fensterstrukturbereich 3b wirkt, der den Laserstrahl nicht absorbiert. Da darüber hinaus der dem aktiven Bereich 3a benachbarte Bereich, der senkrecht zur Laserresonatorlängsrichtung liegt, der aktiven Schicht 3 ebenso gestört bzw. umverteilt ist, wird eine Brechungs index-Verteilung in der zur Laserresonatorlängsrichtung senkrechten Richtung in der aktiven Schicht 3 erzeugt, wo durch der Laserstrahl im aktiven Bereich 3a begrenzt und in Laserresonatorlängsrichtung geführt wird.

Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt das Aus heilen während sich die SiO₂-Schicht 16 auf der Oberfläche der ersten oberen p-Al_rGa_1-rAs (r = 0,5) Hüllschicht 4a be findet, wodurch die Leerstellen in der ersten oberen p- Hüllschicht 4a ausgebildet werden und die aktive Schicht 3 mit Quantenquellaufbau durch die diffundierenden Leerstel len gestört bzw. umverteilt wird. Daher benötigt man im Ge gensatz zum Stand der Technik keine Implanation von Si-Io nen für die Umverteilung, wodurch eine Vielzahl von Kri stalldefekten bzw. Störstellen die ansonsten aufgrund der bei der Ionenimplantation entstehenden Kollision von hoch energetischen Si-Ionen mit dem Kristall erzeugt werden, vermieden werden. Dadurch kann die Erzeugung von Kristall umwandlungen bzw. -übergängen unterdrückt werden und es wird gewährleistet, daß der umverteilte Bereich als Fen sterstruktur wirkt, da der Laserstrahl durch die Kristall umwandlungen absorbiert wird, was beim Stand der Technik zu Problemen geführt hat. Man erhält somit eine hohe Ausgangs lichtleistung, die eine Halbleiterlaservorrichtung mit Fen sterstruktur ursprünglich besitzt und es zeigen sich über legene Eigenschaften der Vorrichtung hinsichtlich der Zer störungsfestigkeit der Facette sowie eine hohe Zuverlässig keit.

Da im Gegensatz zum Stand der Technik keine Implanta tion von hoch engergetischen Si-Ionen durchgeführt wird kann die Anzahl von erzeugten Kristalldefekten erheblich verringert werden, weshalb eine Umverteilung aufgrund eines Einfangvorganges von Si-Ionen durch eine Vielzahl von Kri stalldefekten durch die Diffusion der Leerstellen anstelle des Si zum Umverteilen der aktiven Schicht 3 unwahrschein lich ist, wodurch eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer gewünschten Fensterstruktur geschaffen wird, die eine hohe Reproduzierbarkeit aufweist. Gemäß dem ersten Ausführungs beispiel erfolgt die Ausheilung mit der SiO₂-Schicht 16 auf der Oberfläche der ersten oberen p-Al_rGa_1-rAs (r = 0,5)- Hüllschicht 4a, weshalb die Leerstellen in der ersten obe ren p-Hüllschicht 4a ausgebildet werden und die aktive Schicht 3 mit Quantenquellaufbau durch die diffundierten Leerstellen umverteilt bzw. gestört wird. Es kann daher ei ne Fensterstruktur mit einer kleinen Anzahl von Kristallum wandlungen durch Umverteilung der aktiven Schicht 3 ausge bildet werden ohne Si-Ionen zu implantieren, wodurch man eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer derart gewünsch ten Fensterstruktur erhält, die eine hohe Reproduzierbar keit aufweist.

