DE2165006B2

DE2165006B2 - Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE2165006B2
Application number: DE2165006A
Authority: DE
Inventors: Izuo Berkeley Heights N.J. Hayashi (V.St.A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-12-31
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1978-10-05
Also published as: NL7118044A; BE777473A; FR2120164A1; CH537650A; DE2165006C3; DE2165006A1; IE35940B1; GB1376910A; US3691476A; FR2120164B1; NL172710B; IT945841B; SE367893B; ES398774A1; NL172710C; HK35276A; AU3743571A; IE35940L

Description

(qp)(q)

10. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Schicht (18) mit wenigstens einem streifenförmigen elektrischen Metallkontakt (29) kontaktiert ist.

11. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (20) und zweite (22) HeteroÜbergang parallel zueinander verlaufen.

12. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß

die Energiebandabstände von erster (14) und fünfter

(18) Schicht einander gleich sind,

die Bandabstände der zweiten (15) und vierten (19) Schicht einander gleich sind,

der Unterschied im Energiebandabstand zwischen der ersten und zweiten Schicht größer ist als der zwischen der zweiten (15) und dritten (17) Schicht.

(x-y) > (y-p)

(z-y) > {y-p).
8. Laser nach Anspruch

6 oder 7, dadurch Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterlaser mit niedrigen Schwellenwertstromdichten, dessen Halbleiterkörper mehrschichtig ausgebildet ist und die folgenden je aneinander angrenzenden Schicht aufweist,

eine erste Schicht weiten Energiebandabstandes,
eine zweite Schicht, deren Energieabstand kleiner als der der ersten Schicht ist,
eine dritte Schicht,

eine vierte Schicht, deren Energiebandabstand größer als der der dritten Schicht ist und
eine fünfte Schicht, deren Leitungstyp gegenüber dem der ersten Schicht entgegengesetzt ist,
wobei die erste und zweite Schicht sowie die dritte und vierte Schicht einen ersten bzw. vierten HeteroÜbergang an ihren Grenzflächen bilden.

Ein solcher Laser ist aus Applied Physics Letters Bd. (1970), Nr. 11, Seiten 499-502 bekannt. Dort sind jedoch nur gepulste Laser mit Betriebsschwellenwertstromdichten beschrieben, die bei einem bei Zimmertemperatur erfolgenden Dauerstrichbetrieb zur Zerstörung des Lasers führen würden. Bei dem bekannten Laser wird angestrebt, die zerstörenden Wirkungen hoher Schwellenwertströme ausschließlich durch optisch wirksame Maßnahmen zu reduzieren, und zwar dadurch, daß im Effekt der Nutzanteil der optischen Strahlung herausgefiltert und aus der aktiven Rekombinationszone auf einen davon isolierten optischen Resonator übertragen wird, der ausreichend groß ist, um zerstörerisch große Leistungsdichten ableiten zu können. Deshalb wird bei dem bekannten Laser die Rekombinationszone und der optische Resonator unabhängig voneinander gehalten, und beträgt die Dicke der für den optischen Resonator vorgesehenen Zone etwa 30 Mikrometer, während die Dicke der Ladungsträgerrekombinationszone bei etwa 1 Mikrometer liegt. Für den bekannten Laser sind hohe Schwellenwertstromdichten angegeben, die bei 6000 bis

20 000 A/cm² liegen und demgemäß einen Dauerstrichbetrieb bei Zimmertemperatur verbieten.

