DE2552870A1 - Halbleiter-laserdiode - Google Patents
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Description
IL
2S52-870
.30-
Patentansprüche
Halbleiter-Laserdiode, gekennzeichnet durch einen vielschichtigen Halbleiterkörper mit einer Mehrzahl von
einander berührenden Schichten, von denen wenigstens zwei (6, 8) zur Definierung eines pn-tiberganges (14) dazwischen dotiert
sind,
eine erste Einrichtung zur Steuerung des pn-überganges (14) in Durchlaßrichtung zur Bewirkung eines durch den pn-übergang (14)
fließenden Pumpstromes oberhalb der Laserschwelle zur Erzeugung
von stimulierter kohärenter Pekoinbinationsstrahlung und eine in den» Halbleiterkörper angeordnete zweite Einrichtung
auf dur η-Seite des pn-überganges zur Einschränkung des VJeges
des Pumpstromflusses auf der η-Seite des pn-überganges (14) des
Halbleiterkörpers.
2. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Einrichtung innerhalb des Halblelterkörpers
auf der p-Seite des pn-Uberganges (14) zur Einschränkung
des Weges des Pumpstromflusses auf der p-Seite des pn-überganges
(14) des Halbleiterkörpers vorgesehen ist.
3. Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die zwei Schichten (6, 8) im Grenzbereich dazwischen einen ersten Heterogrenzbereich bilden.
4. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiterkörper eine dritte Schicht (10) umfaßt, die an eine (8) der beiden Schichten (6, 8) angrenzt und mit
dieser an der Grenzfläche dazwischen einen zweiten Heterogrenzbereich bildet.
G 0 9 B 2 U I 0 7 1 1
Claims (10)
1. Halbleiter-Laserdiode, gekennzeichnet durch
einen vielschichtigen Halbleiterkörper mit einer Mehrzahl von einander berührenden Schichten, von denen wenigstens zwei (6, 8)
zur Definierung eines pn-t)bergam,,-s (14) dazwischen dotiert
sind, j . - · ■ .: : ■■■■ ι · ■ ■■ .-I
eine erste Einrichtung zur Steuerung des pn-Uberganges (14) in |
Durchlaßrichtung zur Bewirkung eines durch den pn-übergang (14)-fließenden Pumpstromes oberhalb der Laserschwelle zur Erzeugung;:
von stimulierter kohärenter Pekombinationsstrnhlung und ein© in !-den Halbleiterkörper angeordnete zweite Einrichtung
auf der η-Seite des pn-Uberganges zur Einschränkung des Weges des Prapitromflusses auf der η-Seite des pn-Uberganges (14) des
Halbleiterkörpers.
2. Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS eine zusätzliche Einrichtung innerhalb des Halbleiterkörper«? auf der p-Seite des pn-Uberganges (14) zur Einschränkung
des Weges des Pumpstroraflusses auf der p-Seite des pn-übergangeε (14) des Halbleiterkörpers vorgesehen ist.
3. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Schichten (6, 8) im Grenzbereich dazwischen einen ersten Heterogrenzbereich bilden.
4. Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß d©r Halbleiterkörper eine dritte Schicht (10) umfaßt,
die an eine (8) der beiden Schichten (6, 8) angrenzt und mit dieser an der Grenzfläche dazwischen einen zweiten Heterogrenzbereich bildet.
α η η π ι L ι η 1
] 2 S 5 2 8 70
5. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (8) der beiden Schichten (6, 8) aus GaAs und
die andere (6) dei beiden Schichten (6, 8) und die dritte Schicht
(10) aus GaAlAs sind.
6. Halbleiter-Laserdiode nach einem di r vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, da?1 die zweite Einrichtung im Abstand
\ voneinander angeordnete Bereiche aus eigenleitendem Halbleiter-
V material umfaßt.
I' ,
7. Halbleiterlaserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung im Abstand von-
)' oinandter angeordnete Dereiche in dem Halbleiterkörper umfaßt, die
im Abstand voneinander angeordnete pn-tJbergiinge mit anderen Tei-
t ,lon ä<s® Halbleiterkörpers bilden, und die erste Einrichtung die
isn Abstand voneinander angeordneten pn-ttbergSnge in Sperrichtung
oteuGEt, wenn der pn-Ubergang in Durchlaßrichtung gesteuert ist
j sur Abgrenzung des Weges des Pumpstromes auf der η-Seite des pn-Überganges
auf einen Flußkanal zwischen den im Abstand voneinanösr
angeordneten pn-ObergHngen.
\ , .
\ , .