Ausführungsbeispiel 2

Die Fig. 3(a) ist eine perspektivische Ansicht, die einen Hauptverfahrensschritt in einem Verfahren zum Her stellen einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem zwei ten erfindungsgemäßem Ausführungsbeispiel darstellt, wäh rend Fig. 3(b) eine Schnittansicht entlang einer Linie 3b- 3b nach Fig. 3(a) zeigt. In den Fig. 3(a) bis 3(b) be zeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder ent sprechende Teile wie in den Fig. 2(a) bis 2(e). Das Be zugszeichen 19 bezeichnet eine Si₃N₄-Schicht. Im Verfahren zum Diffundieren der Leerstellen gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel nach Ausbildung der Öffnung in der SiO₂- Schicht 16, wird ein die Öffnung 16a enthaltender Bereich mit der Si₃N₄-Schicht 19 bedeckt und das Ausheilen gemäß Fig. 3(a) durchgeführt. Die weiteren Verfahrensschritte sind die gleichen wie im ersten Ausführungsbeispiel.

Im ersten Ausführungsbeispiel ragt die erste obere p- Al_rGa_1-rAs (r = 0,5)-Hüllschicht 4a an der in der SiO₂- Schicht 16 ausgebildeten streifenförmigen Öffnung 16a nach außen. Obwohl die Ausheilung unter einer As-Umgebung statt findet kann das Austreten von As-Atomen von der Oberfläche nicht vollständig unterdrückt werden, wenn die Kristall oberfläche während der Ausheilung für das Diffundieren der Leerstellen offen ist, wodurch eine Oberflächenrauhigkeit an der ersten oberen p-Hüllschicht 4a in der Öffnung 16a erzeugt wird. Darüber hinaus kann sich diese Oberflächenrau higkeit noch verschlechtern wenn das Al-Zusammensetzungs verhältnis größer wird. Wenn die Oberflächenrauhigkeit er zeugt wird entstehen während des Kristallnachwachsens auf der ersten oberen p-Hüllschicht 4a mit seiner rauhen Ober fläche Kristallverschiebungen bzw. Versetzungen. Diese Kri stallversetzungen erreichen die aktive Schicht 3, wodurch sich eine Verschlechterung der Arbeitscharakteristika und der Zuverlässigkeit ergibt und schließlich dazu führt, daß es sehr schwierig wird eine Halbleiterlaservorrichtung von hoher Qualität zu erhalten. In diesem zweiten Ausführungs beispiel ragt die erste obere p-Al_rGa_1-rAs (r = 0,5)-Hüll schicht 4a in der Öffnung 16a nicht nach außen, da der Be reich gemeinsam mit Öffnung 16a mit der Si₃N₄-Schicht 19 wie in den Fig. 3(a) bis 3(b) dargestellt, bedeckt ist, wodurch eine Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit der ersten oberen p-Al_rGa_1-rAs (r = 0,5)-Hüllschicht 4a während des Ausheilens verhindert wird. Nach der Ausheilung wird die Si₃N₄-Schicht 19 gemeinsam mit der SiO₂-Schicht 16 durch Trockenätzen mittels CF₄ und durch Naßätzen mittels Hydrofluor-Säure entfernt.

Da gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel das Ausheilen zu einem Zeitpunkt erfolgt, nachdem der Bereich mit der Öffnung 16a in der SiO₂-Schicht 16, die auf der ersten obe ren p-Al_rGa_1-rAs (r = 0,5)-Hüllschicht 4a liegt, mit der Si₃N₄-Schicht 19 bedeckt ist wird die Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit der ersten oberen p-Al_rGa_1-rAs (r = 0,5)-Hüllschicht 4a, die aus der Öffnung 16a der SiO₂- Schicht 16 nach außen ragt, aufgrund des Austretens von As- Atomen unterdrückt, wodurch man eine Halbleiterlaservor richtung mit guten Arbeitscharakteristika und einer hohen Zuverlässigkeit erhält.

