DE2507357A1

DE2507357A1 - Halbleiterbauelement und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2507357A1
Application number: DE19752507357
Authority: DE
Inventors: Toshihisa Tsukada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-03-04
Filing date: 1975-02-20
Publication date: 1975-09-11
Also published as: FR2263624B1; DE2507357C2; JPS5248066B2; JPS50119584A; FR2263624A1; NL165891B; NL7501990A; GB1502953A; NL165891C

Description

Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Speziell betrifft die Erfindung solche Bauelemente, wie beispielsweise Halbleiterlaser, Leuchtdioden, Halbleiterwellenleiter oder Bandpassfilter. Insbesondere sind dabei Strukturen berücksichtigt, die einen langgestreckten mehrschichtigen Halbleiterkristall mit mindestens einem HeteroÜbergang und einer laseraktiven Schicht angrenzend an den HeteroÜbergang aufweisen.

Es ist bekannt, dass Halbleiterlaser mit' Doppelheteroiibergängen eine besonders niedrige Einsatz stromdichte für das Auftreten des Lasereffektes aufweisen und bereits bei Raumtemperatur einen kontinuierlichen Betrieb ermöglichen. Eine solche Doppelheterostruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass eine laseraktive Schicht unter Ausbildung von zwei HeteroÜbergängen zwischen zwei angrenzenden Halbleiterschichten angeordnet ist. Bekannt ist bei-

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spielsweise die Anordnung einer p-GaAs-Schicht zwischen einer n-GaAlAs-Schicht und einer p-GaAlAs-Schicht. Auch beim Einschluss einer Ga_1- Al As-Schicht zwischen zwei Ga_1-Al As-Schichten mit χ grosser als y wird eine Struktur mit Doppelheteroübergängen erhalten.

Beim Betrieb eines dieser Art aufgebauten Halbleiterlasers werden Elektronen und Defektelektronen in die laseraktive Schicht injiziert, ohne dass diese Ladungsträger abfliessen können. Ihre Beweglichkeit wird durch die Potentialschwellen eingeschränkt, die von den angrenzenden äusseren Schichten, die grosse Bandabstände aufweisen, aufgebaut werden. Dadurch wird in einer solchen Laserstruktur die Strahlungsrekombination der Elektronen und Defektelektronen mit hohem Wirkungsgrad erzielt. Das durch diese Rekombination erzeugte Licht bleibt dabei in der laseraktiven Schicht eingeschlossen, da der Brechungsindex dieser Schicht grosser als die Brechungsindizes der angrenzenden Schichten sind. Durch den Einschluss sowohl der Ladungsträger als auch der emittierten Strahlung in der laseraktiven Schicht wird die bemerkenswerte Herabsetzung der für den Laser effekt erforderlichen Einsetzstromdichte erreicht. Solche Halbleiterlaser mit Doppelheterostruktur können einen Laserstrahl mit einer wesentlich geringeren Schwellenstromdichte emittieren als herkömmliche Laser mit HomoÜbergängen oder Laser mit einem einzigen HeteroÜbergang.

Die Prinzipien und Grundlagen der Ha lble_citer-Laser struktur en mit Doppelheteroübergängen sind in der US-PS 3 691 476 im einzelnen beschrieben.

Laser, die in der Weise hergestellt werden, dass man lediglich Elektroden auf die gegenüberliegenden Oberflächen eines Bauelementes mit Doppelheterostruktur aufbringt, emittieren jedoch einen Strahl, der weder zufriedenstellend

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monochromatisch, noch ausreichend kohärent ist. Diese Nachteile werden durch die Gegenwart kleinster Baufehler in der Kristallstruktur verursacht. Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden die Halbleiterlaser mit Streifengeometrie entwickelt (J.Appl.Phys. 40 (1969), 1802).

Streifenlaser dieser Art werden in der Weise hergestellt, dass man auf eine epitaktisch aufgewachsene Oberfläche eines Kristalls mit Doppelheterostruktur eine elektrisch isolierende Schicht aufbringt. Aus dieser Isolatorschicht wird ein schmaler Streifen ausgeätzt, der senkrecht zur Spaltfläche des Kristalls verläuft. Anschliessend wird auf die Isolatorschicht eine Metallschicht in der Weise aufgedampft, dass diese im Bereich des schmalen ausgeätzten Streifens einen Kontakt zur Kristalloberfläche herstellt.

Beim Betrieb solcher Laserstrukturen fliesst der Strom streifenförmig durch die laseraktive Schicht. Dadurch wird die für den Lasereffekt zur Verfügung stehende Fläche verkleinert. Das wiederum hat zur Folge, dass ein Laserstrahl mit verbesserten optischen Eigenschaften im Vergleich zu einer Struktur erhalten wird, bei der der Stromfluss durch die gesamte laseraktive Schicht hindurch erfolgt. Durch die Verschmalerung der mit der Kristalloberfläche in dieser Laserstruktur in Kontakt stehenden Streifenelektrode muss jedoch eine unerwünschte Erhöhung der Einsetzstromdichte in Kauf genommen werden. Der in der laseraktiven Schicht des Streifenlasers fliessende Strom weist nämlich in Querrichtung eine Dichteverteilung auf, die typisch durch Dichte-minima in den transversalen Seitenbereichen des Streifenbereiches gekennzeichnet ist. Der Strom in diesen Bereichen liefert also keinen Beitrag zur Laseroperation. Die Stromdichte in diesen Bereichen ist zu gering, um zur Erzeugung des Laserstrahls beizutragen. Je kleiner die Breite der Streifenelektrode wird,

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um so grosser ist der Grad der Stromdivergenz aus der laseraktiven Schicht heraus. Zum Ausgleich dieser Verluste sind hohe Betriebsstromdichten erforderlich.

Zur Vermeidung dieser unerwünschten Divergenzverluste sind Streifenlaser mit Mesastruktur vorgeschlagen worden (IEEE Journal of Quantum Electronics, Bd, QE-9, Nr. 2 (1973), "Mesa-Stripe-Geometry Double-Heterostructure Injection Lasers"). Bei diesen Strukturen unterscheidet man Hochmesa Streifenstrukturen und Tiefmesastreifenstrukturen. Die Hochmesa Streifenstruktur en werden in der Weise hergestellt, dass man einen Kristall unter Ausbildung eines schmalen Mesastreifens bis unter die Tiefe der laseraktiven Schicht abätzt, so dass der dabei entstehende Hochmesastreifen die laseraktive Schicht enthält. Die Tiefmesastreifenstrukturen werden dagegen in der Weise hergestellt, dass man den schmalen Mesastreifen aus den über der laseraktiven Schicht liegenden Schichten ausätzt, ohne dabei die laseraktive Schicht selbst zu ätzen. Nach beiden Verfahren werden Strukturen erhalten, in denen der Strom ohne die beschriebenen unerwünschten Verluste gleichmässig durch die laseraktive Schicht fliesst. Selbst bei Verengung der Streifenbreite kann ein stabiler Laserbetrieb bei sehr niedrigen Einsatzstroradichten aufrecht erhalten werden. Insbesondere die TiefmesaStreifenstrukturen zeigen ausserdem besonders gute optische Eigenschaften des Laserstrahls, beispielsweise Strahlen mit nur einer einzigen Schwingungsart und durchaus zufriedenstellendem Polarisationsgrad.