Weiterhin ist ein eigener älterer Vorschlag (DE-OS

21 20 464) auf eine Doppelheterostruktur(DH)-Halbleiterlaserdiode gerichtet, die eine aktive Schicht schmalen Energiebandabstandes zwischen zwei Schichten größeren Energiebandabstandes aufweist, wobei je ein HeteroÜbergang an den beiden Grenzflächen zur aktiven Schicht des schmalen Bandabstandes vorhanden ist. »HeteroÜbergang« bezeichnet allgemein den Übergang zwischen zwei im Energiebandabstand unterschiedlichen Halbleitermaterialien, ohne daß dabei die Gitterkohärenz des einkristallinen Gefüges gestört wird. Ein pn-übergang ist bei einem der HeteroÜbergänge oder zwischen denselben gelegen. Der Unterschied im Energiebandabstand an jedem Heteroübergang hat zwei Effekte. Er erzeugt ein elektrisches Feld an jedem HeteroÜbergang,, das zur Eingrenzung der injizierten Ladungsträger auf die aktive Schicht dient, und der begleitende Sprung im Brechungsindex an jedem HeteroÜbergang grenzt auch die Protonen auf die aktive Schicht ein. In der aktiven Schicht werden daher sowohl Ladungsträgerkonzentration (und damit Verstärkung) als auch Kopplung zwischen den räumlich eingegrenzten Ladungsträgern und Photonen vergrößert, wodurch sich niedrigere Stromdichte-Schwellenwerte für stimulierte Emission aus der aktiven Schicht und eine geringe Temperaturabhängigkeit dieses Schwellenwertes ergeben.

Bei dieser DH-Laserdiode ist die obere Grenze für die Dicke der aktiven Schicht schmalen Bandabstandes vorzugsweise kleiner als ein Mikrometer, damit hohe Ladungsträgerkonzentrationen und dadurch niedrige Schwellenwerte erzielt werden können. Zur Erzielung hoher Ladungsträgerkonzentrationen würde es daher wünschenswert sein, die aktive Schicht so dünn wie möglich zu machen, um hohe Verstärkung und niedrige Schwellenwerte zu erzielen. Es kommen jedoch noch andere Überlegungen hinzu, die eine untere Grenze für die Dicke der aktiven Schicht fordern; diese liegt bei etwa einer halben Wellenlänge (λ/2) der stimulierten Rekombinationsstrahlung im Halbleiter (etwa 0,125 Mikrometer für GaAs). Unterhalb von etwa λ/2 finden zwei konkurrierende Mechanismen statt: Die Ausläufer des optischen Feldes, welche sich außerhalb der aktiven Schicht in dämpfungsbehaftetes Gebiet erstrecken, wachsen an und führen zu vergrößerter optischer Dämpfung (Absorption), geringerer Kopplung zwischen örtlich eingegrenzten Ladungsträgern und Photonen und dadurch zu geringerer Verstärkung; andererseits wird aufgrund der geringen Dicke der aktiven Schicht die Ladungsträgerkonzentration und damit die Verstärkung vergrößert. Eine Analyse zeigt jedoch, daß der resultierende Effekt dieser gegensätzlichen Mechanismen zu höheren Schwellenwerten führt oder zumindest keine Vorteile erbringt, wenn die aktive Schicht dünner als etwa A/2 ist.

Die Aufgabe der Erfindung liegt daher in der Erzielung höherer Verstärkung aus schmalen aktiven Schichten, ohne eine Beeinträchtigung der Kopplung in Kauf nehmen zu müssen, so daß die Schwellenwertsstromdichte noch weiter reduziert werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß

der Energiebandabstand der dritten Schicht kleiner als der der zweiten Schicht ist,

der Bandabstand der fünften Schicht größer als der der vierten Schicht ist

die zweite und dritte Schicht sowie die vierte und fünfte Schicht einen dritten bzw. zweiten HeteroÜbergang an ihren Grenzflächen bilden und

ein pn-Übergang zwischen der zweiten und vierten Schicht gelegen ist, wobei der dritte und vierte HeteroÜbergang eine der Laduiigsträgereingrenzung dienende aktive Zone bildet.