Ausführungsbeispiel 3

Die Fig. 4 ist eine Schnittansicht senkrecht zur La serresonatorlängsrichtung, die einen Hauptverfahrensschritt in einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaser vorrichtung gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführ ungsbeispiel zeigt. In Fig. 4 bezeichnen die gleichen Be zugszeichen die gleichen oder entsprechende Teile wie in den Fig. 2(a) bis 2(e). Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine GaAs-Oberflächenschutzschicht. In dem dritten Ausführ ungsbeispiel wird nach dem Ausbilden der ersten oberen p- Al_rGa_1-rAs (r = 0,5)-Hüllschicht 4a gemäß Fig. 2(a) die weitere p-GaAs-Schutzschicht 13 epitaktisch aufgebracht. Daraufhin wird die SiO₂-Schicht 16 mit ihrer Öffnung 16a an der Oberfläche der p-GaAs-Schutzschicht 13 ausgebildet und eine Ausheilung durchgeführt, bei der die Ga-Atome zum Aus bilden von Leerstellen austreten und bei der die Leerstel len diffundieren. Die weiteren Verfahrensschritte sind die gleichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel.

In dem ersten Ausführungsbeispiel wird die SiO₂-Schicht 16 durch epitaktisches Aufwachsen auf der ersten oberen p- Al_rGa_1-rAs (r = 0,5)-Hüllschicht 4a ausgebildet und die ak tive Schicht 3 wird durch die Ausheilung zum Ausbilden von Leerstellen sowie zur Diffusion dieser Leerstellen gestört bzw. umverteilt. Anschließend wird die SiO₂-Schicht 16 ent fernt und die zweite obere Hüllschicht 4b und die Kontakt schicht 5 erneut epitaktisch aufgebracht. Die erste obere Hüllschicht 4a mit seiner Kristall-Nachwachs-Oberfläche be sitzt jedoch eine große Anzahl von Al-Atomen, weshalb diese Schicht leicht zu oxidieren ist. Wenn diese erste obere Hüllschicht 4a daher der Luft im Schritt zum Ausbilden der SiO₂-Schicht 16 ausgesetzt wird, wird durch die Oxidation eine Oberflächenrauhigkeit erzeugt, weshalb Kristallumwand lungen an der Nachwachs-Schnittstelle auftreten. Darüber hinaus verbreiten sich die Kristallumwandlungen bzw. Ver setzungen in die aktive Schicht 3, weshalb sich die Lei stung der Halbleiterlaservorrichtung aufgrund der Absorb tion des Laserstrahls durch die Kristallversetzungen ver schlechtert.

In dem dritten Ausführungsbeispiel wird die GaAs-Ober flächenschutzschicht 13 nachfolgend auf der ersten oberen Hüllschicht 4a, welche epitaktisch aufgebracht wurde, aus gebildet und die SiO₂-Schicht 16 auf der GaAs-Oberflächen schutzschicht 13 ausgebildet. Zum Ausbilden der Leerstellen sowie zum Diffundieren dieser Leerstellen erfolgt die Aus heilung, wodurch die aktive Schicht 3 gestört bzw. umver teilt wird. Wenn daraufhin die SiO₂-Schicht 16 entfernt wurde und die zweite obere Hüllschicht 4 und die Kontakt schicht 5 erneut epitaktisch auf der GaAs-Oberflächen schutzschicht 13 aufgebracht wurde, kann die GaAs-Oberflä chenschutzschicht 13, dessen Nachwachsoberfläche keine Al- Atome enthält, nur sehr schwer oxidiert werden, weshalb die Rauhigkeit der Oberfläche aufgrund der Oxidation unter drückt wird und die Kristallversetzungen an der Nachwachs- Schnittstelle bzw. Oberfläche verringert sind. Da die GaAs- Oberflächenschutzschicht 17 in Abhängigkeit von der Zusam mensetzung und der Struktur der aktiven Schicht 3 das La serlicht absorbieren kann wird die Dicke der GaAs-Oberflä chenschutzschicht 13 vorzugsweise auf eine Dicke einge stellt, die keine Auswirkungen auf die Lasereigenschaften hat, d. h. eine Dicke unterhalb von 100 Å (10 nm).

