DE19958275B4

DE19958275B4 - Halbleiterlaser und Verfahren zur Herstellung desselben

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Publication number: DE19958275B4
Application number: DE19958275A
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Kawasaki Yamamoto; Hajime Kawasaki Shoji; Takayuki Watanabe; Takuya Fujii; Hirohiko Kawasaki Kobayashi
Original assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Quantum Devices Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd; Fujitsu Quantum Devices Ltd
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2019-12-04
Also published as: JP2000174389A; US6512783B1; US20030012240A1; DE19958275A1; FR2786939A1; FR2786939B1; JP3907854B2

Abstract

Halbleiterlaser, mit:
einer ersten Mantelschicht (22), die aus einem Verbindungshalbleiter 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 Mantelschicht (22) geneigt sind:
einem unteren Teil (24) einer zweiten Mantelschicht, welche auf der aktiven Schicht (23) gebildet ist und die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthält, welche vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist;
vergrabene Schichten (27), die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten;
Stromblockierschichten (28), die jeweils ein Ende aufweisen, das mit dem unteren Teil der zweiten Mantelschicht in Kontakt steht, und die eine erste Facette, die aus einer (111)-Facette gebildet ist, aufweist, welche von dem einen Ende nach unten mindestens bis auf die...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterlaser und ein Verfahren zur Herstellung desselben, insbesondere auf einen Halbleiterlaser, der in der Glasfaserkommunikation verwendet wird und eine vergrabene Heterostruktur aufweist, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Da sich das Anwendungsgebiet der Glasfaserkommunikation vom Fernverbindungsleitungssystem des Kommunikationsnetzes zum Ortsleitungssystem erweitert, ist ein Betrieb des Halbleiterlasers 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 Halbleiterlasers, der bis zu der hohen Temperatur mit guter Gleichmäßigkeit 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 Heterostruktur, die einen pn-Übergang verwendet, und eine vergrabene 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 1 gezeigte Struktur.
In 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-Mantelschicht 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 Streifenform 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 Elektrode 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 Quantenmuldenstruktur mit verspannten Schichten als aktive Schicht verwendet. Die nachstehend gezeigte aktive Schicht bedeutet nicht nur die aus einer Muldenstruktur und einer Sperrschicht 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-ZA-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 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-Mantelschichten 3, 6 über die vergrabenen p-Typ-Schichten 4, über durch Pfeile in 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-Stromblockierschicht 5 beispielsweise auf etwa 0,2 μm verschmälert 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 Oberfläche 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-Stromblockierschicht 5 ist von einem Winkel einer oberen Fläche der vergrabenen 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 derartige Bodenfläche mit einem sanften Winkel von etwa 30 Grad auf, um ihr Wachstum auf der (111) Facette wegen der Abhängigkeit der Wachstumsrate von der Orientierung der Facette zu beginnen. Eine Position und ein Winkel einer derartigen Bodenfläche sind sehr empfindlich für eine Höhe des Mesateils, 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 gebildet 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.
Aus der US 5 390 205 A ist ein Halbleiterlaser mit einer ersten Mantelschicht, einer aktiven Schicht und vergrabenen Schichten bekannt. Diese Druckschrift offenbart jedoch keine Stromblockierschichten mit nach oben geneigten Facetten die sich von einem Ende zu einer lateralen Seite der aktiven Schicht erstrecken.
Aus der US 5 260 230 A ist ein Halbleiterlaser mit einer vergrabenen Mesastruktur und mit Stromblockierungsschichten 6 bekannt, die wächst, nachdem die (211) Facette für die niedrige Mesa erscheint, und die zu der Zeit wächst, wenn die (111)B Facaette für die hohe Mesa erscheint.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleiterlaser, der eine schmale Distanz zwischen einer aktiven Schicht und über einem Substrat gebildeten Stromblockierschichten mit guter Steuerbarkeit implementieren kann, und ein Verfahren zur Herstellung desselben vorzusehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird 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 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 Temperatur 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 Mantelschicht 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 Seitenbereich der aktiven Schicht zur unteren Seite davon vorliegt.