Wie nachstehend im einzelnen noch erläutert wird, läßt sich mit Hilfe dieser Merkmale die Schwellenwertstromdichte bis auf 650 A/cm² herabsetzen, so daß sich ein Dauerstrichbetrieb bei Zimmertemperatur problemlos realisieren läßt.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden sind ein DH-Laser gemäß dem genannten älteren Vorschlag und Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellende DH-Laser anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 den Schichtaufbau eines für den älteren Vorschlag typischen DH-Lasers in Teil A, und das Energiebandabstandsprofil, das Brechungsindexprofil und die Lichtintensitätsverteilung dieser Lasers in den Teilen B, Cbzw. D,

F i g. 2 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Schwellenwertsstromdichte von der Dicke der aktiven Schicht bei dem DH-Laser gemäß Fig. 1,

F i g. 3A ein typisches Brechungsindexprofil und die Lichtintensitätsverteilung des DH-Laser nach Fig. 1,
Fig.3B eine graphische Darstellung des auf den aktiven Bereich eingegrenzten Teils des Lichts als Funktion der Dicke der aktiven Schicht des DH-Lasers nach Fig. 1,

Fig.4 in Teil A den Schichtaufbau eine ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellenden DH-Lasers und in den Teilen B, C und D das hierbei mögliche Energiebandabstandsprofil, das Brechungsindexprofil bzw. die Lichtintensitätsverteilung und

F i g. 5 eine Schrägansicht eines entsprechend F i g. 4 aufgebauten Lasers nebst Wärmesenke.

Zunächst soll eine kurze Analyse einer Ausführungsform des DH-Lasers nach dem älteren Vorschlag (DE-OS 21 20 464) zu Vergleichszwecken vorgenommen werden. Wie in Fig. 1, Teil A schematisch dargestellt ist, weist ein solcher DH-Laser ein η-leitendes Galliumarsenidsubstrat 12 auf, auf dem im Epitaxieverfahren drei Schichten aus flüssiger Phase in der nachfolgenden Reihenfolge aufgewachsen worden sind: eine η-leitende Al/}ai-,As-Schicht 14, eine GaAs- oder ALGai -^As-Schicht 16 mit y<x und eine p-leitende AI^Gai-zAs-Schicht 18 mit y<z. Der Einfachheit halber sind die elektrischen Anschlüsse zum Substrat 12 und zur Schicht 18 des Lasers fortgelassen. Durch Steuerung der Aluminiumkonzentration in den Schichten 14,16 und 18 kann der Energiebandabstand in der Schicht 16, der aktiven Schicht des Lasers, schmaler als derjenige der Schichten 14 oder 18 gemacht werden, wodurch ein Paar von HeteroÜbergängen 20 und 22 an den Grenzflächen zwischen den Schichten 14 und 16 und zwischen den Schichten 16 und 18 gebildet wird. Ein

pn-Übergang 11 ist zwischen den HeteroÜbergängen 20 und 22 angeordnet. Für die vorliegenden Zwecke soll angenommen werden, daß der Ausdruck »zwischen« auch den Fall umfaßt, daß der pn-Übergang mit einem der HeteroÜbergänge zusammenfällt.

An jedem HeteroÜbergang ist ein Unstetigkeitsstelle oder Stufe im Energiebandabstandsprofil gemäß 20b und 22b in F i g. 1, Teil B vorhanden. Der Effekt dieser Unstetigkeitsstelle ist die Erzeugung eines elektrischen

Feldes, das injizierte Elektronen am HeteroÜbergang 22 reflektiert und injizierte Löcher am HeteroÜbergang 20, so daß injizierte Ladungsträger beiderlei Vorzeichens auf die aktive Schicht 16 eingegrenzt werden. Die Ladungsträger rufen eine Besetzungsumkehr zwischen den Leitungs- und Valenzbändern hervor, die in der aktiven Schicht 16 zu einer strahlenden Rekombination von Löchern und Elektronen und zur stimulierten Emission einer für den Bandabstand charakteristischen kohärenten Strahlung führt.

Außerdem ist an jedem HeteroÜbergang ein Sprung im Brechungsindex gemäß 20cund 22cin Fig. 1, Teil C vorhanden, so daß zugleich ein optischer Wellenleiter gebildet wird, der die im Rekombinationsprozeß erzeugten Photonen in der durch die Lichtintensitätsverteilung gemäß Teil Oder F i g. 1 gezeigten Weise auf die aktive Schicht 16 eingrenzt.