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird nach dem Ausbilden der GaAs-Oberflächenschutzschicht 13 auf der er sten oberen p-Al_rGa_1-rAs (r = 0,5)-Hüllschicht 4a und dem nachfolgenden epitaktischen Aufwachsen der ersten oberen Hüllschicht 4a eine SiO₂-Schicht 16 ausgebildet und eine Ausheilung durchgeführt, wodurch Leerstellen ausgebildet und diese diffundiert werden. Daher kann die Verschlechte rung der Oberflächenrauhigkeit an der Nachwachs-Schnitt stelle aufgrund der Oxidation unterdrückt und die Kristall versetzungen an der Nachwachs-Schnittstelle verringert wer den, wodurch man eine Halbleiterlaservorrichtung mit guter Arbeitscharakteristik und hoher Zuverlässigkeit erhält.

In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel be sitzt die Halbleiterlaservorrichtung einen Aufbau, bei dem die Kontaktschicht 5 und die oberen Abschnitte der ersten oberen Hüllschicht 4a und der zweiten oberen Hüllschicht 4b auf dem Bereich außerhalb des aktiven Bereiches 3a der ak tiven Schicht 3 mittels Protonenimplantation hochohmig aus gebildet sind. In der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem anderen Auf bau wie beispielsweise einer Rippenstruktur angewendet wer den. Selbst in diesem Falle diffundieren die Leerstellen in der Nähe der Laserresonatorfacette wodurch die aktive Schicht 3 mit Quantenquellaufbau umverteilt wird und die gleichen Effekte wie in den vorstehend beschriebenen Aus führungsbeispielen auftreten.

Während in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbei spielen ein n-GaAs-Substrat als Halbleitersubstrat 1 ver wendet wird kann in der vorliegenden Erfindung auch ein p- GaAs-Substrat verwendet werden, um die gleichen Effekte wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen zu erhalten.

Während in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbei spielen die aktive Schicht 3 einen mehrfach-Quantenquel laufbau "multi-quantum-well structure" (MQW) aufweist kön nen auch andere Quantenquellaufbauten wie beispielsweise ein einfacher Quantenquellaufbau "single-quantum-well structure" (SQW) für die aktive Schicht 3 in der vorliegen den Erfindung verwendet werden, wobei man die gleichen Ef fekte wie vorstehend beschrieben erhält.

Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaservorrich tung bestehend aus den Schritten: aufeinanderfolgendes epi taktisches Aufwachsen einer aktiven Schicht mit Quanten quell-Aufbau und einer ersten oberen Al_rGa_1-rAs-Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp auf einem GaAs-Substrat vom ersten Leitungstyp, Ausbilden einer SiO₂-Schicht in einem Bereich in der Nähe der Laserresonatorfacette auf der ersten Hüll schicht vom zweiten Leitungstyp, Ausheilen der durch das epitaktische Aufwachsen ausgebildeten Halbleiterschichten, und Absorbieren von Ga aus der ersten oberen Hüllschicht vom zweiten Leitungstyp zum Ausbilden von Leerstellen sowie zum Diffundieren der Leerstellen bis diese die aktive Schicht vom Quantenquell-Aufbau erreichen, wodurch die ak tive Schicht vom Quantenquell-Aufbau in dem Bereich in der Nähe der Laseresonatorfacette umverteilt wird. Durch die Umverteilung der aktiven Schicht mit Quantenquell-Aufbau ohne dabei Kristallversetzungen zu erzeugen ist es daher möglich eine Fensterstruktur auszubilden. Ferner besteht keine Notwendigkeit Si-Ionen zu implantieren sowie diese zu diffundieren, um eine Fensterstruktur auszubilden, weshalb die Wahrscheinlichkeit der Umverteilung aufgrund des Ein fangs der Si-Ionen während ihrer Diffusion durch eine Viel zahl von Kristalldefekten, welche während der Ionenimplan tation ausgebildet werden, steigt, wodurch man eine Halb leiterlaservorrichtung mit einer gewünschten Fensterstruk tur erhält, die eine hohe Reproduzierbarkeit aufweist.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrich tung mit den Schritten:
Vorbereiten eines GaAs-Substrats (1) vom ersten Lei tungstyp;
aufeinanderfolgendes Ausbilden einer unteren Al_xGa_1-x As (0<x<1)-Hüllschicht (2) vom ersten Leistungstyp, ei ner aktiven Schicht (3) mit Quantenquell-Aufbau beste hend aus einer Al_zGa_1-zAs (0<z<x)-Barrierenschicht und einer Al_yGa_1-yAS (0<y<z)-Quellschicht, und einer ersten oberen Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp auf der vorderen Oberfläche des GaAs- Substrats (1) vom ersten Leitungstyp mittels epitakti schem Aufwachsen;
Ausbilden einer Siliziumdioxidschicht (16) in einem Bereich in der Nähe der Laserresonatorfacette auf der ersten Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp, Aushei len der SiO₂-Schicht (16) und der durch das epitaktische Aufwachsen ausgebildeten Halbleiterschichten, und Absor bieren von Ga aus der ersten oberen Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp zum Ausbilden von Leerstellen sowie zum Diffundieren der Leerstellen bis diese die aktive Schicht (3) mit Quantenquell-Aufbau erreichen, wodurch die aktive Schicht (3) mit Quantenquell-Aufbau im Be reich in der Nähe der Laserresonatorfacette umverteilt wird; und
nach Entfernen der SiO₂-Schicht (16), aufeinanderfol gendes Nachwachsen einer zweiten Al_rGa_1-rAs (z<r<1) Hüllschicht (4b) vom zweiten Leitungstyp und einer GaAs- Kontaktschicht (5) vom zweiten Leitungstyp auf der er sten oberen Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp mittels epitaktischem Aufwachsen.

2. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrich tung bestehend aus den Schritten:
Vorbereiten eines GaAs-Substrats (1) vom ersten Lei tungstyp, welches entgegengesetzte Vorder- und Rückober flächen besitzt;
aufeinanderfolgendes Ausbilden einer unteren Al_xGa_1-xAs (0<x<1)-Hüllschicht (2) vom ersten Leitungs typ, einer aktiven Schicht (3) mit Quantenquell-Aufbau bestehend aus einer Al_zGa_1-zAs (0<z<x)-Barrierenschicht und einer Al_yGa_1-yAs (0<y<z)-Quellschicht, und einer er sten oberen Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp auf der vorderen Oberfläche des GaAs-Substrats (1) vom ersten Leitungstyp mittels epi taktischem Aufwachsen;
Ausbilden einer Siliziumdioxid (SiO₂)-Schicht (16) mit einer streifenförmigen Öffnung (16a) die sich in der zu künftigen Laserresonatorlängsrichtung auf der ersten oberen Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp er streckt und eine vorbestimmte Breite aufweist, die die Laserresonatorfacette nicht erreicht, Ausheilen der SiO₂-Schicht (16) und der durch das epitaktische Auf wachsen ausgebildeten Halbleiterschichten, und Absorbie ren von Ga aus der ersten oberen Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp zum Ausbilden von Leerstellen sowie zum Diffundieren der Leerstellen bis diese die aktive Schicht (3) mit Quantenquell-Aufbau erreichen, wodurch die aktive Schicht (3) mit Quantenquell-Aufbau in dem Bereich in der Nähe der Laserresonatorfacette umverteilt wird;
nach Entfernen der SiO₂-Schicht (16), aufeinanderfol gendes Nachwachsen einer zweiten oberen Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-Hüllschicht (4b) vom zweiten Leitungstyp und ei ner GaAs-Kontaktschicht (5) vom zweiten Leitungstyp auf der vorderen Oberfläche der ersten oberen Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp mittels epitaktischen Auf wachsen;
Ausbilden einer Resistschicht (17) in einem Bereich auf der GaAs-Kontaktschicht (5) vom zweiten Leitungstyp an dem die streifenförmige Öffnung (16a) ausgebildet ist, und Implantieren von Protonen (23) bis zu einer Tiefe, die die aktive Schicht (3) mit Quantenquell-Auf bau nicht erreicht von einem oberen Abschnitt der Kon taktschicht (5); und
nach Entfernen des Resists (17), Ausbilden von Elek troden (9, 10) auf der rückseitigen Oberfläche des GaAs- Substrats (1) vom ersten Leitungstyp und der oberen Oberfläche der GaAs-Kontaktschicht (5) vom zweiten Lei tungstyp.

