DE19958275A1 - Halbleiterlaser und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
Halbleiterlaser und Verfahren zur Herstellung desselbenInfo
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Abstract
Es wird ein Halbleiterlaser vorgesehen, welcher umfaßt: eine erste Mantelschicht, die aus einem Verbindungshalbleiter gebildet ist, der eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und einen mesaförmigen Vorsprung hat; eine aktive Schicht, die auf dem Vorsprung wie ein Streifen gebildet ist und Seitenflächen aufweist, die unter einem Winkel von mehr als 70 Grad, jedoch weniger als 90 Grad relativ zu einer oberen Fläche der ersten Mantelschicht geneigt sind; vergrabene Schichten, die auf beiden Seiten des Vorsprungs gebildet sind und eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen; Stromblockierschichten, die jeweils ein Ende aufweisen, das mit einer virtuellen Fläche in Kontakt steht, die durch die Verlängerung einer Seitenfläche der aktiven Schicht nach oben erhalten wird, und die eine erste Facette aufweist, welche von dem einen Ende nach unten verläuft und etwa 55 Grad relativ zur oberen Fläche der ersten Mantelschicht geneigt ist, und auf jeder vergrabenen Schicht gebildet ist, und die Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; und zweite Mantelschichten, die auf den Stromblockierschichten und der aktiven Schicht gebildet sind und die Verunreinigungen vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halb
leiterlaser und ein Verfahren zur Herstellung desselben,
insbesondere auf einen Halbleiterlaser, der in der Glas
faserkommunikation verwendet wird und eine vergrabene
Heterostruktur aufweist, sowie auf ein Verfahren zur Her
stellung desselben.
Da sich das Anwendungsgebiet der Glasfaserkommunikation
vom Fernverbindungsleitungssystem des Kommunikationsnetzes
zum Ortsleitungssystem erweitert, ist ein Betrieb des Halb
leiterlasers als Lichtquelle unter Umständen eines breiten
Temperaturbereichs erforderlich. Insbesondere müssen gute
Lasercharakteristiken bei der hohen Temperatur erzielt
werden, auf die ein Betriebsstrom erhöht wird. Gleichzeitig
wird nun ein erforderlicher Betrag des Halbleiterlasers
erhöht.
Daher sind eine Struktur zum Erzielen des Halbleiter
lasers, der bis zu der hohen Temperatur mit guter Gleich
mäßigkeit betreibbar ist, und ein Verfahren zur Herstellung
desselben erforderlich.
Normalerweise wird eine vergrabene Heterostruktur beim
Halbleiterlaser verwendet, der in der Glasfaserkommunikation
eingesetzt wird. Eine derartige vergrabene Heterostruktur
wird verwendet, um einen Strom effizient in die aktive
Schicht zu injizieren, und es gibt eine vergrabene Hetero
struktur, die einen pn-Übergang verwendet, und eine vergra
bene Heterostruktur, die eine Semiisolierschicht verwendet.
Die vergrabene Heterostruktur unter Verwendung des pn-
Übergangs ist für den Hochtemperaturbetrieb geeignet.
Der Halbleiterlaser mit der vergrabenen Heterostruktur
mit dem pn-Übergang hat eine beispielsweise in Fig. 1 ge
zeigte Struktur.
In Fig. 1 sind eine aktive Schicht 2 aus InGaAsP und
eine erste p-Typ-Mantelschicht 3 aus p-InP auf einem n-Typ-
InP-Substrat 1 gebildet. Schichten aus der ersten p-Typ-Man
telschicht 3 zu einem oberen Bereich des n-InP-Substrats 1
sind wie eine Mesaform gebildet, um einen Mesateil zu
bilden. Die aktive Schicht 2 im Mesateil ist als Streifen
form mit einer Breite von etwa 1 bis 1,5 µm gebildet. Die
vergrabenen Heterostrukturen sind auf beiden Seiten des
Mesateils vorgesehen.
Eine vergrabene p-Typ-Schicht 4 aus p-InP und eine
n-Typ-Stromblockierschicht 5 aus InP sind in den vergrabenen
Zonen gebildet. Dann sind eine zweite p-Typ-Mantelschicht 6,
die aus p-InP gebildet ist, und eine p-Typ-Kontaktschicht 7,
die aus p-InGaAs gebildet ist, sequentiell auf der n-Typ-
Stromblockierschicht 5 und der ersten p-Typ-Mantelschicht 3
gebildet.
Zusätzlich ist eine p-seitige Elektrode 8 auf der
p-Typ-Kontaktschicht 7 gebildet, und eine n-seitige Elek
trode 9 ist unter dem InP-Substrat 1 gebildet.
Das Herstellungsverfahren des Halbleiterlasers mit
einer derartigen vergrabenen Heterostruktur umfaßt die
Schritte des Bildens der vergrabenen Heterostrukturen durch
das Aufwachsen der aktiven Schicht 2 und der ersten p-Typ-
Mantelschicht 3 auf dem n-InP-Substrat 1, und des Bildens im
wesentlichen streifenförmiger Schichten durch das Ätzen von
der ersten p-Typ-Mantelschicht 3 zum InP-Substrat 1 unter
Verwendung einer Maske, und dann des Bildens der vergrabenen
p-Typ-Schicht 4 und der n-Typ-Stromblockierschicht 5 auf
beiden Seiten der im wesentlichen streifenförmigen
Schichten.
Beim neueren optischen Kommunikationslaser wird in
vielen Fällen eine Quantenmuldenstruktur oder eine Quanten
muldenstruktur mit verspannten Schichten als aktive Schicht
verwendet. Die nachstehend gezeigte aktive Schicht bedeutet
nicht nur die aus einer Muldenstruktur und einer Sperr
schicht bestehende Quantenmuldenstruktur, sondern auch eine
Struktur, welche die Quantenmuldenstruktur sowie eine obere
und untere Lichtleiterschicht enthält, die vorgesehen sind,
um die Quantenmuldenstruktur zwischen ihnen anzuordnen.
Als besondere Berichte über die oben erwähnte Struktur
sind Kondo et al., 1995 Autumn Meeting, the Japan Society of
Applied Physics 27p-2A-5, und Chino et al., 1997 Spring
Meeting, the Japan Society of Applied Physics 30p-NG-11,
anzugeben.
Im Halbleiterlaser mit der vergrabenen Heterostruktur
ist es jedoch wichtig, daß der Leckstrom, der nicht durch
die aktive Schicht geführt wird, reduziert werden muß, um
die guten Charakteristiken bei der hohen Temperatur zu
erzielen.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Laser mit einer vergrabenen
pn-Heterostruktur sind beide Seiten der aktiven Schicht 2 in
den vergrabenen p-Typ-Schichten 4 vergraben, und derartige
Schichten sind mit den p-Typ-Mantelschichten 3, 6 verbunden,
die direkt auf der aktiven Schicht 2 gebildet sind.
Daher wird der Leckstrom, der von den p-Typ-Mantel
schichten 3, 6 über die vergrabenen p-Typ-Schichten 4, über
durch Pfeile in Fig. 1 angegebene Routen, zum n-Typ-InP-
Substrat 1 fließt, im Hochtemperaturbetrieb erzeugt. Da der
Leckstrom von einem Intervall zwischen der aktiven Schicht 2
und der n-Typ-Stromblockierschicht 5 abhängig ist, muß eine
Distanz zwischen der aktiven Schicht 2 und der n-Typ-Strom
blockierschicht 5 beispielsweise auf etwa 0,2 µm verschmä
lert werden, um den Leckstrom zu reduzieren. Zusätzlich muß
eine derartige Distanz mit guter Steuerbarkeit hergestellt
werden, um die gleichmäßige Lasercharakteristik zu erzielen.
Bei der bekannten Struktur ist jedoch ein innerster
Punkt der n-Typ-Stromblockierschicht 5 am Rand einer Ober
fläche des Mesateils angeordnet, aber ein Winkel θ der
Bodenfläche der n-Typ-Stromblockierschicht 5 breitet sich in
die Nachbarschaft der aktiven Schicht 2 unter einem sanften
Winkel von etwa 30 Grad relativ zur horizontalen Richtung
aus. Daher wird die Distanz zwischen der aktiven Schicht 2
und der n-Typ-Stromblockierschicht 5 abrupt nach unten
erhöht, so daß eine Breite des Bereichs, durch den der
Leckstrom fließt, übermäßig breit erhöht wird.