Nach F i g. 2 nimmt die Schwellenwertstromdichte /,/, für stimulierte Emission des DH-Lasers nach F i g. 1 angenähert linear als Funktion von d, der Dicke der aktiven Schicht 16, für A/2 d 3 μηι an, wobei λ die Wellenlänge der in der aktiven Schicht gemessenen stimuliert emittierten Strahlung ist. Wenn die Dicke der aktiven Schicht jedoch kleiner als λ/2 wird, beginnt die Schwellenwertstromdichte anzusteigen (F i g. 2, Kurve I) oder bleibt bestenfalls konstant (F i g. 2, Kurve II), und zwar in Abhängigkeit von der Dotierung der aktiven Schicht oder von anderen Parametern. Qualitativ läßt sich dieses Phänomen etwa wie folgt erläutern: Bei dem DH-Laser ist die Verstärkung in erster Annäherung proportional zum Produkt η²Γ für eine Anordnung, in welcher d λ/2 ist, wobei η die Ladungsträgerkonzentration in der aktiven Schicht 16 und Γ die Kopplung zwischen den örtlich eingegrenzten Ladungsträgern und dem optischen Feld in der aktiven Schicht 16 ist. Da die Kopplung angenähert proportional zu d² und die Ladungsträgerkonzentration proportional zu d~^] sind, entsteht bei abnehmendem Wert für c/keine resultierende Verstärkungszunahme. Es sei bemerkt, daß die Exponenten der einfacheren Erläuterung halber ganzzahlig gewählt worden sind und von den tatsächlichen Exponenten bzw. Faktoren, welche empirisch bestimmt werden können, etwas abweichen. Man sieht aber unabhängig davon, daß es mit dem DH-Laser nach Fig. 1 nicht möglich ist, aus dem Anwachsen der Ladungsträgerkonzentration bei Verwendung dünner aktiver Schichten 16 Nutzen zu ziehen, weil eine Verringerung von d die optische Kopplung beeinträchtigt.

Eine quantitative Messung des Kopplungsverlustes ist in Fig.3A dargestellt, in welcher die Lichtintensitätsverteilung über dem Brechungsindexprofil für den DH-Laser nach F i g. 1 aufgetragen ist. Die optische Kopplung Γ ist definiert als der auf die aktive Schicht 16 beschränkte Teil des Lichts im Vergleich zur Gesamtmenge des erzeugten Lichts. Aus F i g. 3B (Γ als Funktion von d) ist ersichtlich, daß Γ mit abnehmender Dicke der aktiven Schicht 16 rasch absinkt, bis Γ nur etwa 20% für c/»A/2 ist. Demgemäß sind 80% der stimulierten Strahlung in den Ausläufern des optischen Feldes verteilt, die sich außerhalb der aktiven Schicht 16 erstrecken. Diese Ausläufer unterliegen nicht einer strahlenden Rekombination (d. h., sie sind nicht mit den eingegrenzten Ladungsträgern gekoppelt) und vergrößern die optische Absorption, da sie sich in benachbarte, verlustbehaftete Schichten erstrecken.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nun bei einem solchen DH-Laser nach F i g. 1 die aktive Schicht 16, die von den beiden Schichten 14 und 18 je größeren Energiebandabstandes flankiert ist und bevorzugt zwischen etwa λ/2 und λ dick ist, ihrerseits aus drei Schichten aufgebaut, von denen die mittlere wiederum den kleineren Energiebandabstand als jede der beiden sie flankierenden Schichten hat. Diese Ausführungsform ist im einzelnen in Teil A der Fig. 4 dargestellt, in der die dem DG-Laser nach Fig. 1 entsprechenden Komponenten mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Hiernach weist der Laser ein η-leitendes GaAs-Substrat 12 auf, auf welchem die folgenden Schichten in der angegebenen Reihenfolge epitaktisch aufgewachsen sind:

eine η-leitende AI^Gai -,As-Schicht 14
als erste Schicht,

eine η-leitende Al^Gat-yAs-Schicht 15
mit y< χ als zweite Schicht,

eine GaAs- oder Al_pGai -pAs-Schicht 17
mit p<yals dritte Schicht,

eine p-leitende AI_?Gai -,As-Schicht 18

mit q < ζ als fünfte Schicht.