0. H^>leit@r-Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da-•ΐ
durch gekennzeichnet, daß die eine (8) der beiden Schichten (6,
8) etwa 0,2 Mikron dick ist und die andere (6) der beiden Schichten
(6, 8) etwa 0,3 Mikron dick ist.
9. Halbleiter-Laserdiode, die zur Erzeugung von Laserwirkung elektrisch gepumpt wird, gekennzeichnet durch
©inen vielschichtigen Halbleiterkörper mit wenigstens einer ersten,
zweiten und dritten Schicht aus aneinander angrenzendem Halbleitermaterial, von denen die zweite und dritte Schicht des
Halbleitermaterials an der Grenzschicht dazwischen einen ersten,
nichtgleichrichtenden Heterogrenzbereich bilden und die erste und zweite Schicht des Halbleitermaterials an der Grenzfläche
dazwischen einen zweiten gleichrichtenden Heterogrenzbereich bilden,
ι ί r:;: ? /* / η ν 1 1
2 D 'i 2 8 7
\ im Abstand voneinander in einem verbleibenden Teil des Halbleitermaterials
gebildete Bereiche auf der Seite des gleich-
:l richtenden Überganges der zweiten Schicht zur Abgrenzung des
Wfeges des Pumpstromflusses zwischen den im Abstand voneinander
,| angeordneten Bereichen, wenn der Halbleiterkörper elektrisch
Ί gepumpt wird, und
eine Einrichtung zum elektri chen Pumpen des Halbleiterkörpers,
ί) durch die der gleichrichtende übergang in Durchlaßrichtung ge- J
steuert wird.
! 10. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich- -T ';l net, daß die im Abstand voneinander angeordneten Bereiche den V''C<
Weg des Pumpstromflusses auf ei.»en Kanal zwischen diesen Be- *
reichen begrenzen.
11. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß ein zusätzlicher Pumpstromweg-Begrenzungskanal auf der nichtgleichrichtenden Seite der zweiten Schicht aus
Halbleitermaterial vorgesehen ist.
f.
■.■■■.
12. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 10 odar 11, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abstand voneinander angeordneten Bereiche
zusätzliche gleichrichtende übergänge mit der ersten Schicht bilden und die zusätzlichen gleichrichtenden übergänge
in Sperrichtung gesteuert werden, wenn die Einrichtung zum elektrischen Pumpen eine Steuerung in Durchlaßrichtung des gleichrichtenden
Überganges bewirkt.
13. Halbleiter-Laserdiode, gekennzeichnet durch
ein Substrat (4) aus einen ersten Halbleitermaterial, eine erste Schicht (6) aus einem zweiten Halbleitermaterial
angrenzend an das Sui «trat (4),
eine zweite Schicht (8) des ersten Halbleitermaterial angrenzend
an die erste Schicht (6) zur Bildung eines gleichrichtenden Hetierogrenzbereiches an der Grenzfläche dazwischen,
t.·■!fi;;?.'./ 071 1
- 14 - ?b52870
eine dritte Schicht (10) des zweiten Halbleitermaterials angrenzend
an die zweite Schicht (8) zur Bildung eines nichtgleichrichtenden Heterogrenzbereiches an der Grenzfläche dazwischen,
im Abstand voneinander angeordnete Bereiche an der Grenzfläche zwischen dem Substrat (4) und der ernten Schicht (6), die gleichrichtende
übergänge mit dem Hauptkörper des Substratmaterials und
der ersten Schicht bilden, wobei der Teil des Substrats und der Teil der ©rsten Schicht zwischen den im Abstand voneinander ange
<Mr«3n@fc@n Bereichen dazwischen einen ersten Pumpstrom-Flußkanal
bilcteü unu der gleichrichtende Heterogrenzbereich und die "gleich-'
richtenden übergänge so polarisiert werden, daß eine Steuerung
des gleichrichtenden Heterogrenzbereiches in Durchlaßrichtung eine Steuerung in Sperrichtung an wenigstens zwei der gleichrichtenden
übergängen bevi rkt, und
eine Einrichtung zum Anlegen einer Pumpstrom- Vorspannung an
dem Substrat (4) und der dritten Schicht (10), so daß der gleichrichtende
Heterogrenzbereich in Durchlaßrichtung gesteuert wird und die wenigstens zv/ei gleichrichtenden tlbergHnge in Sperrich- tung
gesteuert werden zur Begrenzung des Punpstromflusses auf
den Kanal zwischen den in Abstand voneinander angeordneten Bereichen.