In diesem Fall hat die (111) Facette der vergrabenen Schicht eine Neigung von etwa 55 Grad relativ zur Substratfläche. Zusätzlich kann die Bildung einer weiteren Facette auf der (111) Facette vorher verhindert werden, indem die Facette, die parallel zur Seitenfläche des Mesateils gebildet 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 Seitenfläche 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 geneigt, und dann wird der Winkel der anderen Facette der Stromblockierschicht, die zur Seite der aktiven Schicht gebildet wird, größer eingestellt als ein Winkel der Seitenflächen der aktiven Schicht, jedoch kleiner als 90 Grad auf beiden Seiten der aktiven Schicht.
Da die kürzeste Distanz zwischen der Stromblockierschicht und der aktiven Schicht entlang den gesamten Seitenflächen der aktiven Schicht eingestellt werden kann, wird ein Bereich der vergrabenen Schicht dazwischen verschmälert. Folglich kann der Leckstrom, der durch einen derartigen Bereich 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 Mantelschicht unter Verwendung von Trockenätzen gebildet wird, und dann das Wachstum der vergrabenen Schicht so gesteuert wird, daß die (111) Facette über der aktiven Schicht vorliegt, 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 Stromblockierschicht 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 gebildete 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 vorliegende Erfindung einen großen Beitrag zur äußerst gleichmäßigen Charakteristik des Hochtemperaturbetriebs eines Halbleiterlasers zur optischen Kommunikation leisten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, die einen Halbleiter laser im Stand der Technik zeigt;
2A bis 2G sind Schnittansichten, die jeweils Strukturen einer vergrabenen Schicht zeigen, die in einem Halbleiterlaser einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß jeweiligen Aufwachsverfahren verwendet wird;
3A bis 3C sind Schnittansichten, die Aufwachsschritte für Schichten eines ersten Beispiels eines Halbleiterlasers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
3D ist eine Schnittansicht, welche das erste Beispiel des Halbleiterlasers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine Schnittansicht, die ein zweites Beispiel des Halbleiterlasers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5A bis 5C sind Schnittansichten, die Herstellungsschritte für ein drittes Beispiel eines Halbleiterlasers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; und
5D ist eine Schnittansicht, die das dritte Beispiel des Halbleiterlasers gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
So wird nachstehend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen erläutert.
2A bis 2G zeigen Schritte, die durchgeführt werden, bis die Bildung einer vergrabenen Schicht eines Halbleiterlasers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vollendet ist.
Zuerst werden, wie in 2A gezeigt, eine n-Typ-Pufferschicht (n-Typ-Mantelschicht) 22, die aus n-InP mit einer Filmdicke von 300 bis 1000 nm gebildet ist, eine MQW (Multiquantenmulden)-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-Verfahren 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 zwischen 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 gebildet, dessen Bandlückenwellenlänge 1,1 μm beträgt. Demgemäß 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 Verunreinigungskonzentration der p-InP-Mantelschicht 24 beträgt etwa 5 × 10¹⁷ Atome/cm³.
Sowohl die aus n-InP unter der aktiven Schicht 23 gebildete n-InP-Pufferschicht 22 als auch das n-InP-Substrat 21 wirken als n-Typ-Mantelschicht.
Nachdem das oben beschriebene erste Filmwachstum beendet 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 verläuft. Der dielektrische Streifen 25 wird als Maske verwendet.
Dann wird, wie in 2B gezeigt, die p-InP-Mantelschicht 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 bilden. Der Mesateil 26 ist ein Vorsprung, der eine mesaartige Querschnittsform und eine streifenförmige planare Form aufweist. 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 Verbindungshalbleiterschichten, 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 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 Substratfläche) 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 Methylchlorid (CH₃Cl) zusammen mit dem Materialgas in die Reaktionskammer eingeführt wird, so daß (111) Facetten von beiden Rändern der Oberfläche des Mesateils 26 aufgewachsen werden können.