Ein erstes Paar HeteroÜbergänge 20 und 22 ist an den Grenzflächen zwischen den Schichten 14 und 15 und den Schichten 18 und 19 vorhanden, während ein zweites Paar HeteroÜbergänge 21 und 23 an den Grenzflächen zwischen den Schichten 15 und 17 und zwischen den Schichten 17 und 19 gebildet ist. Ein pn-Übergang 11 liegt zwischen den HeteroÜbergängen 21 und 23 angeordnet. Der Einfachheit halber sind die Kontakte zu dem dargestellten DH-Laser auch hier fortgelassen.

Jedem HeteroÜbergang 21 und 23 ist eine Stufe im Energiebandabstandsprofil entsprechend 21 b und 23d gemäß Teil B der Fig. 4 zugeordnet. Diese Energiestufe erzeugt ein elektrisches Feld, das Elektronen am HeteroÜbergang 23 und Löcher am HeteroÜbergang 21 reflektiert, wodurch die injizierten Ladungsträger auf die Schicht 17 eingegrenzt werden. Jedem HeteroÜbergang 20 und 22 ist außerdem ein Sprung im Brechungsindex 20c und 22c gemäß Teil Cder Fig.4 zugeordnet, so daß ein optischer Wellenleiter zur Begrenzung der optischen Strahlung auf die zwischen den HeteroÜbergängen 20 und 20 gelegene und durch die Schichten 15, 17, 19 gebildete Zone der Dicke d\ (nachstehend als Zone d\ bezeichnet) vorhanden ist.

Eine qualitative Analyse des DH-Lasers gemäß F i g. 4 führt zu folgendem Ergebnis: Nimmt man an, daß die Dicke der Zone d\ (deren Funktion die Erzeugung einer optischen Eingrenzung ist) fest ist, so bleiben die optischen Verluste angenähert konstant; wie bei dem DH-Laser nach F i g. 1 steigt jedoch mit abnehmender Dicke άϊ der Schicht 17 die Ladungsträgerkonzentration und sinkt die optische Kopplung. Obwohl bei beiden DH-Lasertypen die Verstärkung angenähert proportional zu rPT und der Brechungsindex proportional zu £&"' sind, ist Γ beim DH-Laser gemäß F i g. 4 proportional zu dz und nicht zu d² wie bei dem DH-Laser nach Fig. 1. Die optischen Verluste bleiben deshalb konstant, während die Verstärkung angenähert linear mit abnehmendem cfe zunimmt. Dadurch ergeben sich niedrigere Schwellenwerte als die bisher erreichbaren. (Auch hier sind die Exponenten bzw. Faktoren der Einfachheit halber durch ganze Zahlen angenähert worden.)

Wie weiter gefunden wurde, können die optischen Absorptionsverluste noch weiter reduziert werden, wenn die Schicht 17 nicht in der Mitte der Zone d\, sondern näher am HeteroÜbergang 22 angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung wird aus der Tatsache

Nutzen gezogen, daß in der η-leitenden Schicht 15 geringere optische Absorption auftritt als in der p-leitenden Schicht 19.

Bei einer Ausführungsform sind die Schichten 15,17, 19 der Zone dt symmetrisch in dem Sinne ausgebildet, daß die Energiestufen 20b und 220 gleich sind (einen symmetrischen Wellenleiter bilden), und auch die Energiestufen 2ib und 23b gleich sind, also yaq<xaz gilt. Ferner sind die Stufen 20b und 226 vorzugsweise größer als die Stufen 216 und 23b, oder äquivalent {y-P) < (x-y) ^und {q-p) < (ζ— Φ, da weniger eV zur Eingrenzung der Elektronen als der Photonen erforderlich sind.