Der Winkel θ der Bodenfläche der n-Typ-Stromblockier
schicht 5 ist von einem Winkel einer oberen Fläche der ver
grabenen p-Typ-Schicht 4 abhängig, die unter der n-Typ-
Stromblockierschicht 5 gebildet ist. Mit anderen Worten
tritt die (111) Facette, die eine langsame Wachstumsrate
aufweist, am Beginn des Wachstums im Kristallwachstum der
vergrabenen p-Typ-Schichten 4 auf, und dann tritt eine der
artige Bodenfläche mit einem sanften Winkel von etwa 30 Grad
auf, um ihr Wachstum auf der (111) Facette wegen der Abhän
gigkeit der Wachstumsrate von der Orientierung der Facette
zu beginnen. Eine Position und ein Winkel einer derartigen
Bodenfläche sind sehr empfindlich für eine Höhe des Mesa
teils, eine untere Form des Mesateils, eine Änderung der
Wachstumsraten in jeweiligen Flächenorientierungen aufgrund
der Änderung der Wachstumsbedingungen, etc.
Auch wenn die vergrabene p-Typ-Schicht 4 durch das
MOVPE (metallorganische Dampfphasen-Epitaxie)-Verfahren ge
bildet wird, von dem angegeben wird, daß es eine gute
Steuerbarkeit aufweist, ist es daher schwierig, die Position
der n-Typ-Stromblockierschicht 5 in bezug auf die aktive
Schicht 2 mit guter Reproduzierbarkeit herzustellen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Halbleiterlaser, der eine schmale Distanz zwischen einer
aktiven Schicht und über einem Substrat gebildeten Strom
blockierschichten mit guter Steuerbarkeit implementieren
kann, und ein Verfahren zur Herstellung desselben vorzu
sehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Winkel der
Seitenflächen der aktiven Schicht, die auf der ersten Man
telschicht vom Mesa-Typ gebildet ist, im Bereich von 70 bis
90 Grad relativ zur oberen Fläche der ersten Mantelschicht
eingestellt, dann wird ein Ende der Stromblockierschicht mit
einer Verlängerung von der Seitenfläche zur aktiven Schicht
nach oben in Kontakt gebracht, und dann wird ein Winkel der
Facette der Stromblockierschicht, die von dem einen Ende
unter der aktiven Schicht abwärts verläuft, im wesentlichen
um 55 Grad geneigt.
Da die vergrabenen Schichten, die auf beiden Seiten der
aktiven Schicht vorliegen, verschmälert sind, wird der
Durchgangsbereich für den Leckstrom, der von der zweiten
Mantelschicht, die über der aktiven Schicht angeordnet ist,
zur vergrabenen Schicht fließt, klein gemacht, um so den
Leckstrom zu reduzieren. Folglich kann die Strom-optische
Ausgangsleistung-Charakteristik zur Zeit einer hohen Tempe
ratur und hohen Ausgangsleistung gleichmäßig gemacht werden.
Ein derartiges Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren
kann erzielt werden, indem die aktive Schicht und der untere
Schichtteil der zweiten Mantelschicht sequentiell auf der
ersten Mantelschicht gebildet werden, dann der Mesateil
durch das Mustern der Schichten vom unteren Schichtteil der
zweiten Mantelschicht zum oberen Schichtteil der ersten Man
telschicht unter Verwendung von Trockenätzen gebildet wird,
und dann die Stromblockierschicht auf der vergrabenen
Schicht gebildet wird, wobei das Wachstum der vergrabenen
Schicht so gesteuert wird, daß die (111) Facette vom Seiten
bereich der aktiven Schicht zur unteren Seite davon vor
liegt.
In diesem Fall hat die (111) Facette der vergrabenen
Schicht eine Neigung von etwa 55 Grad relativ zur Substrat
fläche. Zusätzlich kann die Bildung einer weiteren Facette
auf der (111) Facette vorher verhindert werden, indem die
Facette, die parallel zur Seitenfläche des Mesateils gebil
det wird, unter der (111) Facette der vergrabenen Schicht
belassen wird.
Gemäß einer weiteren vorliegenden Erfindung wird auch
der Winkel der Seitenflächen der aktiven Schicht, die auf
der ersten Mantelschicht vom Mesa-Typ gebildet ist, im
Bereich von 70 bis 90 Grad relativ zur oberen Fläche der
ersten Mantelschicht eingestellt, dann wird ein Ende der
Stromblockierschicht mit einer Verlängerung von der Seiten
fläche nach oben in Kontakt gebracht, und dann wird der
Winkel der Facette der Stromblockierschicht, die von dem
einen Ende abwärts verläuft, im wesentlichen um 55 Grad ge
neigt, und dann wird der Winkel der anderen Facette der
Stromblockierschicht, die zur Seite der aktiven Schicht ge
bildet wird, größer eingestellt als ein Winkel der Seiten
flächen der aktiven Schicht, jedoch kleiner als 90 Grad auf
beiden Seiten der aktiven Schicht.
Da die kürzeste Distanz zwischen der Stromblockier
schicht und der aktiven Schicht entlang den gesamten Seiten
flächen der aktiven Schicht eingestellt werden kann, wird
ein Bereich der vergrabenen Schicht dazwischen verschmälert.
Folglich kann der Leckstrom, der durch einen derartigen Be
reich geführt wird, weiter reduziert werden.
Ein derartiges Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren
kann erzielt werden, indem die aktive Schicht und der untere
Schichtteil der zweiten Mantelschicht sequentiell auf der
ersten Mantelschicht gebildet werden, dann der Mesateil
durch das Mustern der Schichten vom unteren Schichtteil der
zweiten Mantelschicht zum oberen Schichtteil der ersten Man
telschicht unter Verwendung von Trockenätzen gebildet wird,
und dann das Wachstum der vergrabenen Schicht so gesteuert
wird, daß die (111) Facette über der aktiven Schicht vor
liegt, und die Facette, die im wesentlichen parallel zur
aktiven Schicht ist, unter der (111) Facette auftritt.
In diesem Fall muß eine Filmdicke der vergrabenen
Schicht zwischen der ersten Mantelschicht und der Strom
blockierschicht ausreichend dick sein, um das EIN Schalten
eines parasitären Thyristors zu verhindern, wobei eine
Filmdicke der vergrabenen Schicht reduziert wird, die auf
der Seitenfläche der aktiven Schicht aufzuwachsen ist. Aus
diesem Grund kann ein derartiges Verfahren vorgesehen
werden, daß eine gewünschte Filmdicke auf der Seitenfläche
der aktiven Schicht unter Verwendung eines chlorhaltigen
Gases beim Wachstum der vergrabenen Schicht gebildet wird,
und dann eine eingeführte Menge des chlorhaltigen Gases
erhöht wird. Demgemäß kann die auf der Substratfläche gebil
dete Filmdicke lokal erhöht werden.
Unter Verwendung der vorliegenden Erfindung wie oben
kann eine Größe der vergrabenen Schicht in der Zone, wo der
Leckstrom fließt, der einen Einfluß auf die Variation der
Charakteristiken bei der hohen Temperatur ausübt, mit guter
Reproduzierbarkeit hergestellt werden. Daher kann die vor
liegende Erfindung einen großen Beitrag zur äußerst gleich
mäßigen Charakteristik des Hochtemperaturbetriebs eines
Halbleiterlasers zur optischen Kommunikation leisten.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die einen Halbleiter
laser im Stand der Technik zeigt;
Fig. 2A bis 2G sind Schnittansichten, die jeweils
Strukturen einer vergrabenen Schicht zeigen, die in einem
Halbleiterlaser einer Ausführungsform der vorliegenden Er
findung gemäß jeweiligen Aufwachsverfahren verwendet wird;
Fig. 3A bis 3C sind Schnittansichten, die Aufwachs
schritte für Schichten eines ersten Beispiels eines Halblei
terlasers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung zeigen;
Fig. 3D ist eine Schnittansicht, welche das erste Bei
spiel des Halbleiterlasers gemäß der Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die ein zweites Beispiel
des Halbleiterlasers gemäß der Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung zeigt;
Fig. 5A bis 5C sind Schnittansichten, die Herstellungs
schritte für ein drittes Beispiel eines Halbleiterlasers
gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
und
Fig. 5D ist eine Schnittansicht, die das dritte Beispiel
des Halbleiterlasers gemäß der Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung zeigt.
So wird nachstehend eine Ausführungsform der vorlie
genden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigeschlossenen
Zeichnungen erläutert.
Fig. 2A bis 2G zeigen Schritte, die durchgeführt werden,
bis die Bildung einer vergrabenen Schicht eines Halbleiter
lasers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung vollendet ist.