Wie in 2C für die vergrabene p-InP-Schicht 27 gezeigt, 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 Mesateils 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 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 wesentlichen parallel zu beiden Seiten des Mesateils 26 sind, allmählich der vertikalen Richtung relativ zur Substratfläche.
Wie in 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 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 vergrabenen p-InP-Schicht 27, und daher sind die (111) Facetten verkürzt. Dieses Auftreten der obigen Formen ist auf die Differenz der Wachstumsraten in jeweiligen Facettenorientierungen zurückzuführen.
Im Laufe des obigen Wachstums der vergrabenen p-InP-Schicht 27 treten nicht angegebene Flächen und Übergangszonen in der Zone auf, wo ein Winkel der Fläche geändert wird (Eckpositionen), sie sind jedoch in der Figur weggelassen.
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 Prozesse weggelassen werden, die erforderlich sind, bis der Mesateil 26 gebildet ist.
Erstes Beispiel
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 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 vergrabenen p-InP-Schicht 27 beträgt etwa 55 Grad relativ zur horizontalen Linie.
Wenn unter derartigen Bedingungen, wie in 3B gezeigt, eine n-InP-Stromblockierschicht 28 auf der vergrabenen p-InP-Schicht 27 auf beiden Seiten des Mesateils 26 gebildet wird, hat die Bodenfläche der n-InP-Stromblockierschicht 28 dieselbe Form wie die obere Fläche der vergrabenen p-InP-Schicht 27. Ein Ende der n-InP-Stromblockierschicht 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 Seitenfläche der aktiven Schicht 23. Eine kürzeste Distanz vom oberen Ende der aktiven Schicht 23 zur n-InP-Stromblockierschicht 28 beträgt etwa 0,19 μm. Die Dicke der ersten p-Typ-Mantelschicht 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, verläuft die (111) Facette als Bodenfläche der n-InP-Stromblockierschicht 28, die eine Begrenzung zwischen der vergra benen p-InP-Schicht 27 und der n-InP-Stromblockierschicht 28 darstellt, unter der aktiven Schicht 23 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 geneigte Fläche von ihrem einen Ende auf, das mit der Seitenfläche des Mesateils 26 in Kontakt steht.
Nachdem das Wachstum einer derartigen n-InP-Stromblockierschicht 28 beendet wurde, und dann die Maske 25 entfernt wurde, geht das Verfahren zum dritten Kristallwachstumsschritt.
Wie in 3C gezeigt, wird im dritten MOVPE-Kristallwachstumschritt 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 gebildet 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 3D gezeigt, eine p-seitige Elektrode 32 aus Ti/Pt/Au auf der Kontaktschicht 31 gebildet, und dann wird eine n-seitige Elektrode 33 aus AuGe/Au auf der unteren Fläche des n-InP-Substrats 21 gebildet.
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 Halbleiterlasers 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-Mantelschicht 24, die zweite p-Typ-Mantelschicht 29 und die vergrabene 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 vergrabenen p-InP-Schicht 27 unter die aktive Schicht 23 verlängert 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 Herstellungsfehlers geringfügig geändert wird.
Daher wird eine Distanz zwischen der n-InP-Stromblockierschicht 28 und der aktiven Schicht 23 im wesentlichen von einer Distanz von der aktiven Schicht 23 zur Oberfläche 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 Verschiebung 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 Mesateils 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-Stromblockierschicht 28 weit nach unten ausgebreitet werden.
Daher ist es schwierig, einen pnpn-Thyristor EIN zu schalten, 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 Mesateils 26 gebildet sind.
Wenn nur die kürzeste Distanz zwischen der n-InP-Stromblockierschicht 28 und der aktiven Schicht 23 berücksichtigt wird, ist es folglich möglich, eine derartige kürzeste Distanz 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.
Zweites Beispiel
Ein zweites Beispiel des Halbleiterlasers ist durch eine Struktur gekennzeichnet, in der, da die Höhe des Mesateils 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 2E gezeigten Stufe gestoppt.
Nachdem eine derartige vergrabene p-InP-Schicht 27 gebildet wurde, wie das erste Beispiel, wird die n-InP-Stromblockierschicht 28 auf der vergrabenen p-InP-Schicht 27 gebildet, 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 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-Stromblockierschicht 28 und der aktiven Schicht 23, leichter ohne Fehler durchgeführt werden.
Drittes Beispiel
Im obigen ersten Beispiel wird das Wachstum der vergrabenen p-InP-Schicht 27 in der Situation zwischen 2E und 2F gestoppt, und dann wird die n-InP-Stromblockierschicht 28 gebildet.
Im Gegensatz dazu wird im dritten Beispiel das Wachstum der vergrabenen p-InP-Schicht 27 in der Situation nahe bei 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 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 Mesateils 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 beträgt etwa 0,3 μm, und ein unteres Ende der aktiven Schicht 23 ist etwa 1,3 μm über dem Boden des Mesateils 26 positioniert. 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 derartigen Profil aufgewachsen wird, sind die folgenden Bedingungen erforderlich.
Zuerst wird es bevorzugt, daß der Mesateil 26 durch Trockenätzen gebildet werden sollte, so daß die Seitenflächen nahezu vertikal in bezug auf die Substratfläche gebildet werden. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Filmwachstum rasch auf der Fläche fortschreitet, die nahe einer (211) Facette positioniert ist, und wenn in 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 Mesateils 26 sind.
Da die vergrabene p-InP-Schicht 27 nur auf den Seitenflächen der aktiven Schicht 23 aufgewachsen wird, um eine Filmdicke von etwa 0,2 μm aufzuweisen, kann ferner die vergrabene 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 derartiges 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 Beispiel, TMIn, PH₃ sowie CH₃Cl in einer sehr geringen Menge (der Partialdruck beträgt nahezu 14 mTorr) in die Reaktionskammer als Materialgas eingeführt, dann wird die p-InP-Schicht mit einer Dicke von etwa 0,2 μm auf den Seitenflächen des Mesateils 26 und der horizontalen Fläche aufgewachsen, 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 erhöht 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 Seitenflächen 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 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 positioniert.
Wie in 5B gezeigt, wird, nachdem die vergrabene p-InP-Schicht 27 gebildet wurde, wie oben, eine n-InP-Stromblockierschicht 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 reduziert 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-Stromblockierschicht 28a beendet wurde, und dann die Maske 25 entfernt wurde, geht der Prozeß zum dritten Kristallwachstumsschritt.
Wie in 5C gezeigt, wird im dritten Kristallwachstumsschritt 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 5D gezeigt, die p-seitige Elektrode 32 aus Ti/Pt/Au auf der Kontaktschicht 31 gebildet, 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 Halbleiterlasers 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 angeordnet ist, nahezu parallel zu den Seitenflächen des Mesateils 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 beschränkt ist, sondern sich auf den gesamten Bereich der Seitenfläche der aktiven Schicht 23 ausbreitet, kann demgemäß der Vorteil der Reduktion des Leckstroms mehr als beim Halbleiterlaser im ersten Beispiel erhöht werden, und die Stromoptische 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-Stromblockierschicht 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 bestimmten 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 Mesateils 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 Mesawinkelabhängigkeit 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 Erfindung 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 verjüngter Wellenleiter integriert ist, einem optischen Halbleiterverstärker oder dgl.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung 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 angeordnet 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 Temperatur 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 Stromblockierschicht, 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 Seiten 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

Halbleiterlaser, mit: einer ersten Mantelschicht (22), die aus einem Verbindungshalbleiter 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 Mantelschicht (22) geneigt sind: einem unteren Teil (24) einer zweiten Mantelschicht, welche auf der aktiven Schicht (23) gebildet ist und die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthält, welche vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist; vergrabene Schichten (27), die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten; Stromblockierschichten (28), die jeweils ein Ende aufweisen, das mit dem unteren Teil der zweiten Mantelschicht in Kontakt steht, und die eine erste Facette, die aus einer (111)-Facette gebildet ist, aufweist, welche von dem einen Ende nach unten mindestens bis auf die Höhe der Oberseite der aktiven Schicht verläuft und um etwa 55 Grad relativ zur oberen Fläche der ersten Mantelschicht (22) geneigt ist, wobei jede der Stromblockierschichten (28) eine weitere Facette aufweist, die nach oben geneigt ist, um sich zu einer lateralen Seite der aktiven Schicht (23) von dem einen Ende auszubreiten, und wobei die Stromblockierschichten (28) eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten; und einem oberen Teil (29) der zweiten Mantelschicht, welche auf einem oberen Teil auf den Stromblockierschichten (28) und dem unteren Teil der zweiten Mantelschicht ausgebildet ist und eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthält.
Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei welchem jede der Begrenzungen der Seitenflächen der ersten Mantelschicht (22) des Vorsprungs unter einem Winkel von größer als 70 Grad, jedoch kleiner als 90 Grad verläuft.
Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei welchem die kürzeste Distanz zwischen der aktiven Schicht (23) und jeder der Stromblockierschichten (28) in einem Bereich von 0,1 bis 0,3 μm eingestellt ist.
Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei welchem die weitere Facette der Stromblockierschicht (28) unter einem Winkel von etwa 55 Grad relativ zu einer Substratfläche nach oben geneigt ist.
Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei welchem eine untere Fläche jeder der Stromblockierschichten (28), zusätzlich zur ersten Facette, eine zweite Facette, die unter der aktiven Schicht (23) positioniert ist, und einen Winkel von mehr als 55 Grad aufweist, eine dritte Facette, die unter der zweiten Facette positioniert ist, und einen Winkel von kleiner als 55 Grad aufweist, und eine vierte Facette aufweist, die von einem unteren Ende der dritten Facette vom Vorsprung weg verläuft.
Halbleiterlaser nach Anspruch 5, bei welchem jede der Begrenzungen der Seitenflächen der ersten Mantelschicht (22) des Vorsprungs unter einem Winkel von größer als 70 Grad, jedoch kleiner als 90 Grad verläuft.
Halbleiterlaser, mit: einer ersten Mantelschicht (22), die aus einem Verbindungshalbleiter 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 Mantelschicht (22) geneigt sind; vergrabenen Schichten (27), die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten, welche vom ersten Leitfähigkeitstyp verschieden ist; einem unteren Teil (24) einer zweiten Mantelschicht, welche auf der aktiven Schicht (23) gebildet ist und eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthält; Stromblockierschichten (28a), die jeweils ein Ende aufweisen, das mit dem unteren Teil der zweiten Mantelschicht in Kontakt steht, und die eine erste Facette, welche von dem einen Ende nach unten verläuft und um etwa 55 Grad relativ zur oberen Fläche der ersten Mantelschicht (22) geneigt ist, und eine zweite Facette aufweist, die stärker geneigt ist als ein Winkel der Seitenfläche 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), wobei jede der Stromblockierschichten (28) eine dritte Facette aufweist, die nach oben geneigt ist, um sich zu einer lateralen Seite der aktiven Schicht (23) von dem einen Ende auszubreiten und die auf jeder vergrabenen Schicht (27) gebildet ist und die Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; und einem oberen Teil (29a) einer zweiten Mantelschicht, die auf den Stromblockierschichten (28a) und dem unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht gebildet ist und eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist.
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 vierte Facette aufweist, die von einem unteren Ende der zweiten Facette vom Vorsprung weg verläuft.
Halbleiterlaser nach Anspruch 8, bei welchem die kürzeste Distanz zwischen der aktiven Schicht (23) und jeder der Stromblockierschichten (28a) in einem Bereich von 0,1 bis 0,3 μm eingestellt ist.
Halbleiterlaser nach Anspruch 8, bei welchem die dritte Facette der Stromblockierschicht (28a) unter einem Winkel von etwa 55 Grad relativ zu einer Substratfläche nach oben geneigt ist.
Halbleiterlaser nach Anspruch 7, bei dem die Dicke der vergrabenen Schicht neben der aktiven Schicht dünner ist als die Dicke der vergrabenen Schicht auf dem Substrat.
Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser, welches die Schritte umfaßt: Bilden einer aktiven Schicht (23) auf einer ersten Mantelschicht (22), die eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält; Bilden eines unteren Teils (24) einer zweiten Mantelschicht, die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthält, welche von der Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp 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 des Substrats (21), die nicht mit der Maske (25) bedeckt sind; Bilden vergrabener Schichten (27), welche die Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten, während chlorhaltiges Gas zusammen mit dem Materialgas verwendet wird, auf Seitenbereichen des Mesateils (26), wobei die vergrabenen Schichten (111) Facetten aufweisen, welche von Rändern der Oberfläche des Mesateils (26) zu einer niedrigeren Position als der aktiven Schicht (23) verlaufen, wobei sie sich nach unten ausbreiten und an den Seitenbereichen des Mesaabschnitts eine dünnere Dicke als auf dem Substrat haben; Bilden von Stromblockierschichten (28), jeweils auf den vergrabenen Schichten (27) welche die Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten und welche jeweils nach oben geneigte Faceetten aufweisen; und Bilden eines oberen Teils (29) der zweiten Mantelschicht auf dem unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht und der Stramblockierschicht (28), nachdem die Maske (25) entfernt wurde.
Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlase nach Anspruch 12, bei welchem das chlorhaltige Gas ein Methylchlorid-Gas ist.
Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser, welches die Schritte umfaßt: Bilden einer aktiven Schicht (23) auf einer ersten Mantelschicht (21, 22), die eine Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält; Bilden eines unteren Teils (24) einer zweiten Mantelschicht, die eine Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp 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 des Substrats (21), die nicht mit der Maske (25) bedeckt sind; Bilden vergrabener Schichten (27), welche die Verunreinigung vom zweiten Leitfähigkeitstyp enthalten, während chlorhaltiges Gas zusammen mit dem Materialgas verwendet wird, auf beiden Seitenbereichen des Mesateils (26), wobei die vergrabenen Schichten erste Facetten als (111) Facetten, die von Rändern der Oberfläche des Mesateils (26) verlaufen, 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 Verunreinigung vom ersten Leitfähigkeitstyp enthalten, jeweils auf den vergrabenen Schichten (27); und Bilden eines oberen Teils (29) der zweiten Mantelschicht auf dem unteren Teil (24) der zweiten Mantelschicht und der Stromblockierschicht (28), nachdem die Maske (25) entfernt wurde.
Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser nach Anspruch 14, bei welchem die vergrabenen Schichten (27) durch ein derartiges Wachstumsverfahren gebildet werden, daß das Wachstum lokal nur in einem Bereich fortschreitet, der niedriger positioniert ist als die aktive Schicht (23), indem im wesentlichen 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.
Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser nach Anspruch 15, bei welchem das Chlor enthaltende Gas ein Methylchlorid-Gas enthält und 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 des Methylchlorid-Gases erhöht wird, um dann die Wachstumsrate auf beiden Seitenflächen der aktiven Schicht (23) im wesentlichen auf Null zu ändern.
Herstellungsverfahren für einen Halbleiterlaser nach Anspruch 15, bei welchem das chlorhaltige Gas ein Methylchlorid-Gas ist.