Die Brechungsindexstufen 20c und 22c an den HeteroÜbergängen 20 bzw. 22 betragen typischerweise 5 bis 10% (im Vergleich zum Brechungsindex von GaAs) wahrend die Brechungsindexstufen 2Sc und 23c an den HeteroÜbergängen 21 bzw. 23 etwa 1 bis 2% sind. Die entsprechenden Energiebandabstandsstufen 206 und 226an den HeteroÜbergängen 20 bzw. 22 betragen etwa 300 bis 500 meV, während die Energiebandabstandsstufen 216 und 236 an den HeteroÜbergängen 21 bzw. 23 in der Größenordnung von 50 bis 100 meV liegen.

In Fig.5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem für Dauerstrichbetrieb bei Raumtemperatur der DH-Laser gemäß Teil A der F i g. 4 auf einer Wärmesenke angebracht ist. Nachstehend werden mögliche Materialien und Abmessungen als Beispiel angegeben. Wie erwähnt, weist der verbesserte DH-Laser ein η-leitendes GaAs-Substrat 12 von einer Stärke von 0,076 bis 0,102 mm auf, auf dem epitaktische Schichten in der nachstehend angegebenen Reihenfolge aufgebaut sind: e-ne AUGai-,As-Schicht 14 von etwa 3 μιτι Dicke, eine etwa 0,2 Mikrometer dicke aktive Zone d\ (Schichten 15,17,19) zwischen den Heteroübergangen 20 und 22, eine etwa 0,1 bis 0,003 Mikrometer dicke Schicht 17 innerhalb der Zone d\ und eine p-leitende 1 Mikrometer dicke AlXjai-,As-Schicht 18. Im Regelfall ist in der Zone d\ die Schicht 15 n-Ieitend und die Schicht 19 p-leitend, während die Schicht 17 entweder p-leitend oder η-leitend sein kann. Bevor ein metallischer Kontakt 25 auf dem η-leitenden Substrat 12 niedergeschlagen wird, wird vorzugsweise ein Akzeptor (z.B. Zink) in die p-leitende AUGai_,As-Schicht 18 eindiffundiert, um eine dünne (z. B. 0,2 Mikrometer) ρ+-Oberflächenschicht (nicht gezeigt) für einen guten Ohmschen Kontakt verfügbar zu haben. Auf die p-leitende Schicht 18 wird eine Oxidschicht 27 niedergeschlagen, in welcher ein länglicher Kanal bzw. Zwischenbereich photolithographisch eingeätzt wird, um einen elektrischen Streifenkontakt durch Niederschlagen einer Metallschicht 29 zu definieren.

Die Stirnflächen 31 und 33 der Anordnung sind optisch eben poliert und senkrecht zum nicht dargestellten pn-Übergang orientiert, um einen optischen Resonator zur Stützung der am pn-übergang erzeugten kohärenten Strahlung zu bilden. Die Diode hat beispielsweise eine Länge von etwa 400 Mikrometer und eine Breite von 80 Mikrometer. Eine der Stirnflächen (z. B. die Fläche 33) ist total reflektierend ausgeführt, während die andere Stirnfläche (31) zur Auskopplung der stimuliert emittierten Strahlung teildurchlässig ausgebildet ist.

Die Laserdiode wird — wie üblich in Durchlaßrichtung mit einer Gleichstromdichte oberhalb des Schwellenwerts für stimulierte Emission betrieben. Für Dauerstrichbetrieb bei Zimmertemperatur und darüber kann der Kontakt 29 mit einem metallisierten (z. B. verzinnten) Diamanten 35 hoher Wärmeleitfähigkeit verbunden sein, der auf einer verzinnten Kupfer-Wärmesenke 37 angebracht ist. Wegen der Schwierigkeit der Verzinnung des gesamten Diamanten 35 können Golddrfihte 35 (etwa 25 Mikrometer Durchmesser) verwendet werden, um die verzinnte Oberseite 41 des Diamanten mit der Wärmesenke 37 zu verbinden. Für niedrige Schwellenwerte (z. B. 3000 A/cm²) kann der Diamant fortgelassen werden, wobei die Diode direkt auf der Kupfer-Wärmesenke montiert wird. Außerdem kann eine bessere Wärmeabführung dadurch erreicht werden, daß die Diode zwischen zwei Wärmesenken angebracht wird.