3. Verfahren nach Patenanspruch 2 mit den weiteren Schrit ten:
nach dem Ausbilden der SiO₂-Schicht (16), Ausbilden eines Siliziumnitrids (Si₃N₄)-Schicht (19) in einem Be reich oberhalb der SiO₂-Schicht (16) und der ersten obe ren Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp, in dem die streifenförmige Öffnung (16a) ausgebildet ist; und
nach Umverteilung der aktiven Schicht (3) mit Quanten quell-Aufbau, Entfernen der Si₃N₄-Schicht (19).

4. Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei auf den Verfah rensschritt des epitaktischen Aufwachsens der ersten oberen Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp ein epitaktisches Aufwachsen einer GaAs- Oberflächenschutzschicht (13) folgt.

5. Halbleiterlaservorrichtung bestehend aus:
einem GaAs-Substrat (1) vom ersten Leitungstyp;
einer auf dem Substrat (1) liegenden unteren Al_xGa_1-xAs (0<x<1)-Hüllschicht (2) vom ersten Leitungs typ;
einer aktiven Schicht (3) mit Quantenquell-Aufbau be stehend aus Al_zGa_1-zAs (0<z<x)-Barrierenschicht vom er sten Leitungstyp und Al_yGa_1-yAs (0<y<z )-Quellschichten, und mit einem Bereich der durch die Diffusion von Leer stellen in der Nähe der Laserresonatorfacette umverteilt ist, wobei die aktive Schicht (3) auf der unteren Hüll schicht (2) liegt;
einer ersten oberen Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp die auf der aktiven Schicht (3) mit Quantenquell-Aufbau liegt;
einer zweiten oberen Al_rGa_1-rAs (z<r<1)-Hüllschicht (4b) vom zweiten Leitungstyp, die auf der ersten oberen Hüllschicht (4a) liegt; und
einer GaAs-Kontaktschicht (5) vom zweiten Leitungstyp, die auf der zweiten oberen Hüllschicht (4b) liegt.

6. Halbleiterlaservorrichtung nach Patentanspruch 5, wobei
die aktive Schicht (3) mit Quantenquell-Aufbau in dem Bereich außerhalb des streifenförmigen aktiven Bereiches (3a) mit einer sich in Laserresonatorrichtung erstreckenden vorgeschriebenen Breite aus dem Bereich mit Ausnahme in der Nähe der Laserresonatorfacette (20) durch Diffusion von Leerstellen umverteilt ist;
durch die Implantation von Protonen die Bereiche in einem oberen Abschnitt der zweiten oberen Hüllschicht (4b) und der Kontaktschicht (5) außerhalb des Bereiches des aktiven Bereiches (3a) eine hohen Widerstand aufwei sen; und
Elektroden (9, 10) an der rückseitigen Oberfläche des GaAs-Substrats (1) und an der oberen Oberfläche der Kon taktschicht (5) angeordnet sind.

7. Halbleiterlaservorrichtung nach Patentanspruch 5, wobei zwischen der ersten oberen Hüllschicht (4a) vom zweiten Leitungstyp und der zweiten oberen Hüllschicht (4b) vom zweiten Leitungstyp eine GaAs-Oberflächenschutzschicht (13) eingefügt ist.