Allen zuvor beschriebenen Halbleiterlasern haften jedoch zwei wesentliche Nachteile an: Sie weisen keine ausreichend hohe Quantenausbeute auf und sind optisch unscharf begrenzt. Diese Nachteile sind, wie Untersuchungen der Anmelderin gezeigt haben, darauf zurückzuführen, dass die Seitenflächen

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der laseraktiven Bereiche entweder mit der Umgebungsatmosphäre in Kontakt stehen oder vom gleichen Material eingeschlossen werden bzw. in dieses übergehen, wie das Material der laseraktiven/Schicht selbst..

Zur Verbesserung der Ergebnisse im Bereich hoher Quantenausbeuten und scharf begrenzter optischer Emission ist eine Struktur mit einer laseraktiven Schicht aus GaAs bekannt geworden, wobei diese Schicht auf allen Seiten von GaAlAs umschlossen ist, das einen grösseren Bandabstand und einen höheren Brechungsindex als die laseraktive Schicht hat (US-PS 3 780 353). Diese Struktur kann als "versenkte Heterostruktur" bezeichnet werden.

Laser auf der Basis einer versenkten Heterostruktur weisen eine hohe Quantenausbeute auf, da die aktive Laserschicht an allen Seiten mit einer den Ladungsträgerverlust eindämmenden Potentialschwelle umgeben ist. Da die aktive Laserschicht weiterhin an allen Seiten von einem Material umgeben ist, das einen niedrigeren Brechungsindex als die laseraktive Schicht aufweist, weisen solche Laser mit versenkter Heterostruktur auch eine sehr gute und scharfe optische Begrenzung auf.

Zur Verwirklichung dieser Struktur liegt es also nahe, einen solchen GaAs-GaAlAs-Laser mit versenkter Heterostruktur in der Weise herzustellen, dass man auf einem GaAlAs-Substrat eine GaAs-Schicht niederschlägt, diese Schicht in der gewünschten Weise unter Bildung der laseraktiven Schicht ätzt und anschliessend auf die geätzte Schichtstruktur wieder eine GaAIAs-Schicht aufbringt, die sowohl die freien Oberflächenbereiche des Substrats als auch die laseraktive GaAs-Schictit bedeckt. Dieses Verfahren ist jedoch nicht ausführbar.

Langwierige Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass

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auf III-V-Halbleiter substrat en, die Aluminium als Verbindungsbestandteil enthalten, und die der Luft ausgesetzt sind, keine Schichten aus GaAlAs oder anderen entsprechenden Substanzen herstellbar, zumindest nicht einwandfrei herstellbar sind. Der Grund für dieses Verhalten konnte bislang nach nicht erkannt werden. Vermutlich spielt jedoch eine Oberflächenoxidation des Substrats an der Luft eine Rolle. Eine solcherart oxidierte Oberfläche weist anscheinend keine ausreichende Benetzbarkeit für eine Galliumlösung zur Bildung von GaAlAs auf dem Substrat auf. Für die anderen Substanzen liegen offensichtlich ähnliche Verhältnisse vor.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement, beispielsweise einen Laser, eine Leuchtdiode, einen optischen Wellenleiter oder ein Bandpassfilter, zu schaffen, das eine hohe Quantenausbeute, eine scharfe und gute optische Begrenzung, einen aktiven Bereich mit guter Ausgewogenheit der Breiten- und Dickendimension aufweist und das in optischen Kommunikationssystemen als Lichtquelle für den kontinuierlichen Betrieb bei Raumtemperatur einsetzbar ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung solcher Halbleiterbauelemente zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Halbleiterbauelement vorgeschlagen, das gekennzeichnet ist durch ein aluminiumfreies III-V-Halbleitersubstrat mit einer Hauptoberfläche, durch einen mehrschichtigen Halbleiterkristall in Mesastruktur auf,, einem Teil der Substrathauptoberfläche, wobei der Halbleiterkristall eine laseraktive Schicht und eine erste Halbleiterschicht enthält, von denen die laserakti've Schicht eine der Substrathauptoberfläche zugekehrte und eine dieser abgewandte Oberfläche, ein Seitenflächenpaar sowie ein Endflächenpaar aufweist und die erste Halbleiter-

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schicht aus einem vom Material der laseraktiven Schicht verschiedenen Material mit grösserem Bandabstand besteht und auf der Oberfläche der laseraktiven Schicht aufgebracht ist, die der Substrathauptoberfläche abgewandt ist, und durch eine zweite Halbleiterschicht aus einem- vom Material der laseralctiven Schicht verschiedenen Material mit grösserem Bandabstand, die auf dem vom'Haibleiterkristall nicht bedeckten Bereich der Substrathauptoberfläche und auf den Seitenflächen der laseraktiven Schicht aufliegt.

Das Halbleiterbauelement der Erfindung enthält also ein Halbleitersubstrat aus einer Halbleiterverbindung von einem oder mehreren Elementen der dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente mit einem oder mehreren Elementen der fünften Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente, wobei dieses Substratmaterial jedoch kein Aluminium enthält. Die Begriffe "Elemente der dritten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente" oder ^HIII-V-Halbleitersübstrat" und entsprechende sind also im Rahmen dieser Beschreibung ausschliesslich Aluminium.

Auf der Oberfläche des III-V-Substrats liegt ein mehrschichtiger Halbleiterkristall, der eine Mesastruktur, also trapezförmigen Querschnitt,, aufweist. Die Mesahalbleiterstruktur enthält mindestens eine aktive Laserschicht und ein erstes Halbleitermaterial, das vom Material der Laserschicht verschieden ist und einen grosseren Bandabstand aj.s das Material der aktiven Laserschicht aufweist. Ein zweites Halbleitermaterial, das sich ebenfalls vom Material der aktiven Laserschicht unterscheidet und ebenfalls einen grösseren Bandabstand als dieses aufweist, ist auf dem verbleibenden Teil der Substratoberfläche des Bauelementes und den Seitenflächen der laseraktiven Schicht angeordnet.

Zur Herstellung des Bauelementes wird erfindungsgemäss vor-

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geschlagen, dass man auf einem aluminiumfreien III-V-Halbleitersubstrat eine aktive Laserschicht herstellt, dass man diese Schicht unter Ausbildung einer Mesastruktur ätzt und die nicht, von der Mesastruktur bedeckte Oberfläche des Substrates freilegt, und auf dieser freigelegten Oberfläche des HalbleiterSubstrats und auf den Oberflächen der laseraktiven Schicht eine Halble'iterschicht aus einem Material aufbringt, das vom Material der laseraktiven Schicht verschieden ist und einen grösseren Bandabstand als dieses aufweist.

In der zuvor beschriebenen Struktur können also die erste und die zweite Halbleiterschicht aus demselben Material bestehen und in einem einzigen Arbeitsgang aufgebracht werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1

ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Darstellung;

Figuren 2a bis 2d

vier aufeinanderfolgende Herstellungsstadien der in Fig. 1 gezeigten Struktur;

Fig. 3

in schematischer perspektivischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Figuren 4a

bis 4d vier Herstellungsstadien der in Fig.

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gezeigten Struktur;

Figuren 5 bis 9

in schematischer Darstellung Querschnitte durch weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung;

Figuren 1Oa bis 10c

drei Herstellungsstadien eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Fig. 11

in schematischer perspektivischer
Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Als erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. in schematischer perspektivischer Darstellung eine Halbleiterlaserstruktur gezeigt. Das n-GaAs-Substrat 4 hat eine Stör-

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Stellenkonzentration von etwa 2 χ 10 cm . Auf der Oberfläche des Substrats ist ein 2 /um breiter mehrschichtiger Halbleiterkristall mit Mesastruktur aufgebracht. Dieser Halbleiterkristall besteht aus einer n-Ga_Q 7Al₀ ^As-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 /um, die direkt auf der Hauptoberfläche des GaAs-Substrats 4 aufliegt, und aus einer p-leitenden oder undotierten GaAs-Schicht 1 mit einer Dicke

von etwa 0,5 /um, die auf die Ga_Q

As-Schicht 3 auf

gebracht ist. Eine η-leitende, undotierte oder isolierte Ga_Q 7Al₀ .,As-Schicht 2 ist auf der Oberfläche des GaAs-

_Q 7Al₀ .,

Substrates 4 und auf dem mehrschichtigen Halbleiterkristall mit Mesastruktur aufgebracht. Ein p-leitender Halbleiterbereich 5 ist in der Ga_Q 7Al₀ ^As-Schicht 2 so angeordnet, dass er bis auf die GaAs-Schicht 1 durchgreift. Eine elektrisch isolierende Schicht 6 ist auf der Oberfläche der Ga

_Q 7Al₀ 3^As-Schicht 2 angeordnet. Diese Isolatorschicht

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besteht vorzugsweise aus einem Phosphorsilicatglas. Die Isolator- und Schutzschicht 6 weist ein Fenster auf, das die Oberfläche des Halbleiterbereiches 5 frei lässt. Auf der Oberfläche der Isolatorschicht 6 und der freiliegenden Oberfläche des dotierten Halbleiterbereiches 5 ist eine zusammenhängende Metallschicht 7 aufgebracht. Die Metallschicht 7 besteht vorzugsweise aus-Chrom und Gold. Diese Schicht stellt den elektrischen Kontakt zum Halbleiterbereich 5 her. Auf der der Hauptoberfläche gegenüberliegenden Oberfläche des GaAs-Substrates 4 ist eine Metallschicht als Gegenelektrode aufgebracht. Die Metallschicht 8 besteht vorzugsweise aus Gold, das Germanium und Nickel enthält. Die einander gegenüberliegenden Endflächen 9 und 10 sind planparallel zueinander, so dass ein Hohlraumresonator für einen Laser gebildet wird.

Die Herstellung dieser in Fig. 1 gezeigten Struktur ist anhand von vier Herstellungsstadien in den Figuren 2a bis 2d dargestellt. Auf der Oberfläche eines Te-dotierten n-GaAs-Substrates 4 werden in an sich bekannter Weise durch epitaktisches Aufwachsen aus der flüssigen Phase eine 1 /um dicke Sn-dotierte n-Ga„ ^₇Al_n ^As-Schicht 3 und eine 0,5 ,um dicke Ge-dotierte p-GaAs-Schicht 1 aufgebracht (Fig. 2a).

In einer Vorrichtung zum Aufbringen von Schichten durch chemische Reaktion aus der Dampfphase wird diese Struktur auf etwa 450 ⁰C erhitzt und durch chemische Reaktion aus der Dampfphase auf der GaAs-Schicht 1 mit einer etwa 5000 Ä dicken Oxidschicht beschichtet. Diese Oxidschicht besteht vorzugsweise aus SiO₂/ jedoch kann auch ein Phosphorsilicatglas aufgebracht werden. Diese Oxidschicht wird anschliessend durch Photoätzen bis auf einen etwa 5 /um breiten Streifen wieder entfernt. Dieser Streifen ist so ausgerichtet, dass er senkrecht zur (110)-Ebene des Kristalls

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verläuft. Dabei wird die Oberfläche der GaAs-Schicht freigelegt. Die erhaltene Struktur wird anschliessend zumindest so lange geätzt, bis die nicht unter dem Maskenstreifen liegende Oberfläche des GaAs-Substrates 4 freiliegt. Als Ätzflüssigkeit wird vorzugsweise ein Gemisch aus H-SO , H_0₂ und H₂O im Volumenverhältnis 4:1:1 verwendet.

Auf diese Weise wird ein etwa 2 ,um breiter Mesastreifen eines mehrschichtigen Halbleiterkristalls auf der Oberfläche des GaAs-Substrates 4 erhalten. Anschliessend wird die den Mesastreifen bedeckende Oxidschicht entfernt (Fig. 2b) Die Entfernung der Oxidschicht erfolgt vorzugsweise mit einer Ätzflüssigkeit aus einem Gemisch aus NH₄F und HF im Volumenverhältnis von 6 : 1.

Eine Sn-dotierte n-Ga_Q -7Al₀ oAs-Schicht 2 wird in an sich bekannter Weise aus flüssiger Phase epitaktisch auf die Oberfläche des GaAs-Substrates 4 und den Mesakristallstreifen aufgewachsen (Fig. 2c).

Auf der Oberfläche der n-Ga_{Q 7}Al_{Q 3}As-Schicht 2 wird in an sich bekannter Weise durch chemische Reaktion aus der Dampfphase eine Phosphorsilicatglasschicht 6 mit einer Dicke von etwa 5000 S niedergeschlagen. In der Phosphorsilicatglasschicht 6 wird dann in an sich bekannter Weise über dem Mesastreifen selektiv ein Fenster geöffnet. Als Ätzmittel wird vorzugsweise ein Gemisch aus NH.F und HF eingesetzt. Die Struktur wird dann mit dem freiliegenden Oberflächenbereich der Ga_Q -7Al_{0 3}As-Schicht 2 einer 700 £ heissen ZnAs₂-Atmosphäre ausgesetzt. Dadurch wird eine bis auf die GaAs-Schicht 1 hinabgreifende p-leitende Dotierungsschicht 5 in der Ga _Q 7Al₀ ^As-Schicht gebildet. Schliesslich wird Gold, das Germanium und Nickel enthält, im Vakuum auf die Oberflächen des Phosphorsilicatglases 6 und des Halbleiterbereiches 5 aufgedampft, und

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werden Chrom und Gold auf die Oberfläche des GaÄs-Substrates aufgedampft. Die Metallaufdampfschichten haben eine Stärke von <±wa 1 /um (Fig. 2d).

Anschliessend wird die so hergestellte Struktur senkrecht zum Mesastreifen, also parallel zur (HO)-Ebene, gespalten. Die so hergestellten Kristä'llchen haben eine Längsabmessung in der Grössenordnung von 200 ,um. Die Spaltflächen, die Stirnflächen 9 und 10 der Struktur,dienen als Reflexionsflächen eines FABRY-PEROT-Resonators. Die so hergestellte Laserstruktur wird üblicherweise in an sich bekannter Weise mit einer Wärmesenke für den Laserbetrieb versehen.

Bei dem zuvor beschriebenen Verfahren sind die Seitenflächen der Ga_Q -7Al₀ ,As-Schicht 3 zeitweise der Luft ausgesetzt. Das Aufwachsen der Ga_Q -7Al₀ ^As-Schicht 2 auch auf diese Seitenflächen der Ga_Q 7AI -As-Schicht 3 bereitet jedoch keine Schwierigkeiten, da diese Seitenflächen der Schicht eine hohe Dichte von Keimbildungszentren aufweist.