:
14. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß eine vierte Schicht (12) des ersten Halbleitermaterial angrenzend an die dritte Schicht (10) vorgesehen ist, die dazwischen einen Heterogrenzbereich bildet, ein Teil der vierten
Schicht (12) vom selben Leitungctyp ist wie die dritte Schicht
(10), Während andere Teile auf beiden Seiten des Teiles der vierten Schicht (12) vom entgegengesetzten Leitungstyp sind, so daß
ein nichtgleichrichtender Kanal durch die vierte Schicht (12) zur dritter. Schicht (1O) gebildet wird, und der erste und zweite
Kanal zueinander ausgerichtet sind, so daß der Weg des Pumpstromes auf die Kanäle und im v/esentlicher. auf die Teile der ersten,
zweiten und dritten Schicht dazwischen beschrankt ist.
G η π η 2 i ι ο 71 ι
b 5 2 8 7 O
15. Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode, gekennzeichnet
Bildung eines Pumpstrom-Begrenzungskanalß in einer Schicht aun
Halbleitermaterial und
anschließende Bildung eines pn-überganges zwischen Schichten
des Halbl<sitermäerials, so daß durch den Kanal laufender Pumpstrom
©in© Injizierung von MinoritHtstriigern durch den pn-Ubergang
ergibt und eich die Erzeugung von kohärentem Licht ergibt.
, ■ j
'Ϊ6.'V^irfahsren* n&ch-Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der
pn-Ufo©jrg©a«3 ^©bildet wird durch Züchtung einer Halbleiterschicht
aus ©Insu■teitungstyp,auf der den Kanal enthaltenden Schicht des
Halbleitermaterial© und anschließende Züchtung einer Halbleiterschieht.
ctes entgegengesetzten Leitungstyps auf der Halbleiterschicht des einen Leitungstyps.
17. Verführen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kanal ©ich aus der Bildung von aneinander angrenzenden Halbleiterb@r@lchen
des anderen Leitungstyps ergibt, so daß andere pn-UbergSnge
gebildet werden, wobei die anderen pn-t'bergiinge in
Sperrichtung gesteuert werden, wenn der pn-tJbergang in Durchlaßrichtung
gesteuert wird.
18. Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode mit einem pnübergang
zur Injizierung von MinoritStstrHgern, gekennzeichnet
durch '■■.·■■'
Bildung von angrenzenden Oberflächenbereichen eines dazwischen einen Kanal definierenden Materials auf der Oberfläche eines
Substrate aus Halbleitermaterial eines Leitungstyps, Züchtung ^ier ersten Schicht eines Halbleitermaterials des einen
Leitungstyps auf der Substratoberfliiehe mit den angrenzenden Oberflächenbereichen,
Züchtung einer zweiten Schicht des Halbleitermaterials des anderen
Leitungstyps auf der err ten Schicht des Halbleitermaterials zur Bildung des pn-tJberganges zwischen der ersten und der
zweiten Schicht und
C OHR?U /07 1 1
2 b S 2 8 7 O
Steuerung des pn-Ubcrganger in HurchlaPrichtuncj, no daß ein
Pumpstrom durch den Kanal fließt zur Injizierung von Minoritäts-,
M trägern durch den pn-Hbermng, so daß dadurch kohärentes Licht
erzeugt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die «» , t angrenzenden Oberflächenbereiche gebildet werden durch Abdeckten
e, ; eines Bereiches der Substratoberfläche mit einem Material, das
\,{'l gegenüber Diffusion von Verunreinigungen des anderen Leitungs-
» *\ typs durch dieses hindurch undurchlässig ist, Diffundierung der
^ ί f V©runreinigunn des anderen Leitungstyps in die von dem Material
gs Vi nicht geschützten Bereiche der Oberfläche des Substrats und Fnt-
^, \ ( fernen des Materials zur Bildung des Kanals zwischen den diffun-
t <l dierten Oberflächenbereichen,
die diffundierten Oberflächenbereiche andere pri-t»bergMnge bilden,
die in Sperrichtung gesteuert werden, wenn der pri-tJbergang ' t in Durchlaßrichtung gesteuert wiri, zur Beschränkung des Pump-
* stromflusses durch den Kanal hindurch und nur durch einen Teil
der ersten Schicht, so daß dadurch nur ein Teil der zweiten Schicht gepumpt wird,
20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal definiert wird durch angrenzende Bereiche aus eigenleitendem
Halbleitermaterial.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal definiert wird durch angrenzende
isolierende Bereiche, die durch Protonenimplantation in die Oberflache des Substrats gebildet werden.