Zuerst werden, wie in Fig. 2A gezeigt, eine n-Typ-Puf
ferschicht (n-Typ-Mantelschicht) 22, die aus n-InP mit einer
Filmdicke von 300 bis 1000 nm gebildet ist, eine MQW (Multi
quantenmulden)-aktive Schicht 23, die aus undotiertem
InGaAsP mit einer Filmdicke von 200 bis 300 nm gebildet ist,
und eine erste p-Typ-Mantelschicht 24, die aus p-InP mit
einer Filmdicke von 250 bis 700 nm gebildet ist, auf einer
(100) Facette eines n-InP-Substrats 21 durch das MOVPE-Ver
fahren gebildet.
Das InP wird unter Verwendung von Trimethylindium
(TMIn) und Phosphin (PH3) als Materialgas aufgewachsen. Das
InGaAsP wird unter Verwendung von TMIn, PH3, Arsin (AsH3)
und Triethylgallium (TEGa) als Materialgas aufgewachsen. Es
wird auch Dimethylzink (DMZn) als p-Typ-Dotierungsmittel
verwendet, und Silan (SiH4) wird als n-Typ-Dotierungsmittel
verwendet.
Die MQW-aktive Schicht 23 umfaßt beispielsweise fünf
periodische Muldenschichten aus InGaAsP mit einer Dicke von
6 nm und 1% Druckdehnung, Sperrschichten, die jeweils zwi
schen den Muldenschichten gebildet und aus InGaAsP gebildet
sind, dessen Gitter mit InP übereinstimmt, und das eine
Dicke von 10 nm aufweist, und Lichtleiterschichten, welche
jeweils auf und unter der Quantenmuldenstruktur gebildet
sind, die aus Mulden- und Sperrschichten besteht, und aus
InGaAsP mit einer Dicke von 100 nm gebildet sind. Jede der
Sperrschichten und Lichtleiterschichten ist aus InGaAsP ge
bildet, dessen Bandlückenwellenlänge 1,1 µm beträgt. Dem
gemäß kann ein Halbleiterlaser gebildet werden, dessen
Wellenlängenband 1,3 µm beträgt.
In diesem Fall ist eine Schichtstruktur der MQW-aktiven
Schicht 23 nicht auf eine derartige Struktur beschränkt. Die
aktive Schicht kann auch aus einem InGaAsP-System gebildet
sein, das ein 1,55 µm Band, ein 1,48 µm Band und andere
Wellenlängenbänder vorsehen kann.
Eine Verunreinigungskonzentration der n-InP-Puffer
schicht 22 beträgt etwa 5 × 1017 Atome/cm3, und eine Verun
reinigungskonzentration der p-InP-Mantelschicht 24 beträgt
etwa 5 × 1017 Atome/cm3.
Sowohl die aus n-InP unter der aktiven Schicht 23 ge
bildete n-InP-Pufferschicht 22 als auch das n-InP-Substrat
21 wirken als n-Typ-Mantelschicht.
Nachdem das oben beschriebene erste Filmwachstum been
det wurde, wird ein dielektrischer Film, z. B. ein SiO2-Film,
mit einer Dicke von etwa 0,3 µm auf der ersten p-InP-p-Typ-
Mantelschicht 24 durch das CVD-Verfahren gebildet. Dann wird
der dielektrische Film durch das Photolithographie-Verfahren
zu einem schmalen Streifen 25 gemustert, der eine Breite von
etwa 1,5 µm aufweist und entlang der (011) Richtung ver
läuft. Der dielektrische Streifen 25 wird als Maske ver
wendet.
Dann wird, wie in Fig. 2B gezeigt, die p-InP-Mantel
schicht 24 zum n-InP-Substrat 21, die nicht mit der Maske
bedeckt sind, bis zu einer Tiefe von nahezu 2 bis 3 µm
geätzt, um so einen Mesateil 26 unter der Maske 25 zu bil
den. Der Mesateil 26 ist ein Vorsprung, der eine mesaartige
Querschnittsform und eine streifenförmige planare Form auf
weist. Das Ätzen wird durch das RIE (reaktives Ionenätzen)-
Verfahren durchgeführt, und verwendet ein Gas vom Ethan-Typ,
z. B. ein gemischtes Gas aus C2H6, O2 und H2.
Dann werden die Flächen der Verbindungshalbleiter
schichten, die durch das Trockenätzen beschädigt sind, durch
eine Säurebehandlung, wie Schwefelsäure, etc., entfernt.
Dann wird eine vergrabene p-InP-Schicht 27 auf vertieften
Bereichen auf beiden Seiten des Mesateils 26 aufgewachsen.
Wie in Fig. 2C bis 2G gezeigt, wird diese vergrabene
p-InP-Schicht 27 gemäß den folgenden Schritten aufgewachsen.
Zuerst wird die Maske 25 nicht von einer Oberfläche des
Mesateils 26 wie ein Schirm verlängert. Die Seitenflächen
des Mesateils 26 werden auch scharf geneigt, um 70 Grad oder
mehr relativ zur horizontalen Richtung (d. h. der Substrat
fläche) aufzuweisen.
Unter derartigen Bedingungen wird die vergrabene p-InP-
Schicht 27 durch das zweite MOVPE-Verfahren gebildet. Beim
Aufwachsen dieser vergrabenen p-InP-Schicht 27 kann ein
Überwachsen von InP auf der Maske 25 verhindert werden,
indem TMIn und PH3 als Materialgas in eine Reaktionskammer
einer MOVPE-Ausrüstung eingeführt werden, und auch Methyl
chlorid (CH3Cl) zusammen mit dem Materialgas in die Reak
tionskammer eingeführt wird, so daß (111) Facetten von
beiden Rändern der Oberfläche des Mesateils 26 aufgewachsen
werden können.
Wie in Fig. 2C für die vergrabene p-InP-Schicht 27 ge
zeigt, treten insbesondere die (111) Facetten nach unten von
den Rändern der Oberfläche des Mesateils 26 auf, und zwei
Facetten, die im wesentlich parallel zu den Seitenflächen
des Mesateils 26 sind, treten auf beiden Seiten des Mesa
teils 26 auf, andere zwei Facetten, die einen sanften Winkel
von etwa 30 Grad relativ zur Substratfläche aufweisen,
treten in der Nachbarschaft des Bodenteils des Mesateils 26
auf, und (100) Facetten treten auf der Substratfläche auf
beiden Seiten des Mesateils 26 auf.
Wie in Fig. 2D gezeigt, verlaufen, indem das Wachstum
der vergrabenen p-InP-Schicht 27 beibehalten wird, die (111)
Facetten schräg nach unten, um sich weiter auszubreiten,
wobei die beiden Facetten, die parallel zu den Seitenflächen
des Mesateils 26 sind, entlang den Seitenflächen verkürzt
sind. Mit dem Fortschreiten des Wachstums nähern sich auch
die beiden Facetten, die am Beginn des Wachstums im wesent
lichen parallel zu beiden Seiten des Mesateils 26 sind, all
mählich der vertikalen Richtung relativ zur Substratfläche.
Wie in Fig. 2E gezeigt, verschwinden mit dem weiteren
Fortschreiten des Wachstums der vergrabenen p-InP-Schicht 27
die beiden Flächen, die zu beiden Seiten des Mesateils 26 im
wesentlichen parallel sind.
Wie in Fig. 2F und 2G gezeigt, werden die anderen beiden
Facetten der vergrabenen Schicht 27 jeweils von nahe dem
Boden des Mesateils 26 aufgewachsen, um den sanften Winkel
von etwa 30 Grad aufzuweisen, erodieren die (111) Facetten
gemäß dem weiteren Fortschreiten des Wachstums der vergra
benen p-InP-Schicht 27, und daher sind die (111) Facetten
verkürzt. Dieses Auftreten der obigen Formen ist auf die
Differenz der Wachstumsraten in jeweiligen Facetten
orientierungen zurückzuführen.
Im Laufe des obigen Wachstums der vergrabenen p-InP-
Schicht 27 treten nicht angegebene Flächen und Übergangs
zonen in der Zone auf, wo ein Winkel der Fläche geändert
wird (Eckpositionen), sie sind jedoch in der Figur weg
gelassen.
Gemäß dem obigen Unterschied in den Formen im Laufe des
Wachstums der vergrabenen p-InP-Schicht 27 ist es möglich,
einen Halbleiterlaser mit einer im folgenden beschriebenen
Struktur zu bilden. In diesem Fall erfolgt in drei folgenden
Beispielen des Halbleiterlasers eine Erläuterung, wobei Pro
zesse weggelassen werden, die erforderlich sind, bis der
Mesateil 26 gebildet ist.