Die in Fig. 1 gezeigte und nach dem anhand der Figuren 2a bis 2d beschriebenen Verfahren hergestellte Struktur weist vor allem den Vorteil auf, dass die Schwellenstromdichte oder Einsetzstromdichte für den Laserbetrieb sehr niedrig liegt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die GaAs-Schicht 1 vollkommen von den Ga_Q -7Al_{0 3}As-Schichten und 3 umgeben ist, deren Bandabstand grosser als der von GaAs ist. Auf diese Weise werden die Ladungsträger, die miteinander rekombinieren sollen,, in der GaAs-Schicht eingeschlossen. In dieser laseraktiven GaAs-Schicht 1 ist jedoch auch der Laserstrahl selbst eingeschlossen, da der Brechungsindex der GaAs-Schicht 1 grosser als derjenige der Ga_Q -7Al₀ -^As-Schicht ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in

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schematischer perspektivischer Darstellung in der Pig. 3 gezeigt. Auf der Oberfläche eines n-GaAs-Substrates 4 ist ein mehrschichtiger Laserkristallstreifen aus den Schichten 11, 1 und 12 aufgebracht. Direkt auf der Substratoberfläche liegt die n-Ga_{Q 6}A1_{Q 4}As_Q ω₈ ^ρο ₀2~^Sclli^cllt 11 , auf der die GaAs-Schicht 1 liegt. Auf dieser GaAs-Schicht 1 ist wiederum eine p-Ga_{Q 6}A1_{Q 4}As_{Q 98}Pq Qj-Schicht 12 aufgebracht. Die freibleibende Oberfläche des Substrates 4 und der Mesastreifen sind mit einer η-leitenden oder undotierten oder isolierten Ga₀, 6^A10,4^As0,₊98^P0,02- oder Ga^^^^^^^ Schicht 13 bedeckt. Ein p-Dotierungsbereich 14 ist in der in Fig. 3 erkenntlichen Weise in den Schichten 12 und 13 ausgebildet. Auf der Schicht 13 ist eine SiO^-Schicht 15 in der Weise ausgebildet, dass ein Teil der Oberfläche des Dotierungsbereiches 14 freibleibt. Auf der Oberfläche der SiO^-Schicht 15 und des freiliegenden Oberflächenbereiches des Dotierungsbereiches 14 ist eine Metallschicht so aufgebracht, dass sie einen elektrischen Kontakt zum Dotierungsbereich 14 herstellt. Auf der rückwärtigen Oberfläche des Substrates 4 ist eine Metallschicht 8 aufgebracht.

Zur Herstellung dieser Struktur werden auf die Oberfläche des n-GaAs-Substrates 4 in an sich bekannter Weise aus flüssiger Phase nacheinander eine n-Ga_{Q g}Al 4^Aso go^po 02~ Schicht 11, eine undotierte GaAs-Schicht 1 und eine p-Ga_{n Λ}· A1_{Q 4}As_Q qqPq ₀2~Schicht 12 epitaktisch aufgewachsen (Fig. 4a). Durch selektives Ätzen wird aus den Schichten 11, 1 und 12 unter Freilegung der Oberfläche des GaAs-Substrates 4 ein Mesastreifen hergestellt (Fig. 4b). Auf den Oberflächen des Substrates 4 und des Mesakristalls wird dann eine n-Schicht 13 gebildet. Dabei wird diese Schicht in der aus Fig. 4c ersichtlichen Weise nicht auf der Schicht 12 gebildet, da ein kristallines Aufwachsen auf Aluminium enthaltenden III-V-Halbleiterverbindungen ausserordentlich schwierig und aufwendig ist. Die Oberflächen

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der η-Schicht 13 und der p-Schicht 12 werden dann mit einer SiO^-Schicht 15 bedeckt. Die Schicht 15 wird anschliessend in der Weise selektiv geätzt, dass zumindest ein Teil der Oberfläche der p-Schicht 12 freiliegt. Durch das so hergestellte Fenster wird Zn in die freiliegende Ga_{Q ß}Al a^as_q go^pn Schicht unter Bildung eines p-Dotierungsbereiches 14 eindiffundiert. Auf der SiO^-Schicht 15 und dem p-Dotierungsbereich wird eine elektrisch leitende Schicht 7 niedergeschlagen. Auf der rückwärtigen Oberfläche des GaAs-Substrates 4 wird eine elektrisch leitende Schicht 8 aufgebracht.

Im Vergleich zu der in Fig. 1 gezeigten Struktur weist die in Fig. 3 gezeigte Struktur vor allem den Vorteil auf, dass die Diffusionsfront des auf dem Mesastreifen erzeugten Dotierungsbereiches 5 bzw. 14 in der in Fig. 3 gezeigten Struktur die Laser schicht 1 nicht erreicht, während sie diese in der in Fig. 1 gezeigten Struktur erreicht. Durch das Eingreifen der Diffusionsfronst in die Laserschicht 1 werden jedoch leicht Baufehler in dieser Schicht verursacht. Dies wiederum führt zu einer Erhöhung der Einsetzstromdichte und zu einer Verschlechterung der Langzeitstabilität im Betriebszustand. In der in Fig. 3 gezeigten Struktur sind diese möglicherweise auftretenden Nachteile gewährleistetermassen ausgeschlossen. Fertigungstechnisch lässt sich die in Fig. 3 gezeigte Struktur ausserdem insofern etwas einfacher darstellen, als die Tiefe der Diffusionsfront nicht so sorgfältig gesteuert werden muss wie in der in Fig. 1 gezeigten Struktur. Selbst wenn bei der Herstellung der in Fig* 3 gezeigten Struktur die Diffusionsfronst "bis auf die Schicht durchgreifen sollte, wird noch immer eine Struktur von der Qualität der in Fig. 1 gezeigten Struktur erhalten, während ein in weiteren Bereichen früheres Abfangen der fortschreitenden Diffusionsfront eine Struktur'mit deutlich besseren Kenndaten liefert als sie Strukturen der in Fig. 1 gezeigten Art liefern können.

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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Querschnitt in Fig. 5 dargestellt. Das n-GaAs-Substrat 4 ist auf einem n-GaAs-Hauptsubstrat 16 angeordnet. Auf der freien Oberfläche des n-GaAs-Substrates 4 ist ein mehrschichtiger Kristall mit Mesastruktur aufgebracht, der, von der Substratfläche aus gesehen, aus einer n-GaAlAs-Schicht 3, einer p-GaAs-Schicht 1, ,einer p-GaAlAs-Schicht 12 und einer p-GaAs-Schicht 17 besteht. Die übrige Oberfläche des n-GaÄs-Substrates 4 und die Oberfläche des Mesastreifens sind mit einer undotierten GaAlAs-Schicht 19 bedeckt. Auf der Oberfläche der undotierten GaAIAs-Schicht 19 ist eine p-GaAs-Schicht 18 angeordnet. In einem Teilbereich der GaAs-Schicht 18, der GaAlAs-Schicht 19, der GaAs-Schicht 17 und der GaAlAs-Schicht 12 ist ein p-leitender Dotierungsbereich ausgebildet. In der Figur nicht dargestellte Elektroden stellen den elektrischen Kontakt zum Dotierungsbereich und dem GaAs-Hauptsubstrat 16 her.