22. Verfahren zur Herstellung einer Heteroübergang-Laserdiode mit einem pn-übergang zur Injektion von MinoritHtstra'gern, gekennzeichnet
durch
Bildung von angrenzenden Oberflächenbereichen, die einen Kanal
dazwischen definieren, auf der Oberfläche eines Substrats aus
G 0 9 8 ? L I 0 7 1 1
? τ. 5. 8/0
Halbleitermaterial eines Leitungstyps, Züchtung einer ersten Schicht eines ersten Halbleitermaterial
des einen Leitungstyps auf der Suhstratoberflache,
Züchtung einer /weiten Schicht eines zweiten Halbleitermaterial«; des anderen Leitungstyps auf der ersten Schicht zur Bildung des
pn-Uberganges,
Züchtung einer dritten Schicht des zweiten Halbleitermaterials auf der zweiten Schicht, wobei die dritte Schicht vom anderen
Leitungstyp ist, und
Bildung von Elektroden für den Laser dergestalt, daß bei Steuerung des pn-Uberganges in Durchlaßrichtung der Fluß des Pumpstromes in dem Substrat durch den Kanal erfolgt, wodurch der Fluß des
Pumpstromes auf einen kleinen Bereich der ersten Schicht begrenzt
wird und ',Minoritätsträger durch den pn-Ubergang nur in einen
kleinen Bereich der zweiter. Schicht injiziert werden.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der
Kanal gebildet wird durch Abdeckung eines Bereiches der Substratoberfläche mit einem Material, das undurchlässig ist gegenüber
Diffusion von Verunreinigung des anderen Leitungstyps durch dieses hindurch, Diffundierung der ausgewählten Verunreinigung in
Oberflächenbereiche des Substrats, die von den» Material nicht geschützt sind, und Entfernung des Materials zur Bildung von im
Abstand voneinander angeordneten pn-Ubergängen, zwischen denen
der Kanal liegt, wobei die im Abstand voneinander angeordneten pn-Ubergänge in Sperrichtung gesteuert sind, wenn der pn-übergang zwischen der ersten und zweiten Schicht in Durchlaßrichtung
gestaert wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das
Substrat und die zweite Schicht aus GaAs und die erste und dritte Schicht aus GaAlAs sind.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal eine Breite in der Größenordnung von IO Mikron aufweist.
f : :■■ ->
L ' 0 7 1 1
528/0
26. Verfahren nach einen der Ansprüche-· U>
bin 21, dadurch cje~ kennzeichnet, daß der Kanal ojre F'ri;it<r- ir der Größenordnung
Von 10 Mikron aufweist.
27. Verfahren nach einen der Annpri ehe 18 hit- 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite .Schicht etwa 0,3 Mikron und die
erste Schicht etwa 0,2 \ikron dick ist.
2B. Verfahren nach einen der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal eine Ereite von etwa
10 Mikron aufholst.
29,: Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht etv/a 0,2 Mikron dick ist.
30. Verfahren zur Herstellung einer HetoroUbergang-Laserdiodf
eilt-einem* pn-übergang zur Injektion von Minoritiitstriigern, qekiinnzelchnet
durch
Bildung von angrenzenden OberflHchenbereichen, die einen Kanal
däwischen definieren, auf der Oberfläche eines Substrats aus
Halbleitermaterial eines Leitungstyps, Züchtung einer ersten Schicht eines ersten-Halbleitermaterials
^d@s einen Leitungstyps auf der Substratoberflache,
Züchtung einer zweiten Schicht eines zweiten Halbleitermaterials des anderen Leitungstyps auf der ersten Schicht zur Bildung des
pn -Überganges,
Züchtung einer dritten Schicht des zweiten Halbleitermaterials auf der zweiten Schicht, wobei die dritte Schicht vom anderen
Leitungstyp ist,
Bildung eines zweiten Kanals des anderen Leitungstyps durch die
vierte Schicht und
Steuerung des pn-Uberganges in Durchlaßrichtung, so daß der
Fluß des Pumpstromes aus einer Steuerungseinrichtung durch den
ersten und zweiten Kanal erfolgt.
609824/07 1 1
AA
31. Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode, bei der eine Steuerungseinrichtung einen Pumpstrom zur Injektion von Minoritätsträgern
durch einen pn-übergang der Diode liefert, gekennzeichnet durch
Bildung eines Pumpstrom-Begrenzungskanals in einem Körper aus
Halbleitermaterial und
anschließende Bildung des pn-Uberganges mit aneinander angrenzenden
Schichten aus Halbleitermaterial,wobei ein Substrat und die Schichten aneinander angrenzen.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß ■
eine zusätzliche Halbleiterschicht gebildet wird und eiri zusätzlicher
Strorabegrenzungskanal durch die zusätzliche Schicht hindurch
gebildet wird, wobei der erste und zweite Kanal auf verschiedenen Seiten des pn-überganges aneinander angrenzen.
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