Der im folgenden beschriebene Halbleiterlaser zeigt ein
Beispiel, bei dem das Wachstum der vergrabenen p-InP-Schicht
27 zu dem Zeitpunkt gestoppt wird, wenn die Facetten, die
parallel zu den Seitenflächen des Mesateils 26 gebildet
werden, der vergrabenen p-InP-Schicht 27 verschwinden, und
dann wird eine Stromblockierschicht gebildet.
Insbesondere, wie in Fig. 3A gezeigt, werden die (111)
Facetten, 30 Grad geneigte Flächen, und die (100) Facetten
der vergrabenen p-InP-Schicht 27, deren Wachstum vollendet
wurde, sequentiell entlang der Richtung von den Rändern der
Oberfläche des Mesateils 26 zum Boden freigelegt.
In diesem Fall beträgt eine Dicke der aktiven Schicht
23 etwa 0,3 µm, eine Dicke der ersten p-Typ-Mantelschicht 24
beträgt 0,4 µm, eine Höhe des Mesateils 26 beträgt etwa
2 µm, und ein Winkel der Seitenfläche der aktiven Schicht 23
des Mesateils 26 beträgt etwa 83 Grad. Zusätzlich beträgt
eine Filmdicke des flachen Teils der vergrabenen p-InP-
Schicht 27 0,7 µm, und ein Winkel der (111) Facette der ver
grabenen p-InP-Schicht 27 beträgt etwa 55 Grad relativ zur
horizontalen Linie.
Wenn unter derartigen Bedingungen, wie in Fig. 3B ge
zeigt, eine n-InP-Stromblockierschicht 28 auf der vergra
benen p-InP-Schicht 27 auf beiden Seiten des Mesateils 26
gebildet wird, hat die Bodenfläche der n-InP-Stromblockier
schicht 28 dieselbe Form wie die obere Fläche der vergra
benen p-InP-Schicht 27. Ein Ende der n-InP-Stromblockier
schicht 28 ist auch 0,4 µm über der aktiven Schicht 23
entlang einer Verlängerung der Seitenfläche des Mesateils 26
positioniert.
In diesem Fall beträgt eine Filmdicke der vergrabenen
p-InP-Schicht 27 etwa 0,4 µm am unteren Ende der Seitenflä
che der aktiven Schicht 24. Eine kürzeste Distanz vom oberen
Ende der aktiven Schicht 24 zur n-InP-Stromblockierschicht
28 beträgt etwa 0,19 µm. Die Dicke der ersten p-Typ-Mantel
schicht 24 und eine Neigung der Seitenfläche des Mesateils
26 können so angepaßt werden, daß diese kürzeste Distanz im
Bereich von 0,1 bis 0,3 µm liegt.
Wenn eine Filmdicke der n-InP-Stromblockierschicht 28
auf etwa 0,9 µm in der flachen Zone eingestellt wird, ver
läuft die (111) Facette als Bodenfläche der n-InP-Strom
blockierschicht 28, die eine Begrenzung zwischen der vergra
benen p-InP-Schicht 27 und der n-InP-Stromblockierschicht 28
darstellt, unter der aktiven Schicht 24 von ihrem einen
Ende, das der ersten p-Typ-Mantelschicht 24 am nächsten
liegt. Als obere Fläche der n-InP-Stromblockierschicht 28
treten sequentiell eine nach oben geneigte Fläche mit der
(111) Facette, eine flache Fläche und eine nach unten ge
neigte Fläche von ihrem einen Ende auf, das mit der Seiten
fläche des Mesateils 26 in Kontakt steht.
Nachdem das Wachstum einer derartigen n-InP-Strom
blockierschicht 28 beendet wurde, und dann die Maske 25
entfernt wurde, geht das Verfahren zum dritten Kristall
wachstumsschritt.
Wie in Fig. 3C gezeigt, wird im dritten MOVPE-Kristall
wachstum eine zweite p-Typ-Mantelschicht 29, die aus p-InP
gebildet ist, um eine Filmdicke von etwa 1,5 µm aufzuweisen,
auf der n-InP-Stromblockierschicht 28 und der ersten p-Typ-
Mantelschicht 24 gebildet. Dann werden eine Zwischenschicht
30, die aus p-InGaAsP mit einer Filmdicke von 0,2 µm gebil
det ist, und eine Kontaktschicht 31, die aus p+-Typ-InGaAs
mit einer Filmdicke von 0,5 µm gebildet ist, auf der zweiten
p-Typ-Mantelschicht 29 gebildet.
Als nächstes wird, wie in Fig. 3D gezeigt, eine p-seiti
ge Elektrode 32 aus Ti/Pt/Au auf der Kontaktschicht 31 ge
bildet, und dann wird eine n-seitige Elektrode 33 aus
AuGe/Au auf der unteren Fläche des n-InP-Substrats 21 ge
bildet.
In diesem Fall sind die oben angegebenen Filmdicken
Werte in den flachen Zonen, wenn sie nicht gesondert erwähnt
werden.
Mit dem obigem wurde eine Grundstruktur des Halbleiter
lasers vollendet.
Da gemäß dem obigen Halbleiterlaser die Fläche, die
nahe dem Mesateil 26 der n-InP-Stromblockierschicht 28
liegt, einen Winkel von 55 Grad relativ zur horizontalen
Fläche aufweist, wird die n-InP-Stromblockierschicht 28 nahe
der aktiven Schicht in einer Distanz von weniger als 0,2 µm
positioniert.
Demgemäß kann die Zone, in der die erste p-Typ-Mantel
schicht 24, die zweite p-Typ-Mantelschicht 29 und die ver
grabene p-InP-Schicht 27 gekoppelt werden, mehr als im Stand
der Technik verschmälert werden, und so kann ein Leckstrom,
der durch eine derartige Zone geführt wird, reduziert
werden.
Da die Wachstumsbedingung der vergrabenen Schicht 27,
etc., so eingestellt ist, daß die (111) Facette, die in der
Nachbarschaft der aktiven Schicht 23 auftritt, der vergra
benen p-InP-Schicht 27 unter die aktive Schicht 23 verlän
gert werden kann, kann ferner die (111) Facette auf beiden
Seiten der aktiven Schicht 23 positioniert werden, auch wenn
eine Höhe des Mesateils 26 aufgrund eines Herstellungs
fehlers geringfügig geändert wird.
Daher wird eine Distanz zwischen der n-InP-Strom
blockierschicht 28 und der aktiven Schicht 23 im wesentli
chen von einer Distanz von der aktiven Schicht 23 zur Ober
fläche des Mesateils 26 (d. h. der ersten p-Typ-Mantelschicht
24) festgelegt, und der Fehler in der Distanz zwischen der
n-InP-Stromblockierschicht 28 und der aktiven Schicht 23 bei
der Herstellung ist nur von der Abweichung des Winkels der
Seitenfläche des Mesateils 26 abhängig. Demgemäß ist die
kürzeste Breite der Zone, durch die der Leckstrom fließt,
d. h. eine kürzeste Distanz des Spielraums zwischen der
n-InP-Stromblockierschicht 28 und der aktiven Schicht 23,
nicht von den Wachstumsbedingungen der Filme und der Ver
schiebung der Höhe des Mesateils 26 bei der Herstellung
abhängig. Folglich kann eine Größe des Leckstroms stabil
reduziert werden, die Strom-optische Ausgangsleistung-
Charakteristik kann zur Zeit einer hohen Temperatur und
hohen Ausgangsleistung gleichmäßig gemacht werden, und die
Reproduzierbarkeit kann verbessert werden.
Zusätzlich ist im ersten Beispiel die obere (111)
Facette der n-InP-Stromblockierschicht 28 unter einem Winkel
von etwa 55 Grad geneigt, und so ist der oberste Teil der
(111) Facette höher positioniert als der Mesateil 26. Wenn
die oberen Teile der n-InP-Stromblockierschicht 28, die auf
beiden Seiten des Mesateils 26 angeordnet sind, zur aktiven
Schicht 23 wie eine verjüngte Form schmäler gemacht werden,
kann auf diese Weise der Injektionsstrom effektiv in den
oberen Bereich der aktiven Schicht 23 gesammelt werden, da
die Filmdicke der n-InP-Stromblockierschicht 28 plötzlich in
der Nachbarschaft der aktiven Schicht 23 stark erhöht wird.
Es besteht jedoch keine Notwendigkeit, daß die oberen
Teile der n-InP-Stromblockierschicht 28 immer auf beiden
Seiten des Mesateils 26 angehoben sein sollten.