Bei der Herstellung des DH-Lasers muß beachtet werden, daß extrem dünne Schichten zu züchten sind. So kann die Summe der Dicken der zweiten bis vierten Schicht etwa 0,1 bis 0,2 Mikrometer betragen, während die Dicke der dritten Schicht, die zur Trägerbegrenzung dient etwa 10 nm erreichen kann. Bevorzugt wird daher im Molekularstrahl-Epitaxieverfahren gearbeitet, das die Züchtung entsprechend dotierter epitaktischer Schichten aus 111-V-Verbindungen in einer Dicke von 10 bis 20 nm zuverlässig ermöglicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiterlaser mit niedrigen Schwellenwertstromdichten, dessen Halbleiterkörper mehrschichtig ausgebildet ist und die folgenden je aneinander angerenzenden Schichten aufweist,

eine erste Schicht (14) weiten Energiebandabstandes,

eine zweite Schicht (15), deren Energiebandabstand kleiner als der der ersten
Schicht ist,

eine dritte Schicht (17),
eine vierte Schicht (19), deren Energiebandabstand größer als der der dritten
Schicht ist und

eine fünfte Schicht (18), deren Leitungstyp gegenüber dem der ersten Schicht
entgegengesetzt ist,

wobei die erste und zweite Schicht sowie die dritte und vierte Schicht einen ersten (20) bzw. vierten (23) HeteroÜbergang an ihren Grenzflächen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß
der Energiebandabstand der dritten Schicht (17) kleiner als der der zweiten Schicht (15) ist,
der Bandabstand der fünften Schicht (18) größer als der der vierten Schicht (19) ist,
die zweite (15) und dritte (17) Schicht sowie die vierte (19) und fünfte (!8) Schicht einen dritten (21) bzw. zweiten (22) HeteroÜbergang an ihren Grenzflächen bilden und

ein pn-übergang (11) zwischen der zweiten und vierten Schicht gelegen ist, wobei der dritte (21) und vierte (23) HeteroÜbergang eine der Ladungsträgereingrenzung dienende aktive Zone bildet.

2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-übergang (11) zwischen dem dritten (21) und vierten (23) HeteroÜbergang gelegen ist.

3. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-übergang (11) mit entweder dem dritten (21) oder dem vierten (23) HeteroÜbergang zusammenfällt.

4. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (20) und zweite (22) HeteroÜbergang einen Abstand voneinander haben, der zwischen λ/2 und λ gelegen ist, wobei λ die Wellenlänge der Rekombinationsstrahlung, gemessen im Halbleiterkörper, ist.

5. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht (17) näher bei der fünften Schicht (18), die p-leitend ist, als bei der ersten Schicht (14), die n-ieitend ist, gelegen ist.

6. Laser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (14) und fünfte (18) Schicht aufgebaut sind aus Al,Gai_»As bzw. AI₂Ga] __zAs, daß die zweite Schicht (15) aufgebaut ist aus ALGai -^As, mit y < χ und y < z, und

daß die dritte Schicht (17) aus AIpGai-^As mit 0< ρ <j'aufgebaut ist.

7. Laser nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Beziehungen zwischen den Parametern p, χ,γηηάζ:

gekennzeichnet, daß
für die erste Schicht (14) x> 0 gilt,
für die zweite Schicht (15) y> Ogilt,
die vierte Schicht (19) aufgebaut ist aus Ai₉Gai-₉As mit0<<7,p<pund

für die fünfte Schicht (18) 0 < ζ und q < ζ gelten.
9. Laser nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch