DE2421961C2 - Halbleiterlaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiger Halbleiterlaser in Form einer Vielschichtstruktur ist bereits aus den Schriften Proceedings of the IEEE 60 (1972), Nr. 6, Seiten 726-728 und J. AppL Phys.44 (1973), Nr. 9, Seiten 4108-4119 bekannt und _M wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert

In der Figur ist ein Haljileiterls-er in Form einer aus einer Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten aufgebauten VielscKchtstruktur dargestellt Die aus Haibleiterschichten 1 bis 5 sowie Metallkontakten 10, 11 bestehende Vielschichtstruktur ist auf einer Wärmesenke 6 angeordnet Beispielsweise besteht die Halbleiterschicht 1 aus n-Galliumarsenid, die Halbleiterschicht 2 aus n-Galliumaluminiumarsenid, die Halbleiterschicht 3, die sogenannte »aktive Zone« des Halbleiterlasers, aus p-Galliumarsenid, die Halbleiterschicht 4 aus p-Galliumaluminiumarsenid, und dit Halbleiterschicht 5 aus p'+Galliumarsenid. Als Wärmesenke 6 eignet sich beispielsweise Diamant

Um für die Ankopplung an die relativ kleinen Lichteintrittsflächen von Glasfaserübertragungslcitungen nur einen relativ schmalen lichtemittierenden Bereich der laseraktiven Zone 3 zu erreichen, wird der Stromfluß durch eine derartige Vielschichtstruktur auf einen schmalen Bereich 9 begrenzt, was durch benachbarte Bereiche 7, 8 relativ hohen elektrischen Widerstands in der mit 5 bezeichneten Halbleiterschicht, die der Wärmesenke 6 benachbart ist, erzielt wird. Diese benachbarten Bereiche 7, 8 hohen elektrischen Widerstands in der Halbleiterschicht 5 sind durch Implantation von Protonen erzeugt. Bei bekannten Halbleiterlasern der vorgenannten Art wurde die der Wärmesenke 6 benachbarte Halbleiterschicht 5 möglichst dünn ausgeführt, um eine möglichst gute w Wärmeableitung aus der laseraktiven Zone zu ermögli= chen. Man war nämlich der Meinung, daß die bislang erreichte relativ kurze Lebensdauer derartiger Halbleiterbauelemente überwiegend durch eine unzureichende Wärmeabfuhr bedingt war. Beispielsweise betrug die Dicke einer derartigen Halbleiterschicht im allgemeinen nur wenige Mikrometer. Eine derartig dünne Kontaktierungsschicht (so wird im folgenden die der Wärmesenke benachbarte Halbleiterzone des Halbleiterlasers bezeichnet) hatte zwar eine relativ gute Wärmeabführung aus der laseraktiven Zone zur Folge, führte jedoch auch zu schwerwiegenden Nachteilen, Infolge der geringen Dicke dieser Halbleiterschicht 5 befindet sich die laseraktive Zone 3 in nur sehr geringem Abstand von der Außenfläche eines derartigen Halbleiterlasers. Bei der Befestigung der Vielschichtstruktur auf der Wärmesenke 6 führt das dazu, daß der Aufbau der laseraktiven Zone durch Diffusions- und Legierungsprozesse nachteilig beeinflußt wird. Beim Betrieb des Halbleiterlasers wurde beobachtet, daß durch den Einfluß der auftretenden Verlustwärme infolge unterschiedlicher thermischer Eigenschaften der Wärmesenke und der Halbleiterschichten der Vielschichtstruktur mechanische Spannungen auftraten, die die eigentliche erwartete Lebensdauer eines derartigen Halbleiterbauelementes wesentlich herabsetzten. Wiederum konnten sich diese mechanischen Spannungen durch den geringen Abstand der laseraktiven Zone von der Wärmesenke bevorzugt auf diese Zone auswirken. Durch die geringe Dieke der der Wärmesenke benachbarten Halbleiterzone 5 wurde weiterhin häufig beobachtet, daß das Lötmittel, das zur Verbindung der Vielschichtstruktur mit der Wärmesenke zwischen der Halbleiterschicht 5 und der Wärmesenke 6 erforderlich ist, unmittelbar eine Verbindung reit der mit 5 bezeichneten Halbleiterschicht bildete und somit die Bereiche hohen elektrischen Widerstand in der Halbleiterschicht 5 unwirksam machte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Halbleiterlaser dahingehend zu verbessern, daß dieser in zuverlässiger Weise herstellbar ist

Diese Aufgabe wird gelöst durch das im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Merkmal.

Eine Ausgestaltung ist dem Unteranspruch entnehmbar.

Die Erfindung hat in übsrrasciiender Weise den Vorteil, daß gegenüber bekannten Halbleiterlasern die Lebensdauer wesentlich erhöht werden kann, was für eine Anwendung als Lichtsender in optischen Nachrichtenübertragungssystemen von besonderer Bedeutung ist.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der Figur näher erläutert

Bei diesem Beispiel wird die Dicke der der Wärmesenke 6 benachbarten Halbleiterschicht 5 auf einen Wert von mindestens 10 Mikrometer, also ein Vielfaches der bisher üblichen Dicke gesteigert. Zwar wird durch die um ein Mehrfaches vergrößerte Dicke dieser Halbleiterschicht 5 eine verringerte Wärmeabfuhr zur Wärmesenke 6 in Kauf genommen; durch die Vergrößerung der Dicke dieser Halbleiterschicht 5 befindet sich aber jetzt die laseraktive Zone 3 derartig weit von der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 5 und der Wärmesenke 6 entfernt, daß beim Auflöten des Halbleiterkörpern auf die Wärmesenke auftretende Diffusions- und Legierungsprozesse keinen nachteiligen Einfluß mehr auf diese laseraktive Zone 3 ausüben können. Durch die relativ große Dicke der Halbleiterzone 5 wird weiterhin erreicht, daß beim Betrieb des Halbleiterlasers infolge unterschiedlicher thermischer Eigenschaften der Wärmesenke 6 bzw. des Halbleiterkörpers auftretende mechanische Spannungen in viel geringerem Maße als bei bisher bekannten Halbleiterlasern auf die laseraktive Zone 3 einwirken

können. Dies hat eine wesentlich erhöhte Lebensdauer eines derartigen Halbleiterlasers zur Folge,

Zusätzlich ist zu erwähnen, daß eine größere Dicke der Halbleiterschicht 5 eine wesentliche Vereinfachung bei der Herstellung eines derartigen Halbleiterlasers bietet Bekanntlich werden die mit 2, 3, 4 und 5 bezeichneten Schichten des dargestellten Hajbleiterlasers epitaktisch auf das reit 1 bezeichnete Substrat aufgebracht Die, bei bisher bekannten Halbleiterlasern angewendete relativ dünne Halbleiterschicht 5 in Nachbarschaft der Wärmesenke war nur mit großen Schwierigkeiten herstellbar. Schichten größerer Dicke dagegen sind mittels Epitaxieverfahren wesentlich leichter herzustellen.

Vorzugsweise erfolgt die Herstellung der Bereiche größeren elektrischen Widerstands, die den Stromfluß durch den Halbleiterlaser auf einen relativ schmalen Bereich einschränken, ebenfalls nach an sich bekannten Verfahren der Ionenimplantation. Diese in der Figur mit 7 und 8 bezeichneten Bereiche hohen elektrischen Widerstands reichen ausgehend von tier Halbleiterzone 5 mindestens bis in die laseraktive Zone 3 hinein, um den Stromfluß auf die gewünschte Weise zu begrenzen. Die Herstellung dieser isolierenden Bereiche durch Ionenimplantation erfolgt in einem Verfahrensschritt, der vor der Befestigung des Halbleiterkörpers auf der Wärmesenke liegt Die mit mindestens 10 μπι wesentlich größere Dicke der Halbleiterschicht 5 erfordert natürlich dabei die Anwendung von Ionen wesentlich höherer Energie, um die erforderliche Eindringtiefe in das Halbleitermaterial zu erreichen. Beispielsweise sind Protonen mit einer Energie in der Größenordnung von 1 MeV geeignet, um die gewünschten isolierenden Bereiche bei dem als Ausführungsbeispiel der Erfindung erläuterten Halbleiterlaser herzustellen. Protonen von dieser Energie haben eine Eindringtiefe von etwa 15 Mikrometer in Galliumarsenid, Unter Umständen eignen sich zur Ionenimplantation aach «-Teilchen aus radioaktiven Quellen; beispielsweise entstehen beim Zerfall des Radiums α-Teilchen mit einer Energie von mehreren MeV.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   1_T Halbleiterlaser in Form einer aus einer Mehrzahl von unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten aufgebauten Vielschichtstruktur, bei dem der Stromfluß auf einen schmalen Bereich (9) begrenzt ist, der durch benachbarte Bereiche (7, 8) relativ hoben elektrischen Widerstandes einer einer Wärmesenke (6) benachbarten Halbleiterschicht (5) eingegrenzt ist, und bei dem sich die insbesondere \o durch Protonenimplantation entstandenen benachbarten Bereiche (7, 8) mindestens bis in eine laseraktive Zone (3) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke dieser der Wärmesenke benachbarten Halbleiterschicht (5) >10 Mikrometer ist.
2. 2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Bereiche (7, 8) relativ hohen elektrischen Widerstands durch Implantation von α-Teilchen erzeugt sind.