Da, wie oben beschrieben, die Seitenflächen des Mesa
teils 26 äußerst nahe bei der vertikalen Richtung, wie etwa
83 Grad, gebildet sind, kann auch die Distanz zwischen den
n-InP-Schichten (der n-InP-Pufferschicht 22 und dem n-InP-
Substrat) unter der aktiven Schicht 23 und der n-InP-Strom
blockierschicht 28 weit nach unten ausgebreitet werden.
Daher ist es schwierig, einen pnpn-Thyristor EIN zu schal
ten, der aus den p-Typ-Mantelschichten 24 und 29, der n-InP-
Stromblockierschicht 28, der vergrabenen p-InP-Schicht 27
und den n-InP-Schichten (der n-InP-Pufferschicht 22 und dem
n-InP-Substrat 21) besteht, die als unterster Teil des Mesa
teils 26 gebildet sind.
Wenn nur die kürzeste Distanz zwischen der n-InP-Strom
blockierschicht 28 und der aktiven Schicht 23 berücksichtigt
wird, ist es folglich möglich, eine derartige kürzeste Di
stanz in einer sich sanft ausbreitenden Mesaform zu steuern,
in der jeweilige Schichten, die niedriger sind als die
aktive Schicht 23, durch Naßätzen gebildet werden. Vom
Standpunkt der Stromblockiercharakteristik des Thyristors
ist es jedoch möglich zu sagen, daß der Mesateil 26 mit den
Seitenflächen, die nahezu entlang der vertikalen Richtung
gebildet sind, wie durch Trockenätzen gebildet, vorzuziehen
ist, wie das erste Beispiel.
Ein zweites Beispiel des Halbleiterlasers ist durch
eine Struktur gekennzeichnet, in der, da die Höhe des Mesa
teils 26 höher eingestellt ist, wie etwa 2,5 µm, die p-InP-
Flächen, die parallel zu den Seitenflächen des Mesateils
sind, weiter auf der vergrabenen p-InP-Schicht 27 in der
Stufe bleiben können, wo das Wachstum der vergrabenen p-InP-
Schicht 27 vollendet ist. Mit anderen Worten wird im zweiten
Beispiel das Wachstum der vergrabenen p-InP-Schicht in der
in Fig. 2E gezeigten Stufe gestoppt.
Nachdem eine derartige vergrabene p-InP-Schicht 27 ge
bildet wurde, wie das erste Beispiel, wird die n-InP-Strom
blockierschicht 28 auf der vergrabenen p-InP-Schicht 27 ge
bildet, dann wird die Maske 25 entfernt, und dann werden die
zweite p-Typ-Mantelschicht 29, die p-InGaAsP-Zwischenschicht
30 und die Kontaktschicht 31, die aus p+-Typ-InGaAs gebildet
ist, auf der n-InP-Stromblockierschicht 28 und der ersten
p-Typ-Mantelschicht 24 durch das MOVPE-Verfahren gebildet.
Dann kann ein Halbleiterlaser mit einer in Fig. 4 gezeigten
Struktur erhalten werden, indem die p-seitige Elektrode 32
und die n-seitige Elektrode 33 gebildet werden.
Wenn, wie oben beschrieben, die p-InP-Flächen, die
parallel zu den Seitenflächen des Mesateils 26 sind, weiter
auf einem Teil der vergrabenen p-InP-Schicht 27 bleiben,
bevor die vergrabene p-InP-Schicht 27 aufgewachsen wird,
kann das p-InP nicht auf der (111) Facette der vergrabenen
p-InP-Schicht 27 wachsen, auch wenn die Wachstumsrate der
vergrabenen p-InP-Schicht 27 gemäß irgendeiner Änderung der
Bedingungen geringfügig variiert wird. Folglich kann die
Steuerung der Dicke des p-InP-Films auf der aktiven Schicht
23, d. h. die Steuerung der Distanz zwischen der n-InP-Strom
blockierschicht 28 und der aktiven Schicht 23, leichter ohne
Fehler durchgeführt werden.
Im obigen ersten Beispiel wird das Wachstum der vergra
benen p-InP-Schicht 27 in der Situation zwischen Fig. 2E und
Fig. 2F gestoppt, und dann wird die n-InP-Stromblockier
schicht 28 gebildet.
Im Gegensatz dazu wird im dritten Beispiel das Wachstum
der vergrabenen p-InP-Schicht 27 in der Situation nahe bei
Fig. 2D gestoppt, und dann werden Schritte des Aufwachsens
der n-InP-Stromblockierschicht, etc., verwendet.
Hinsichtlich der Flächenform der vergrabenen Schicht
27, nachdem ihr Wachstum beendet wurde, tritt, wie in Fig. 5A
gezeigt, insbesondere die (111) Facette schräg nach unten
von den Rändern der Oberfläche des Mesateils 26 auf,
Flächen, die nahezu parallel zu den Seitenflächen des Mesa
teils 26 sind, treten auf beiden Seiten der aktiven Schicht
23 auf, und 30 Grad geneigte Flächen und (100) Facetten
treten unter der aktiven Schicht 23 auf. In diesem Fall sind
obere Flächen der vergrabenen p-InP-Schicht 27, die zur
aktiven Schicht 23 im wesentlichen parallel sind, stärker
geneigt als die Seitenflächen der aktiven Schicht 23, jedoch
schwächer als ein rechter Winkel zur Substratfläche.
In diesem Fall beträgt eine Höhe des Mesateils 26 etwa
2 µm, eine Dicke der aktiven Schicht 23 des Mesateils 26 be
trägt etwa 0,3 µm, und ein unteres Ende der aktiven Schicht
23 ist etwa 1,3 µm über dem Boden des Mesateils 26 positio
niert. Eine Filmdicke des flachen Teils der vergrabenen
p-InP-Schicht 27 beträgt auch 0,6 µm, und ein Winkel der
(111) Facette der vergrabenen p-InP-Schicht 27 beträgt etwa
55 Grad relativ zur Substratfläche (horizontalen Fläche).
Ferner beträgt eine Dicke der vergrabenen p-InP-Schicht 27
etwa 0,2 µm auf den Seitenflächen der aktiven Schicht 23 des
Mesateils 26.
Wenn die vergrabene p-InP-Schicht 27 mit einem derar
tigen Profil aufgewachsen wird, sind die folgenden Bedingun
gen erforderlich.
Zuerst wird es bevorzugt, daß der Mesateil 26 durch
Trockenätzen gebildet werden sollte, so daß die Seitenflä
chen nahezu vertikal in bezug auf die Substratfläche gebil
det werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Film
wachstum rasch auf der Fläche fortschreitet, die nahe einer
(211) Facette positioniert ist, und wenn in Fig. 1 gezeigte
sanft geneigte Flächen auf den Seitenflächen des Mesateils
auftreten, wenn der Mesateil durch Naßätzen gebildet wird,
verschwinden so die Flächen der vergrabenen p-InP-Schicht 27
rasch, die nahezu parallel zu den Seitenflächen des Mesa
teils 26 sind.
Da die vergrabene p-InP-Schicht 27 nur auf den Seiten
flächen der aktiven Schicht 23 aufgewachsen wird, um eine
Filmdicke von etwa 0,2 µm aufzuweisen, kann ferner die ver
grabene p-InP-Schicht 27 nicht dick auf der horizontalen
Fläche (der Substratfläche) durch ein einfaches Verfahren
nur unter Verwendung des Materialgases gebildet werden.
Wenn die Filmdicke des flachen Teils der vergrabenen
p-InP-Schicht 27 auf dem n-InP-Substrat 21 dünn wird, dann
wird der auf beiden Seiten des Mesateils gebildete
pnpn-Thyristor leicht EIN geschaltet, um so den Leckstrom zu
erhöhen. Daher wird in der vorliegenden Struktur ein derar
tiges Verfahren verwendet, daß die vergrabene p-InP-Schicht
27 eine Dicke von 0,2 µm auf der aktiven Schicht 23 auf
weist, und eine Dicke von 0,6 µm auf der horizontalen Fläche
des n-InP-Substrats 21 aufweist.
Als tatsächliches Verfahren werden, wie im ersten Bei
spiel, TMIn, PH3 sowie CH3Cl in einer sehr geringen Menge
(der Partialdruck beträgt nahezu 14 mTorr) in die Reaktions
kammer als Materialgas eingeführt, dann wird die p-InP-
Schicht mit einer Dicke von etwa 0,2 µm auf den Seitenflä
chen des Mesateils 26 und der horizontalen Fläche aufge
wachsen, dann wird eine eingeführte Menge an CH3Cl auf einen
Partialdruck von etwa 92 mTorr erhöht, und dann wird das
p-InP in einer Dicke von etwa 0,4 µm aufgewachsen.