Die in Fig. 5 gezeigte Struktur wird im wesentlichen in der gleichen Weise wie die in Fig. 1 gezeigte Struktur hergestellt. Zunächst wird der aus den vier Schichten 3, 1, 12 und 17 bestehende Mesastreifen auf der Oberfläche des Substrates 4 durch Ätzen ausgeformt. Dann wird die GaAlAs-Schicht 19 aufgebracht. Die Unterschiede zu dem im Zusammenhang mit der in Fig. 1 gezeigten Struktur beschriebenen Herstellungsverfahren bestehen im wesentlichen lediglich darin, dass zusätzlich ein n-GaAs-Hauptsubstrat und eine zusätzliche GaAs-Schicht 18 hergestellt werden. Das zusätzliche n-GaAs-Hauptsubstrat 16 dient der mechanischen ^Verstärkung des GaAs-Substrates 4. Die GaAs-Schicht 18 dient der leichteren Herstellung eines ohmschen Kontaktes zwischen der Anschlusselektrode und dem Do- , tierungsbereich 20.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Struktur kann die Diffusionsfront in einer der drei p-leitenden Schichten 1, 12 oder

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aufgehalten werden, wodurch die Fertigungstechnik für
den Dotierungsbereich 20 weiter erleichtert wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. im Querschnitt dargestellt. Der mehrschichtige Mesakristallstreifen besteht aus einer n-GaAlAs-Schicht 3, einer p-GaAs-Schicht 1 und einer p-GaAlAs-Schicht 12. Der Mesastreifen ist auf der Oberfläche eines n-GaAs-Substrates aufgebracht. Die Seitenflächen der Mesastruktur und die nicht von der Mesastruktur bedeckte Oberfläche des GaAs-Substrates 4 sind mit einer n-GaAlAs-Schicht 2 bedeckt. In dieser n-GaAlAs-Schicht 2 und in der p-GaAlAs-Schicht ist ein p-leitender Dotierungsbereich 21 ausgebildet.

Nach der Bildung des mehrschichtigen Kristalls mit Mesastruktur lässt sich die GaAIAs-Schicht 2 nicht auf der
GaAlAs-Schicht 12, sondern lediglich auf der Oberfläche des GaAs-Substrates 4 undaif den seitlichen Oberflächen des Mesastreifens herstellen.

In der Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung gezeigt. Auf einem n-GaAs-Substrat 4 ist ein
mehrschichtiger Mesakristall aufgebracht, der aus einer p-GaAs-Schicht 1 und einer. p-Ga_{0 7}A1 _As-Schicht 12 besteht. Eine nicht dotierte Ga_ -7Al₀ ^As-Schicht 19 ist auf der verbleibenden Substratoberfläche und auf den Sd. tenflachen der Mesakristallstruktur aufgebracht.

In den Figuren 8 und 9 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, wobei diese Strukturen als
optische Wellenleiter verwendet werden.

Die in Fig. 8 gezeigte Struktur weist wie die in Fig. 5 gezeigte Struktur ein zweischichtiges Substrat auf, das aus einem n-GaAs-Hauptsubstrat 16 und einem n-GaAs-Substrat

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besteht. Auf der Oberfläche des Substrates 4 ist ein mehrschichtiger Mesakristall mit einem dreieckigen Querschnitt aufgebracht- Der Mesakristall besteht aus einer unten liegenden n-GaAlAs-Schicht 3 und einer darauf liegenden p-GaAs-Schicht 1. Über der Struktur liegt eine n-GaAlAs-Schicht 2. Die GaAs-Schicht 1 ist vollständig von den beiden GaAlAs-Schichten 2 und 3 umgeben, deren Brechungsindex niedriger als der Brechungsindex der GaAs-Schicht 1 ist. Das Licht wird dadurch in der GaAs-Schicht 1 eingeschlossen. Die GaAs-Schicht 1 wirkt als optischer Wellenleiter mit hervorragenden Eigenschaften.

Die in Fig. 9 gezeigte Struktur entspricht weitgehend der in Fig. 8 gezeigten Struktur. Sie unterscheidet sich von dieser lediglich dadurch, dass der Mesastreifen statt eines dreieckigen einen rechteckigen Querschnitt aufweist.

In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, die Halbleiterlaserstrukturen betreffen, ist die laseraktive Schicht 1 zur Bildung des Hohlraumresonators mit planparallelen Stirnflächen versehen, die senkrecht zur Richtung des emittierten Laserstrahles stehen.. In den Figuren 10a bis 10c ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das eine Laserstruktur ohne Hohlraumresonator darstellt.

Auf der Oberfläche eines n-GaAs-Substrates 4 ist ein mehrschichtiger Mesakristallstreifen aufgebracht, der zuunterst aus einer n-GaAlAs-Schicht 3 und darauf'aus einer p-GaAs-Schicht 1 besteht. Die Oberfläche des Mesakristallstreifens weist in Längsrichtung ein periodisch gewelltes Profil auf. Die freie Oberfläche des Substrates 4 und der Mesakristallstreifen sind mit einer n-GaAlAs-Schicht 2 bedeckt.

Zur Herstellung dieser Struktur werden zunächst auf der Oberfläche eines n-GaAs-Substrates 4 aufeinanderfolgend eine

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n-GaAlAs-Schicht 3 und eine p-GaAs-Schicht 1 aufgebracht. Die Oberfläche der p-GaAs-Schicht 1 wird mit einem Photolack überzogen- Diese Photolackschicht wird dann mit UV-Strahlen so belichtet, dass auf der Oberfläche der Photolackschicht Interferenzstreifen auftreten. Nach dem Entwickeln der Photolackschicht weist diese eine periodisch gewellte Oberfläche auf.' Dieses Verfahren ist im einzelnen in der Zeitschrift Applied Optics, J_2, (1973), 455 beschrieben.

Die erhaltene Struktur wird anschliessend unter Verwendung von Ionenstrahlen geätzt. Dabei wird die in Fig. 10a gezeigte Struktur mit einer periodisch gewellten Oberfläche der GaAs-Schicht 1 erhalten. Diese Struktur wird durch Mesaätzen in die in Fig. 10b gezeigte Struktur überführt. Dabei wird die Oberfläche des GaAs-Substrates 4 freigelegt. Auf der Substratoberfläche und auf dem Mesakristallstreifen wird anschliessend eine n-GaAlAs-Schicht 2 aufgebracht (Fig. 10c).

Beim Anlegen eines elektrischen Feldes an die GaAs-Schicht wird ein Laserstrahl mit der Wellenlänge

λ = 2 S«n/m

erhalten, wobei S die Periode der Oberflächenwellung der GaAs-Schicht 1, η der Brechungsindex der GaAs-Schicht 1 und m eine ganze Zahl sind.

Diese Struktur kann auch als Wellenleiter mit Filterfunktion, mit anderen Worten als Bandpassfilter, eingesetzt werden. Nur Licht mit einer Wellenlänge ^. , die die vorstehende Gleichung erfüllt, kann durch das Bauelement laufen. Die Struktur weist eine sehr schmale Bandbreite auf. Sie kann daher zur Trennung der Schwingungsmoden eines Laserstrahles dienen.

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In schematischer perspektivischer Darstellung ist in Fig. ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Auf einem n-Substratkörper 4 ist ein kreisförmiger mehrschichter Kristall mit Mesastruktur aufgebracht. Die Mesastruktur besteht, von der Substratoberfläche aus gesehen. aus einer n-Ga_Q kAIq c^As-Schicht 22, einer n-Ga_Q -tAIq o^As~ Schicht 23, die die eigentliche Licht emittierende Schicht ist, und einer auf dieser angeordneten P-Ga₀ κ^η c^-Schicht Die freibleibende Oberfläche des Substrates 4 und die Seitenflächen des Kristalls mit Mesastruktur sind mit einer n-Ga_ cAl_A ^s-Schicht 25 bedeckt. Die Oberfläche des Mesakristalls und der Schicht 25 sind mit einer Isolatorschicht 26, vorzugsweise mit einer SiO^-Schicht, versehen. Die Isolatorschicht 26 weist im Bereich der Oberfläche des Mesakristalls ein Fenster auf, in dem ein Teil der Oberfläche des Kristalls freiliegt. Auf dieser freiliegenden Oberfläche und der Oberfläche der Isolatorschicht 26 ist eine Elektrode 27 und auf der rückwärtigen Oberfläche des Substrates 4 eine Elektrode 28 aufgebracht.

Diese Struktur ist eine Leuchtdiode, die Licht mit einer Wellenlänge von etwa 7000 A mit einem ausserordentlich hohen Wirkungsgrad emittiert.

Statt des kreisförmigen Querschnittes der Mesastruktur in der in Fig. 11 gezeigten Leuchtdiode kann der Mesakristall auch andere geometrische Formen in Draufsicht aufweisen, beispielsweise die Form von Buchstaben oder Ziffern.

An dieser Stelle sei noch einmal betont, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung diese insbesondere hinsichtlich ihrer Anwendungsbereich nicht beschränken sollen. So sind beispielsweise die Ausführungsbeispiele nach den Figuren 1, 3, 5, 6, 7 und 10 in der Ausbildung als Laser beschrieben. Dieselben Strukturen können

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als optische Wellenleiter Verwendung finden, wenn kein elektrisches Feld an den mehrschichtigen Mesakristall angelegt ist. Die Strukturen dienen als Leuchtdioden, wenn die laseraktive Schicht nicht als Hohlraumresonator ausgebildet ist. Andererseits können auch die in den Figuren und 9 gezeigten und beschriebenen Strukturen sowohl als Halbleiterlaser oder als. Leuchtdioden Verwendung finden.

Ausserdem brauchen die Strukturen nicht auf das im Rahmen der Beschreibung genannte GaAs als laseraktives Material beschränkt zu sein. Gleicherweise braucht das die laseraktive Schicht umgebende Material nicht unbedingt Aluminium als Verbindungsbestandteil zu enthalten. Es können mit gleicher Wirkung andere Substanzen verwendet werden, solange diese nur einen breiteren Bandabstand als das laseraktive Material haben. Vorzugsweise werden jedoch Ga₁ Al As

1 ""X X

mit 0 kleiner als χ kleiner gleich 1 und Ga., Al As₁ P

^ 1-x χ 1-y y

mit 0 kleiner als x, y kleiner gleich 1 eingesetzt.

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Claims

Patentansprüche

1. Halbleiterbauelement, gekennzeichnet durch ein aluminiumfreies IXI-V-Halbleitersubstrat mit einer Hauptoberfläche, durch einen mehrschichtigen Halbleiterkristall in Mesastruktur auf einem Teil der Substrathauptoberfläche, wobei der Halbleiterkristall eine laseraktive Schicht und eine erste Halbleiterschicht enthält, von denen die laseraktive Schicht eine der Substrathauptoberfläche zugekehrte und eine dieser abgewandte Oberfläche, ein Seitenflächenpaar sowie ein Endflächenpaar aufweist und die erste Halbleiterschicht aus einem vom Material der laseraktiven Schicht verschiedenen Material mit grosserem Bandabstand besteht und auf der Oberfläche der laseraktiven Schicht aufgebracht ist, die der Substrathauptoberfläche abgewandt ist, und durch eine zweite Halbleiterschicht aus einem vom Material der laseraktiven Schicht verschiedenen Material mit grosserem Bandabstand, die auf dem vom Halbleiterkristall nicht bedeckten Bereich der Substrathauptoberfläche und 'auf den Seitenflächen der laseraktiven Schicht aufliegt.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Endflächen unter Bildung eines Hohlraumresonators parallel zueinander sind.

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3. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass der mehrschichtige Halbleiterkristall in Mesastruktur zusätzlich eine dritte Halbleiterschicht aus einem Material enthält, das vom Material der laseraktiven Schicht verschieden ist und einen breiteren Bandabstand als dieses hat, wobei die dritte HaIbleiterschicht zwischen der laseraktiven Schicht und dem Substrat angeordnet ist.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass der mehrschichtige Halbleiterkrijstall mit Mesastruktur eine vierte Halbleiterschicht auf der ersten Halbleiterschicht aufweist, wobei die vierte Halbleiterschicht aus einer aluminiumfreien IH-V-Halbleiterverbindung besteht.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die laseraktive Schicht eine periodisch gewellte Oberfläche hat.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Endflächen der laseraktiven Schicht planparallel zueinander sind und einen Hohlraumresonator bilden.

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η -

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zeichnet , dass die Endflächen zur Bildung eines Hohlraumresonators parallel zueinander sind.

8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die laseraktive Schicht und die erste Halbleiterschicht einen Leitungstyp haben, der demjenigen des Substrates entgegengesetzt ist.

9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite HaIbleiterschicht undotiert ist.

10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Halbleiterschicht ein Isolator ist.

11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet , dass die laseraktive Schicht und die erste Halbleiterschicht einen Leitungstyp haben, der demjenigen des Substrates und der dritten Halbleiterschicht entgegengesetzt ist.

12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η

zeichnet , dass diqzweite Halbleiterschicht undotiert ist.

13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet , dass die zweite Halbleiterschicht

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ein Isolator ist,

14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch g e k e η η zeich'net , dass die laseraktive Schicht, die erste Halbleiterschicht und die vierte Halbleiterschicht vom entgegengesetzten' Leitungstyp wie das Substrat und die dritte Halbleiterschicht sind.

15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Halbleiterschicht undotiert ist.

16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Halbleiterschicht ein Isolator ist.

17. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Halbleiterbereich vom selben Leitungstyp wie die erste Halbleiterschicht, wobei dieser Halbleiterbereich in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet ist, und durch Metallschichten, die auf dem Halbleiterbereich bzw. auf dem Substrat ausgebildet sind-

18. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen Ha lble.it erbereich vom selben Leitungstyp wie die erste Ha lbleiter schicht, wobei dieser HaIbleiterbereich in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet ist, und durch Metallschichten, die auf

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dem Halbleiterbereich bzw. auf dem Substrat aufgebracht sind.

19. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Halbleiterbereich vom gleichen Leitungstyp wie die erste Halbleiterschicht, wobei dieser Bereich in der vierten HaIbleiterschicht angeordnet ist, und durch Metallschichten, die auf dem Halbleiterbereich bzw. auf dem Substrat angebracht sind.

20. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Halbleiterbereich vom gleichen Leitungstyp wie die erste Halbleiterschicht, wobei der Halbleiterbereich in der ersten und vierten Halbleiterschicht ausgebildet ist, und durch ein Metall, das auf dem Halbleiterbereich bzw. auf dem Substrat aufgebracht ist.

21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die laseraktive Schicht aus Ga₁. AlAs (0 = y< 1) und das Substrat aus GaAs^ bestehen und dass die erste und die zweite Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (0<x < 1; x> y) und bzw. oder Ga_1- Al As_1- P (0<x < 1; 0< q < 1; x>y) bestehen.

22. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, dadurch

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gekennzeichnet , dass die erste und die zweite Halbleiterschicht aus GaAlAs besteht.

23. Halbleiterbauelement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (O< χ < 1) und die zweite Halbleiterschicht aus Ga Al As (O < ζ < 1; ζ?· χ) bestehen.

I "·Ζ Z —*

24. Halbleiterbauelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , dass die laseraktive Schicht aus Ga Al As (O < y < 1 ) und das Substrat aus GaAs bestehen und dass die erste und die zweite Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (0< χ < 1; x>y) und bzw. oder Ga Al As₁ P (0<x< 1; 0<q< 1; x>y) bestehen.

25. Halbleiterbauelement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , dass die erste und die zweite Halbleiterschicht aus GaAlAs bestehen.

26. Halbleiterbauelement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (0< χ < 1) und die zweite

1 ■""X X —~

Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (0< z. < 1 ; z>x) bestehen.

27. Halbleiterbauelement nach Anspruch 18, dadurch

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gekennzeichnet , dass die laseraktive Schicht aus Ga Al As (O <' y < 1) und das Substrat aus GaAs bestehen und dass die erste, zweite und dritte Halbleiter schicht aus Ga₁ Al As (0<χί 1; x>y) und

I ^mmJi Ji *"~

bzw. oder Ga_1-35Al_xAs₁' P (0<x< 1; 0 < q <■ 1; x>y) bestehen.

28. Halbleiterbauelement nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , dass die erste, zweite und dritte Halbleiterschicht aus GaAlAs bestehen.

29. Halbleiterbauelement nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (0^x < 1), die zweite Halbleiter schicht aus Ga Al As (0< ζ < 1; z>x) und

1 ^mmZ Z —

die dritte Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (0<x ± 1) bestehen.

30. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , dass die laseraktive Schicht aus Ga₁ Al As (0 < y<1), das Substrat aus GaAs und die vierte Halbleiterschicht aus GaAs bestehen und dass die erste, zweite und dritte Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (0< x<_ 1; x>y) und bzw. oder Ga₁ Al As₁ _P (0<xl 1; 0<q< 1; x>y) bestehen.

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31. Halbleiterbauelement nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dass die erste, zweite und dritte Halbleiterschicht aus GaAlAs bestehen.

32. Halbleiterbauelement nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (θ<Γχ-£ 1), die zweite Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (0< ζ ■£ 1 ; z> x) und

I "Z Z —

die dritte Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (O*:x < 1)

I —X X —

bestehen.

33. Halbleiterbauelement, gekennzeichnet durch ein eine Hauptoberfläche aufweisendes aluminiumfreies III-V-Halbleitersubstrat, durch einen mehrschichtigen Halbleiterkristall in Mesastruktur, der eine laseraktive Schicht mit einer der Substrathauptoberfläche zugekehrten und einer dieser abgekehrten Fläche, einem Seitenflächenpaar und einem Stirnflächenpaar enthält, wobei diese Mesa-Halbleiterkristallstruktur auf einem Teil der Substrathauptoberfläche aufgebracht

ist, und durch eine zweite Halbleiterschicht, die aus einem Material besteht, das vom Material der laseraktiven Schicht verschieden ist und einen breiteren Bandabstand als dieses aufweist, wobei die zweite Halbleiterschicht auf dem verbleibenden Bereich der Substratoberfläche und auf den Seitenflächen und der

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der Substrathauptoberflache abgekehrten Fläche der laseraktiven Schicht aufgebracht ist.

34. Halbleiterbauelement nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , dass die Stirnflächen unter Bildung eines Hohlraumresonators parallel zueinander sind.

35. Halbleiterbauelement nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , dass der mehrschichtige Mesahalbleiterkristall aus einer laseraktiven Schicht und einer dritten Halbleiterschicht besteht, die ihrerseits aus einem Material besteht, das vom Material der laseraktiven Schicht verschieden ist und einen grö'sseren Bandabstand als dieses aufweist, wobei die dritte Halbleiterschicht zwischen der laseraktiven Schicht und dem Substrat angeordnet ist.

36. Halbleiterbauelement nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet „ dass die Stirnflächen der laseraktiven Schicht parallel zueinander sind und einen Hohlraumresonator bilden»

37. Halbleiterbauelement nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , dass die laseraktive Schicht eine periodisch gewellte Oberfläche hat*

D G 9 ξ. 3 .· / ϋ O ν.- :,-■

38. Halbleiterbauelement nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet , dass die laseraktive Schicht eine periodisch gewellte Oberfläche hat.

39. Halbleiterbauelement nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , dass die laseraktive Schicht vom entgegengesetzten Leitungstyp wie das Substrat ist.

40. Halbleiterbauelement nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Halbleiterschicht undotiert ist.

41. Halbleiterbauelement nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , dass die Halbleiterschicht ein Isolator ist.

42. Halbleiterbauelement nach Anspruch. 35« dadurch gekennzeichnet „,dass die laseraktive Schicht vom entgegengesetzten Leitungstyp wie das Substrat und die dritte Kaltleiter sehiahe ist.^

43. Halbleiter'.",väusleuient nach Anspruch 2S₅ dadurca gekerinssiciirst , dasii dis swsits EaIb-= lederschicht undo ti sr "-- ir^«

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leiterschicht ein Isolator ist,

45. Halbleiterbauelement nach Anspruch 39, gekennzeichnet durch einen Ha Ib leiterbereich vom entgegengesetzten Leitungstyp wie das Substrat, wobei dieser Halbleiterbereich so in der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist, dass er auf die laseraktive Schicht durchgreift, und durch Metallschichten, die auf dem HaIbleiterbereich bzw. auf dem Substrat angeordnet sind.

46. Halbleiterbauelement nach Anspruch 45, gekennzeichnet durch einen Halbleiterbereich mit einem dem Substrat entgegengesetzten Leitungstyp, wobei der Halbleiterbereich in der zweiten Halbleiterschicht so ausgebildet ist, dass er auf die laseraktive Schicht durchgreift, und durch Metallschichten auf dem Halbleiterbereich bzw. dem Substrat.

47. Halbleiterbauelement nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet , dass die laseraktive Schicht aus Ga₁ Al As (0 < y<: 1) und. das Substrat aus GaAs bestehen, und dass die zweite Halbleiterschicht aus Ga Al As (0< χ < 1; x>y) oder Ga₁ AlAs₁ P

(0 <x < 1; 0< q < 1; x> y) besteht. ·

48. Halbleiterbauelement nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite HaIb-

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leiterschicht aus GaAlAs besteht.

49. Halbleiterbauelement nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet , dass die laseraktive Schicht aus Ga_1- Al As (O <. y c 1) und das Substrat aus GaAs bestehen, und dass die zweite und die dritte Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (O <x < 1; x>y) und bzw. oder Ga. Al As, P (0< χ ^ 1; 0 <■ q < 1; x>y) bestehen.

50. Halbleiterbauelement nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet , dass die zweitejund die dritte Halbleiterschicht aus GaAlAs bestehen.

51. Halbleiterbauelement nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet , dass die zweite Halbleiterschicht aus Ga₁ Al As (0< ζ < 1) und die dritte HaIb-

1 —Z Z =

leiterschicht aus Ga₁ Al As (0<x< 1; z>x) besteht.

52. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die erste und die zweite Halbleiterschicht einen niedrigeren Brechungsindex als·'das Material der laseraktiven Schicht haben.

53. Halbleiterbauelement nach Anspruch'3, dadurch gekennzeichnet , dass die erste, die zweite und die dritte Halbleiterschicht einen niedrigeren

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Brechungsindex als das Material der laseraktiven Schicht haben.

54. Halbleiterbauelement nach Anspruch 33, dadurch
gekennzeichnet , dass aie zweite Halbleiterschicht einen niedrigeren Brechungsindex als
das Material der laseraktiven Schicht hat.

55. Halbleiterbauelement nach Anspruch 35, dadurch
gekennzeichnet , dass die zweite und
die dritte Halbleit erschient einen niedrigeren Erechungsindex als das Material der iaseraktiven Schicht haben.

56. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, dadurch gekennzeichnet » dass man ein aluminiumfreies III-V-Halbleiterverbiridungssubstrat herstellt, dass man auf dem Substrat eine laseraktive Schicht herstellt, dass man die laseraktive Schicht so ätzt, dass diese mit einer Mesa struktur stehen
bleibt und in den übrigen Bereichen die Oberfläche
des Substrates freigelegt wird, und dass man auf der freigelegten Substratoberfläche und auf den Oberflächen der Iaseraktiven Schicht eine Halbleiterschicht aufbringt, die aus einem Material besteht, das vom Material der laseraktiven Schicht verschieden ist und einen grö'sseren Bandabstand als dieses aufweist.

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57. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, dadurch gekennzeichnet _f dass man (a) selektiv eine Halbleiterschicht in Mesastruktur auf einer ersten Oberfläche eines aluminiumfreien Substrates aus einer III-V-Halbleiterveroindung herstellt, wobei ein Teil dieser Schicht," die an einer seitlichen Oberfläche der Mesastruktur freiliegt, auch eine III-V-Halbleiterverbindung aus einem Aluminium in der Verbindung enthaltenden Material besteht, und dass man, (b) auf der freiliegenden Oberfläche des H&ibieitersubstrates und auf den Oberflächen der Halbleitsrschicht mit Mesastruktur eine waiters Schicht aus einem Halbleitermaterial aufbringe«

58c Verfahren n-i:r Herstellung eines Halbleiterbauelementss, dadurch g s -i s η η ζ e i ei Ϊ:. r £■ j , dass m&zi (a) auf einer ersten uber^Iächfe sines aluminiumfreie;.:-. Substrates a^s sim-r II.T-V-Halbi siterverbindung selektiv eine HaIbIsieerschicht in Msss. struktur herstellt; cii© eine iaseraiitxv^ EsIbI sitsr eck loht enthalte ^T.ind dass ir«an Cb)

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5;'"i- Verfahren ss;_ -^,'ispracl; SS₁, ca£»i'vcäi gakeanseich-

eine HaIbleiterschicht in Mesastruktur herstellt, die einen Bereich aus einer III-V-Halbleiterverbindung mit Aluminium als Verbindungsbestandteil auf der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrates herstellt.

60. Verfahren nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet , dass man in der Verfahrensstufe (b) die weitere Halbleiterschicht auf die freiliegende Oberfläche des Halbleitersubstrates und zumindest auf die freiliegenden Seitenflächen der Aluminium enthaltenden III-V-Halbleiterverbindungsschicht epitaktisch aufwächst.

61. Verfahren nach Anspruch 58, dadurch gekennzeichnet , dass man in der Verfahrensstufe (a) zunächst (al) eine Halbleiterschicht herstellt, die auch eine Aluminium enthaltende III-V-Halbleiterverbiridungsschicht enthält, wobei die Halbleiterschicht auf der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats hergestellt wird, und dass man dann (a2) diese Halbleiterschicht durch selektives Atzen in eine Mesastruktur überführt, an deren Seitenflächen die Seitenflächen der Aluminium enthaltenden III-V-Halbleiterverbindungsschicht freiliegen, .wobei diese Ätzung so durchgeführt wird, dass auch das Halbleitersubstrat freigelegt wird.

62. Verfahren nach Anspruch 61, dadurch gekennzeichnet , dass man in der Verfahrensstufe (b)

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auf die freigelegte Oberfläche des Halbleitersubstrates und zumindest auf die freiliegenden Seitenflächen der Aluminium enthaltenden III-V-Halblexterverbindungsschicht die weitere HaIbleiterschicht epitaktisch aufwächst.

63. Verfahren nach Anspruch '62, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Halbleiter schicht eine Aluminium enthaltende III-V-Halbleiterverbindungsschicht ist.

64. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennzeichnet, dass die Mesahalbleiterschicht aus mehreren Halbleiterschichten aufgebaut ist, und dass man in einen Teilbereich der epitaktisch aufgewachsenen weiteren Halbleiterschicht Fremdstoffe einbringt, wodurch man einen dotierten Halbleiterbereich erzeugt, der die laseraktive Halbleiterschicht nicht überlappt.

65. Verfahren nach Anspruch 62, dadurch gekennz eich net, dass man die Halbleiterschicht mit Mesastruktur aus mehreren Halbleiterschichten aufbaut und dass man weiterhin in einen Teilbereich der epitaktisch aufgewachsenen weiteren Halbleiterschicht'Fremdstoffe einbringt und dabei einen dotierten HaIbleiterbereich schafft, der die laseraktive Halbleiterschicht überlappt.

66. Verfahren nach Anspruch 59, dadurch gekennzeich net , dass man die Halbleiter schicht mit Mesastruktur

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so ausbildet, dass sie eine gewellte Oberfläche aufweist.

67. Verfahren nach Anspruch 58, dadurch gekennzeich net, dass man in der Verfahrensstufe (a) selektiv eine Halbleiterschicht mit Mesastruktur herstellt, die zwischen der laseraktiven Halbleiterschicht und der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrates eine Aluminium enthaltende III-V-Halbleiterverbxndung enthält.

68. Verfahren nach Anspruch 67, dadurch gekennzeich net , dass man in der Verfahrensstufe (b) die weitere HaIbIexterschicht auf die freigelegte Oberfläche des . Halbleitersubstrats und auf zumindest die freigelegten Seitenflächen der laseraktiven Halbleiterschicht epitaktisch aufwächst.

69. Verfahren nach Anspruch 58, dadurch g ekennzeichn e t , dass man in der Verfahrensstufe (a) zunächst (al) eine Aluminium enthaltende III-V-Halbleiterverbindungsschicht und eine laseraktive Halbleiterschicht aufeinanderfolgend auf der ersten Oberfläche des Halb-

leitersubstrates bildet und dann (a2) beide Schichten unter Ausbildung einer Mesastruktur selektiv ätzt, wobei man Seitenflächen beider Schichten und das Halb-

leitersubstrat freilegt.

70. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes,

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dadurch gekennzeichnet , dass man (a) selektiv eine Halbleiterschicht in Mesastruktur herstellt, die einen Bereich aus einer III-V-Halbleiterverbindung eines ersten Leitungstyps enthält und kein Aluminium als Verbindungsbestandteil enthält, dass man diese Mesaschicht auf einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats herstellt, das aus einer IH-V-HaIbleiterverbindung eines zweiten Leitungstyps besteht, der dem Leitungstyp der III-V-Halbleiterverbindung der Schicht entgegengesetzt ist, wobei die Halbieiterverbindung des Substrats jedoch kein Aluminium enthält, und dass man (b) eine weitere Halbleiterschicht aus einest* Kalbleitermaterial herstellt, das vom Material des Bereichs der III-V-Halbleiterverbindung verschieden ist und einen breiteren Bandabstand als dieses aufweist, wobei man diese weitere Halbleiterschicht auf der freigelegten Oberfläche des Halbleitersubstrates und auf der Oberfläch© der Mesahalbleiterschicht herstellt.

71. Verfahren nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, dass man in der Verfahrensstufe (a) selektiv eine Halbleiterschicht in Mesastruktur herstellt, die eine Aluminium enthaltende III-V-Halbleiterverbindung zwischen dem III-V-Ha lbleiter Verbindungsbereich und « der ersten Oberfläche des HalbleiterSubstrats enthält.

72. Verfahren nach Anspruch 71 . dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht in Mesastruktur so

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ausgebildet ist, dass sie eine gewellte obere Oberfläche aufweist.

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