Wenn eine Flußrate von CH3Cl allmählich zu der Zeit er
höht wird, wenn die p-InP-Schicht, welche die vergrabene
Schicht 27 bildet, aufgewachsen wird, wird die Wachstumsrate
auf den Seitenflächen des Mesateils 26 im Gegensatz zur
Wachstumsrate auf der Substratfläche abrupt gesenkt, und
schließlich wird die p-InP-Schicht selten auf den Seiten
flächen des Mesateils 26 aufgewachsen, sondern nur die Dicke
der p-InP-Schicht wird auf der Substratfläche erhöht. Gemäß
einem derartigen Verfahren kann die vergrabene p-InP-Schicht
27 mit einer in Fig. 5A gezeigten Querschnittsform gebildet
werden, so daß die pnpn-Thyristorstruktur vorgesehen werden
kann, bei der nur die p-InP-Schicht auf den Seitenflächen
des Mesateils 26 dünn gebildet ist.
In diesem Fall wird das untere Ende der Flächen, die
nahezu parallel zu den Seitenflächen des Mesateils 26 sind,
der vergrabenen p-InP-Schicht 27 im wesentlichen auf einer
Verlängerung der Bodenfläche der aktiven Schicht 23 posi
tioniert.
Wie in Fig. 5B gezeigt, wird, nachdem die vergrabene
p-InP-Schicht 27 gebildet wurde, wie oben, eine n-InP-Strom
blockierschicht 28a auf der vergrabenen p-InP-Schicht 27 auf
beiden Seiten des Mesateils 26 aufgewachsen. Eine Form der
Bodenfläche der n-InP-Stromblockierschicht 28a ist ähnlich
der oberen Fläche der vergrabenen p-InP-Schicht. In diesem
Fall steht, wie im ersten Beispiel, das eine Ende der n-InP-
Stromblockierschicht 28a mit den Rändern der Oberfläche der
ersten p-Typ-Mantelschicht 24 in Kontakt, und die (111)
Facetten der n-InP-Stromblockierschicht 28a treten jeweils
schräg nach oben und nach unten von einem derartigen einen
Ende auf.
Daher ist die n-InP-Stromblockierschicht 28a nahezu
parallel zur Seitenfläche der aktiven Schicht 23 und ist von
einer derartigen Seitenfläche 0,2 µm in der Zone getrennt,
wo die n-InP-Stromblockierschichten 28a den Seitenflächen
der aktiven Schicht 23 gegenüberliegen.
Gemäß einer derartigen Struktur kann der Leckstrom re
duziert werden, der von den n-InP-Stromblockierschichten 28a
in die unter der aktiven Schicht 23 gebildete n-InP-Schicht
durch die schmale vergrabene p-InP-Schicht 27 fließt.
Nachdem das Wachstum einer derartigen n-InP-Strom
blockierschicht 28a beendet wurde, und dann die Maske 25
entfernt wurde, geht der Prozeß zum dritten Kristallwachs
tumsschritt.
Wie in Fig. 5C gezeigt, wird im dritten Kristallwachstum
eine zweite p-InP-Mantelschicht 29a, die eine Filmdicke von
etwa 1,5 µm aufweist, auf der n-InP-Stromblockierschicht 28a
und der ersten p-InP-Mantelschicht 24 gebildet. Dann werden
die Zwischenschicht 30, die aus p-InGaAsP mit einer Dicke
von 0,2 µm gebildet ist, und die Kontaktschicht 31, die aus
p+-Typ-InGaAs mit einer Dicke von 0,5 µm gebildet ist, auf
der zweiten p-InP-Mantelschicht 29a gebildet.
Als nächstes wird, wie in Fig. 5D gezeigt, die p-seitige
Elektrode 32 aus Ti/Pt/Au auf der Kontaktschicht 31 gebil
det, und dann wird die n-seitige Elektrode 33 aus AuGe/Au
auf der unteren Fläche des n-InP-Substrats 21 gebildet.
Mit dem obigen wurde eine Grundstruktur des Halbleiter
lasers vollendet.
Gemäß dem obigen hat der Halbleiterlaser eine derartige
Struktur, daß ein Teil der Fläche der vergrabenen p-InP-
Schicht 27, die auf beiden Seiten der aktiven Schicht 23 an
geordnet ist, nahezu parallel zu den Seitenflächen des Mesa
teils 26 (der aktiven Schicht 23) gebildet ist.
Da der kürzeste Teil der Distanz zwischen der aktiven
Schicht 23 und der n-InP-Stromblockierschicht 28a nicht auf
einen Punkt auf der Seitenfläche der aktiven Schicht 23 be
schränkt ist, sondern sich auf den gesamten Bereich der Sei
tenfläche der aktiven Schicht 23 ausbreitet, kann demgemäß
der Vorteil der Reduktion des Leckstroms mehr als beim Halb
leiterlaser im ersten Beispiel erhöht werden, und die Strom
optische Ausgangsleistung-Charakteristik kann zur Zeit einer
hohen Temperatur und hohen Ausgangsleistung gleichmäßig
gemacht werden. Im Gegensatz zum ersten Beispiel kann die
Distanz zwischen der aktiven Schicht 23 und der n-InP-Strom
blockierschicht 28a nicht automatisch festgelegt werden, und
daher wird eine derartige Distanz durch die aufgewachsene
Filmdicke der vergrabenen p-InP-Schicht 27 gesteuert.
Die Steuerbarkeit der Wachstumsrate auf einer bestimm
ten Facette, die vor der Bildung der vergrabenen p-InP-
Schicht 27 gebildet wird, ist jedoch der Positionssteuerung
der Fläche überlegen, die während des Wachstums im Stand der
Technik neu auftritt.
Mit anderen Worten werden die Seitenflächen des Mesa
teils 26 vor der Bildung der vergrabenen p-InP-Schicht 27
festgelegt. Obwohl die Steuerung des Filmwachstums auf den
Seitenflächen der Wachstumssteuerung des Films auf der
perfekt flachen Substratfläche unterlegen ist, kann eine
Steuerbarkeit von nahezu 0,01 µm erzielt werden. Folglich
kann die Gleichmäßigkeit der Filmdicke im Gegensatz zum
Stand der Technik bemerkenswert verbessert werden.
Im dritten Beispiel tritt auch die Mesawinkelabhängig
keit der Wachstumsrate der vergrabenen p-InP-Schicht 27
nicht im Bereich einiger Winkel auf. Ferner kann eine
winzige Fluktuation des Mesawinkels durch das Wachstum der
vergrabenen p-InP-Schicht 27 absorbiert werden.
Obwohl in den obigen drei Beispielen die Erläuterung
unter Verwendung des Halbleiterlasers vom Fabry-Perot-Typ
erfolgte, ist es selbstverständlich, daß die vorliegende Er
findung bei einer optischen Anordnung mit einer ähnlichen
vergrabenen Heterostruktur verwendet werden kann, wie einem
DFB (Distributed-Feedback)-Laser oder einem DBR
(Distributed-Bragg-Reflektor)-Laser mit dem Beugungsgitter,
einem Laser mit schmalem Strahlungswinkel, bei dem ein ver
jüngter Wellenleiter integriert ist, einem optischen Halb
leiterverstärker oder dgl.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Er
findung ein Winkel der Seitenflächen der aktiven Schicht,
die auf der ersten Mantelschicht vom Mesa-Typ gebildet ist,
im Bereich von 70 bis 90 Grad relativ zur oberen Fläche der
ersten Mantelschicht eingestellt, dann wird ein Ende der
Stromblockierschicht mit einer Verlängerung der Seitenfläche
nach oben in Kontakt gebracht, und dann wird ein Winkel der
Facette der Stromblockierschicht, die nach unten von einem
Ende unter der aktiven Schicht verläuft, im wesentlichen um
55 Grad geneigt. Da die vergrabenen Schichten, die auf
beiden Seiten der aktiven Schicht existieren, verschmälert
sind, wird der Durchgangsbereich für den Leckstrom, der von
der zweiten Mantelschicht, die über der aktiven Schicht an
geordnet ist, zur vergrabenen Schicht fließt, klein gemacht,
um so den Leckstrom zu reduzieren, und die Strom-optische
Leistung-Charakteristik kann auch zur Zeit einer hohen Tem
peratur und hohen Ausgangsleistung gleichmäßig gemacht
werden.
Ferner wird gemäß einer weiteren vorliegenden Erfindung
der Winkel der Seitenflächen der aktiven Schicht, die auf
der ersten Mantelschicht vom Mesa-Typ gebildet ist, im
Bereich von 70 bis 90 Grad relativ zur oberen Fläche der
ersten Mantelschicht eingestellt, dann wird ein Ende der
Stromblockierschicht mit einer Verlängerung der Seitenfläche
nach oben in Kontakt gebracht, und dann wird der Winkel der
Facetten der Stromblockierschicht, die nach unten von dem
einen Ende verläuft, im wesentlichen um 55 Grad geneigt, und
dann wird der Winkel der anderen Facette der Stromblockier
schicht, die auf der Seite der aktiven Schicht gebildet ist,
größer eingestellt als ein Winkel der Seitenflächen der
aktiven Schicht, jedoch kleiner als 90 Grad auf beiden Sei
ten der aktiven Schicht. Daher kann die kürzeste Distanz
zwischen der Stromblockierschicht und der aktiven Schicht
entlang der gesamten Seitenfläche der aktiven Schicht
eingestellt werden, und so wird ein Bereich der vergrabenen
Schicht zwischen ihnen verschmälert. Folglich kann der
Leckstrom, der durch einen derartigen Bereich geführt wird,
weiter reduziert werden.
Claims (18)
1. Halbleiterlaser, mit:
einer ersten Mantelschicht (22), die aus einem Verbin dungshalbleiter gebildet ist, der eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält, und einen mesaförmigen Vorsprung aufweist;
einer aktiven Schicht (23), die auf dem Vorsprung wie ein Streifen gebildet ist, und Seitenflächen aufweist, die unter einem Winkel von mehr als 70 Grad, jedoch weniger als 90 Grad relativ zu einer oberen Fläche der ersten Mantel schicht (22) geneigt sind;
vergrabenen Schichten (27), die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten, welche von der an beiden Seiten des Vorsprungs gebildeten Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist;
Stromblockierschichten (28), die jeweils ein Ende auf weisen, das mit einer virtuellen Fläche in Kontakt steht, die durch die Verlängerung einer Seitenfläche der aktiven Schicht (23) nach oben erhalten wird, und die eine erste Facette aufweist, welche von dem einen Ende nach unten ver läuft und etwa 55 Grad relativ zur oberen Fläche der ersten Mantelschicht (22) geneigt ist, und wobei die Blockier schichten (28) die auf jeder vergrabenen Schicht (27) gebil dete Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten; und
einer zweiten Mantelschicht (24, 29), welche die auf den Stromblockierschichten (28) und der aktiven Schicht (23) gebildete Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthält.
einer ersten Mantelschicht (22), die aus einem Verbin dungshalbleiter gebildet ist, der eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält, und einen mesaförmigen Vorsprung aufweist;
einer aktiven Schicht (23), die auf dem Vorsprung wie ein Streifen gebildet ist, und Seitenflächen aufweist, die unter einem Winkel von mehr als 70 Grad, jedoch weniger als 90 Grad relativ zu einer oberen Fläche der ersten Mantel schicht (22) geneigt sind;
vergrabenen Schichten (27), die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten, welche von der an beiden Seiten des Vorsprungs gebildeten Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist;
Stromblockierschichten (28), die jeweils ein Ende auf weisen, das mit einer virtuellen Fläche in Kontakt steht, die durch die Verlängerung einer Seitenfläche der aktiven Schicht (23) nach oben erhalten wird, und die eine erste Facette aufweist, welche von dem einen Ende nach unten ver läuft und etwa 55 Grad relativ zur oberen Fläche der ersten Mantelschicht (22) geneigt ist, und wobei die Blockier schichten (28) die auf jeder vergrabenen Schicht (27) gebil dete Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten; und
einer zweiten Mantelschicht (24, 29), welche die auf den Stromblockierschichten (28) und der aktiven Schicht (23) gebildete Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthält.
2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei welchem jede der
Begrenzungen zwischen Seitenflächen der ersten Mantelschicht
(22) des Vorsprungs und den vergrabenen Schichten (27) zu
einer Position, die niedriger ist als eine niedrigste Posi
tion jeder der Stromblockierschichten (28), unter einem Win
kel von größer als 70 Grad, jedoch kleiner als 90 Grad ver
läuft.
3. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei welchem eine
kürzeste Distanz zwischen der aktiven Schicht (23) und jeder
der Stromblockierschichten (28) in einem Bereich von 0,1 bis
0,3 µm eingestellt ist.
4. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei welchem jede der
Stromblockierschichten (28) eine Facette aufweist, die unter
einem Winkel von etwa 55 Grad relativ zu einer Substratflä
che nach oben geneigt ist, um sich zu einer lateralen Seite
der aktiven Schicht (23) von dem einen Ende auszubreiten.
5. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei welchem eine
untere Fläche jeder der Stromblockierschichten (28), zusätz
lich zur ersten Facette, eine zweite Facette, die unter der
aktiven Schicht (23) positioniert ist, um einen Winkel von
mehr als 55 Grad aufzuweisen, eine dritte Facette, die unter
der zweiten Facette positioniert ist, um einen Winkel von
kleiner als 55 Grad aufzuweisen, und eine vierte Facette
aufweist, die lateral zur oberen Fläche der ersten Mantel
schicht von einem unteren Ende der dritten Facette verläuft.
6. Halbleiterlaser nach Anspruch 5, bei welchem jede der
Begrenzungen zwischen Seitenflächen der ersten Mantelschicht
(22) des Vorsprungs und den vergrabenen Schichten (27) zu
einer Position, die niedriger ist als eine unterste Position
jeder der Stromblockierschichten (28), unter einem Winkel
von größer als 70 Grad, jedoch kleiner als 90 Grad verläuft.
7. Halbleiterlaser, mit:
einer ersten Mantelschicht (21, 22), die aus einem Ver bindungshalbleiter gebildet ist, der eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält, und einen mesaförmigen Vorsprung aufweist;
einer aktiven Schicht (23), die auf dem Vorsprung wie ein Streifen gebildet ist, und Seitenflächen aufweist, die unter einem Winkel von mehr als 70 Grad, jedoch weniger als 90 Grad relativ zu einer oberen Fläche der ersten Mantel schicht (21, 22) geneigt sind;
vergrabenen Schichten (27), die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten, welche von der an beiden Seiten des Vorsprungs gebildeten Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist;
Stromblockierschichten (28a), die jeweils ein Ende aufweisen, das mit einer virtuellen Fläche in Kontakt steht, die durch die Verlängerung einer Seitenfläche der aktiven Schicht (23) nach oben erhalten wird, und die eine erste Facette, welche von dem einen Ende nach unten verläuft und etwa 55 Grad relativ zur oberen Fläche der ersten Mantel schicht (21, 22) geneigt ist, und eine zweite Facette auf weist, die stärker geneigt ist als ein Winkel der Seiten fläche der aktiven Schicht (23), jedoch schwächer als ein rechter Winkel zur oberen Fläche der ersten Mantelschicht (21, 22) auf einer Seite der aktiven Schicht (23), und die auf jeder vergrabenen Schicht (27) gebildet ist und die Ver unreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; und
einer zweiten Mantelschicht (24, 29a), die auf den Stromblockierschichten (28a) und der aktiven Schicht (23) gebildet ist und die Verunreinigung vom zweiten Leit fähigkeitstyp aufweist.
einer ersten Mantelschicht (21, 22), die aus einem Ver bindungshalbleiter gebildet ist, der eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält, und einen mesaförmigen Vorsprung aufweist;
einer aktiven Schicht (23), die auf dem Vorsprung wie ein Streifen gebildet ist, und Seitenflächen aufweist, die unter einem Winkel von mehr als 70 Grad, jedoch weniger als 90 Grad relativ zu einer oberen Fläche der ersten Mantel schicht (21, 22) geneigt sind;
vergrabenen Schichten (27), die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten, welche von der an beiden Seiten des Vorsprungs gebildeten Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist;
Stromblockierschichten (28a), die jeweils ein Ende aufweisen, das mit einer virtuellen Fläche in Kontakt steht, die durch die Verlängerung einer Seitenfläche der aktiven Schicht (23) nach oben erhalten wird, und die eine erste Facette, welche von dem einen Ende nach unten verläuft und etwa 55 Grad relativ zur oberen Fläche der ersten Mantel schicht (21, 22) geneigt ist, und eine zweite Facette auf weist, die stärker geneigt ist als ein Winkel der Seiten fläche der aktiven Schicht (23), jedoch schwächer als ein rechter Winkel zur oberen Fläche der ersten Mantelschicht (21, 22) auf einer Seite der aktiven Schicht (23), und die auf jeder vergrabenen Schicht (27) gebildet ist und die Ver unreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; und
einer zweiten Mantelschicht (24, 29a), die auf den Stromblockierschichten (28a) und der aktiven Schicht (23) gebildet ist und die Verunreinigung vom zweiten Leit fähigkeitstyp aufweist.
8. Halbleiterlaser nach Anspruch 7, bei welchem die zweite
Facette jeder der Stromblockierschichten (28a) zu einer
Position verläuft, die gleich ist wie oder niedriger ist als
eine untere Fläche der aktiven Schicht (23), und
eine untere Fläche jeder der Stromblockierschichten
(28a) eine dritte Facette aufweist, die von einem unteren
Ende der zweiten Facette vom Vorsprung weg verläuft.
9. Halbleiterlaser nach Anspruch 8, bei welchem eine
kürzeste Distanz zwischen der aktiven Schicht (23) und jeder
der Stromblockierschichten (28a) in einem Bereich von 0,1
bis 0,3 µm eingestellt ist.
10. Halbleiterlaser nach Anspruch 8, bei welchem jede der
Stromblockierschichten (28a) eine Facette aufweist, die
unter einem Winkel von etwa 55 Grad relativ zu einer Sub
stratfläche nach oben geneigt ist, um sich zu einer latera
len Seite der aktiven Schicht (23) von dem einen Ende auszu
breiten.
11. Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren, welches die
Schritte umfaßt:
Bilden einer aktiven Schicht (23) auf einer ersten Man telschicht (21, 22), die eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält;
Bilden eines unteren Teils (24) einer zweiten Mantel schicht, die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeits typ enthält, welche von der Verunreinigung vom ersten Leit fähigkeitstyp verschieden ist, auf der aktiven Schicht (23);
Bilden einer streifenförmigen Maske (25) auf dem unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht;
Bilden eines streifenförmigen planaren Mesateils (26) durch Trockenätzen jeweiliger Schichten vom unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht zu einem oberen Teil der ersten Mantelschicht (21), die nicht mit der Maske (25) be deckt sind;
Bilden vergrabener Schichten (27), welche die Verun reinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten, auf Sei tenbereichen des Mesateils (26), die (111) Facetten auf weisen, welche von Rändern der Oberfläche des Mesateils (26) zu einer niedrigeren Position als der aktiven Schicht (23) verlaufen, wobei sie sich nach unten ausbreiten;
Bilden von Stromblockierschichten (28), welche die Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten, je weils auf den vergrabenen Schichten (27); und
Bilden eines oberen Teils (29) der zweiten Mantel schicht auf dem untersten Teil (24) der zweiten Mantel schicht und der Stromblockierschicht (28), nachdem die Maske (25) entfernt wurde.
Bilden einer aktiven Schicht (23) auf einer ersten Man telschicht (21, 22), die eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält;
Bilden eines unteren Teils (24) einer zweiten Mantel schicht, die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeits typ enthält, welche von der Verunreinigung vom ersten Leit fähigkeitstyp verschieden ist, auf der aktiven Schicht (23);
Bilden einer streifenförmigen Maske (25) auf dem unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht;
Bilden eines streifenförmigen planaren Mesateils (26) durch Trockenätzen jeweiliger Schichten vom unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht zu einem oberen Teil der ersten Mantelschicht (21), die nicht mit der Maske (25) be deckt sind;
Bilden vergrabener Schichten (27), welche die Verun reinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten, auf Sei tenbereichen des Mesateils (26), die (111) Facetten auf weisen, welche von Rändern der Oberfläche des Mesateils (26) zu einer niedrigeren Position als der aktiven Schicht (23) verlaufen, wobei sie sich nach unten ausbreiten;
Bilden von Stromblockierschichten (28), welche die Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten, je weils auf den vergrabenen Schichten (27); und
Bilden eines oberen Teils (29) der zweiten Mantel schicht auf dem untersten Teil (24) der zweiten Mantel schicht und der Stromblockierschicht (28), nachdem die Maske (25) entfernt wurde.
12. Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren nach Anspruch 11,
bei welchem die vergrabenen Schichten (27) unter Verwendung
eines chlorhaltigen Gases und mit einem Materialgas aufge
wachsen werden.
13. Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren nach Anspruch 12,
bei welchem das chlorhaltige Gas ein Methylchlorid-Gas ist.
14. Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren, welches die
Schritte umfaßt:
Bilden einer aktiven Schicht (23) auf einer ersten Man telschicht (21, 22), die eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält;
Bilden eines unteren Teils (24) einer zweiten Mantel schicht, die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeits typ enthält, auf der aktiven Schicht (23);
Bilden einer streifenförmigen Maske (25) auf dem unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht;
Bilden eines streifenförmigen planaren Mesateils (26) durch Trockenätzen jeweiliger Schichten vom unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht zu einem oberen Teil der ersten Mantelschicht (21, 22), die nicht mit der Maske (25) bedeckt sind;
Bilden vergrabener Schichten (27), welche die Verun reinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten, auf beiden Seitenbereichen des Mesateils (26), wobei die vergra benen Schichten erste Facetten als (111) Facetten, die von Rändern der Oberfläche des Mesateils (26) verlaufen, wobei sie sich ausbreiten, und zweite Facetten aufweisen, die unter den ersten Facetten positioniert sind und unter einem Winkel zwischen einem Winkel einer Seitenfläche der aktiven Schicht (23) und einem rechten Winkel zu einer oberen Fläche der ersten Mantelschicht (21, 22) auf beiden Seitenbereichen der aktiven Schicht (23) geneigt sind;
Bilden von Stromblockierschichten (28), welche die Ver unreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten, jeweils auf den vergrabenen Schichten (27); und
Bilden eines oberen Teils (29) der zweiten Mantel schicht auf dem unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht und der Stromblockierschicht (28), nachdem die Maske (25) entfernt wurde.
Bilden einer aktiven Schicht (23) auf einer ersten Man telschicht (21, 22), die eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält;
Bilden eines unteren Teils (24) einer zweiten Mantel schicht, die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeits typ enthält, auf der aktiven Schicht (23);
Bilden einer streifenförmigen Maske (25) auf dem unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht;
Bilden eines streifenförmigen planaren Mesateils (26) durch Trockenätzen jeweiliger Schichten vom unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht zu einem oberen Teil der ersten Mantelschicht (21, 22), die nicht mit der Maske (25) bedeckt sind;
Bilden vergrabener Schichten (27), welche die Verun reinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten, auf beiden Seitenbereichen des Mesateils (26), wobei die vergra benen Schichten erste Facetten als (111) Facetten, die von Rändern der Oberfläche des Mesateils (26) verlaufen, wobei sie sich ausbreiten, und zweite Facetten aufweisen, die unter den ersten Facetten positioniert sind und unter einem Winkel zwischen einem Winkel einer Seitenfläche der aktiven Schicht (23) und einem rechten Winkel zu einer oberen Fläche der ersten Mantelschicht (21, 22) auf beiden Seitenbereichen der aktiven Schicht (23) geneigt sind;
Bilden von Stromblockierschichten (28), welche die Ver unreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten, jeweils auf den vergrabenen Schichten (27); und
Bilden eines oberen Teils (29) der zweiten Mantel schicht auf dem unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht und der Stromblockierschicht (28), nachdem die Maske (25) entfernt wurde.
15. Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren nach Anspruch 14,
bei welchem die vergrabenen Schichten (27) durch ein derar
tiges Wachstumsverfahren gebildet werden, daß das Wachstum
lokal nur in einem Bereich fortschreitet, der niedriger
positioniert ist als die aktiven Schicht (23), indem im we
sentlichen eine Wachstumsrate auf beiden Seitenflächen auf
Null eingestellt wird, nachdem Schichten mit jeweils einer
vorherbestimmten Filmdicke auf beiden Seitenflächen der
aktiven Schicht (23) gebildet werden.
16. Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren nach Anspruch 15,
bei welchem, im Wachstumsverfahren der vergrabenen Schichten
(27), das Wachstum der vergrabenen Schichten (27) lokal nur
in einer niedrigeren Position als der aktiven Schicht (23)
fortschreitet, indem eine Flußrate eines Methylchlorid-Gases
erhöht wird, um dann die Wachstumsrate auf beiden Seiten
flächen der aktiven Schicht (23) im wesentlichen auf Null zu
ändern, wobei ein Methylchlorid enthaltendes Gas verwendet
wird.
17. Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren nach Anspruch 14,
bei welchem die vergrabenen Schichten (27) unter Verwendung
eines chlorhaltigen Gases zusammen mit einem Materialgas
aufgewachsen werden.
18. Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren nach Anspruch 17,
bei welchem das chlorhaltige Gas ein Methylchlorid-Gas ist.
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