DE2626775A1

DE2626775A1 - DIODE LASER WITH HETEROUE TRANSITION

Info

Publication number: DE2626775A1
Application number: DE19762626775
Authority: DE
Inventors: Robert D Burnham; Donald R Scifres
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1975-06-23
Filing date: 1976-06-15
Publication date: 1976-12-30
Also published as: AU501061B2; JPS523392A; JPS5653237B2; AU1521076A; GB1546729A; DE2626775C2; NL7606798A; FR2315785A1; FR2315785B1; CA1065460A

Description

PAT E N ΤΛ N W Ä LT EPAT E N ΤΛ N WÄ LT E

A. GRÜNECKER H. KINKEUDEYA. GRÜNECKER H. KINKEUDEY

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W. STOCKMAIRW. STOCKMAIR

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K. SCHUMANNK. SCHUMANN

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P. H. JAKOBP. H. JAKOB

DPL-INCiDPL-INCi

G. BEZOLDG. BEZOLD

OfI RERNAT-OfI RERNAT-

8 MÜNCHEN 228 MUNICH 22

MAXIMILIÄNSTRASSE 43MAXIMILIÄNSTRASSE 43

15- Juni 1976 P 10 392 D/75280/75281June 15, 1976 P 10 392 D / 75280/75281

XEROX COHPOEATIONXEROX COHPOEATION

Xerox Square, Rochester, Nev? York 14644, USAXerox Square, Rochester, Nev? York 14644, USA

Diodenlaser mit HeteroÜbergangDiode laser with heterojunction

Die Erfindung betrifft einen Diodenlaser mit HeteroÜbergang. The invention relates to a diode laser with a heterojunction.

Um den Schwellenwert der Stromdichte eines Diodenlasers mit doppeltem HeteroÜbergang unter den kritischen Grenzwert für den Dauerstrich-Betrieb oder c-w-Betrieb zu senken, ist es notwendig, daß die Stärke der aktiven Schicht in der Größenordnung von 0,5 ^im oder darunter liegt. Werden gewöhnliche Laser mit doppeltem HeteroÜbergang zerteilt und geschnitten, so seigt sich, daß ihreTo the threshold value of the current density of a diode laser with double heterojunction below the critical limit value For continuous wave operation or c-w operation, it is necessary to lower the strength of the active Layer on the order of 0.5 ^ im or less lies. If ordinary lasers with a double heterojunction are divided and cut, their

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TElSFON (O3S1 i»c ■?· TELEPHONE (O3S1 i »c ■? ·

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Querschnittsfläche im typischen Fall in der Größenordnung von 0,2 pm χ 20 μπι ι liegt. Urn den durch den Diodenlasar mit HeteroÜbergang erzeugten Laserstrahl mit der Verwendung optischer Systeme aus runden Linsen oder anderen symmetrischen optischen Elementen vereinbar zu machen, ist es wünschenswert, die große Unausgewogenheit der Abmessungen zwischen der Breite und der Dicke des aktiven Bereiches in der Größenordnung von einigen 100 : 1 soweit wie möglich auf ein Verhältnis 1:1 herabzusetzen, wobei ein Verhältnis von 5 : 1 ausreichend ist.Cross-sectional area is typically in the order of 0.2 μm χ 20 μm . In order to make the laser beam generated by the heterojunction diode laser compatible with the use of optical systems made up of round lenses or other symmetrical optical elements, it is desirable to reduce the large dimensional imbalance between the width and the thickness of the active area, on the order of a few hundred : 1 should be reduced to a ratio of 1: 1 as far as possible, a ratio of 5: 1 being sufficient.

Kürzlich wurde ein Diodenlaser mit doppeltem HeteroÜbergang bekannt, bei dem die Breite des Fadenbe— reiches der aktiven Schicht beträchtlich verringert ist» Der bekanntgewordene Diodenlaser wird Injektionslaser mit beerdigter Heterostruktur genannt, da der fadenförmige aktive Laserbereich vollständig von einem Bereich aus einem Material mit geringerem Brechungsindex, d. h. von GaAlAs, wenn der aktive Bereich aus GaAs besteht, umgeben ist. Das typische Herstellungsverfahren für den bekannten Laser mit beerdigter Hetero struktur, besteht aus vier Hauptschritten: 1.) Einem" Aufwachsschritt aus Flüssigphase, um auf einem GaAs Substrat eine erste GaAlAs-Schicht, eine aktive Schicht aus GaAs und eine zweite GaAlAs-Schicht auszubilden. 2) Einem Mesaätzschritt, bei dem ein Teil der zwei GaAlAs-Schichten und ein Teil der GaAs-Schicht entfernt werden, um den aktiven Fadenbereich festzulegen. 3) Ein zweiter Auflachsschritt aus Flüssigphase, um eine GaAlAs um den Mesabereich herum auszubilden und dadurch den aktiven Fadenbereich vollständig mit einem Material zu umgeben, das einen niedrigeren Brechungsindex als das des aktiven Fadenbereiches hat, d. h. den aktiven FadenbereichRecently, a diode laser with double heterojunction has been introduced known in which the width of the thread area of the active layer is reduced considerably is »The well-known diode laser is called an injection laser with a buried heterostructure because the filamentary active laser area entirely from one Area made of a material with a lower refractive index, i. H. of GaAlAs when the active area is off GaAs consists, is surrounded. The typical manufacturing process for the well-known laser with buried hetero structure, consists of four main steps: 1.) A "liquid phase growth step in order to." a GaAs substrate, a first GaAlAs layer, an active layer made of GaAs and a second GaAlAs layer to train. 2) A mesa etching step in which part of the two GaAlAs layers and part the GaAs layer can be removed in order to define the active filament area. 3) A second salmon step from liquid phase to a GaAlAs around the mesa region to form around and thereby completely surround the active thread area with a material that has a lower refractive index than that of the active filament region, d. H. the active thread area

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rait GaAlAs zu umgeben, oder darin zu beerdigen, wenn das Material des aktiven Bereiches GaAs ist. Schließlich 4.): Ein selektives Eindiffundieren eines P-Dotierungsmittels., beispielsweise Zink, uni einen P-Kanal von dem nicht zum Substrat gehörenden Ende dar Einrichtung zur an den aktiven Fadenbereich angrenzenden GaAlAs-Schicht auszubilden. Der letzte Verfahrensschritt macht es erforderlich, daß eine mit einer Öffnung versehenern Maskierungsschicht auf dem nicht zum Substrat gehörenden Ende der Einrichtung ausgebildet wird, wobei die Öffnung genau zum Gipfel des Mesabereiches ausgerichtet sein muß.rait to surround GaAlAs, or to bury in them, if the material of the active area is GaAs. Finally 4.): A selective diffusion of a P-dopant., for example zinc, uni one P-channel from the non-substrate end the device for forming the GaAlAs layer adjoining the active thread area. The last step in the process requires that an apertured masking layer be on the the end of the device not belonging to the substrate is formed, the opening exactly to the summit of the mesa area must be aligned.

Es ist leicht ersichtlich, daß das beschriebene Verfahren den Nachteil hat, daß zwei getrennte Aufwachsschritte erforderlich sind. Ein anderer Nachteil liegt darin, daß mehrere Schichten verschiedener Zusammensetzung und Stärke geätst oder in anderer Weise entfernt werden müssen und daß diese Unterschiede der Schichten es schwierig machen, das Ätzen oder das Entfernen der Schichten zu steuern. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß anschließend an den Ätzschrxtt und vor dem zweiten Aufwachsschritt die freiliegenden Oberflächen 'des Mesabereiches infolge des Problems der Aluminiumverschmutzung oxydieren können, wobei eine solche Verschmutzung Fehler im aktiven Fadenbereich hervorruft· Das zweite epitaxiale Aufwachsen kann auch ein Rückschmelzen der Bereiche verursachen, die beim ersten Aufwachsen ausgebildet wurden, was mit großer Wahrscheinlichkeit weitere Fehler im aktiven Bereich verursacht.It can easily be seen that the method described has the disadvantage that two separate growth steps required are. Another disadvantage is that there are several layers of different composition and strength must be gätst or otherwise removed, and that these differences of Layers make it difficult to control the etching or layer removal. Another disadvantage lies in the fact that subsequent to the etching and before the second growth step, the exposed surfaces 'of the mesa area due to the problem of aluminum pollution can oxidize, whereby such contamination causes defects in the active thread area The second epitaxial growth can also cause the areas to melt back when first growths were formed, which is very likely to cause further defects in the active area caused.

Wie erwähnt, muß die Zink-Diffusion bei dem beschriebenden Verfahren zur Ausbildung eines nicht gleichrichtenden Kanals zur GaAlAs-Schicht am nicht zum Substrat gehörenden Ende des aktiven Fadenbereiches durch eineAs mentioned, the zinc diffusion must be used in the described process to form a non-rectifying Channel to the GaAlAs layer at the end of the active thread area not belonging to the substrate through a

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maskierende Öffnung erfolgen, die genau zum Gipfel des ' Masabereiches ausgerichtet ist. Diese Ausrichtung ist schwierig beizubehalten, da der Gipfel des Mesabereiches durch die zweiten Epitaxialschichten verdeckt wird und Toleranzen von weniger als 1 juin eingehalten werden müssen. Was weiterhin die Zink-Diffusion anbetrifft, so muß sich der Diffusionsbereich durch eine relativ starke (5 ^m ) GaAlAs-Schicht erstrecken und in einer relativ dünnen (1 μπι ) GaAlAs-Schicht enden. Wenn die Diffusion nicht tief genug geht, wird eine gleichrichtende Sperre erzeugt, die einen Fluß des Pumpstromes verhindert, und wenn die Diffusion zu tief geht, kann der aktive Bereich (0,5 pm- stark) durchstoßen werden. Wie bereits erwähnt, ist die Zink— - Diffusion aufgrund der unterschiedlichen Stärken der Schichten und ebenfalls aufgrund der sich ändernden Stärke jeder Schicht schwer zu steuern. Die Zink-Diffusion muß somit außerordentlich genau gesteuert werden. Eine andere Schwierigkeit beim Mesaherstel— lungsverfahren liegt darin, daß der Mesabereich aus einem sehr langen, dünnen Plateau besteht, das während der nachfolgenden Aufwachs- und Zink-Diffusionsschritte leicht beschädigt wird, d. h., abblättert oder abbricht.masking opening take place, which is aligned exactly to the summit of the 'masa area. This alignment is difficult to maintain because the top of the mesa area is covered by the second epitaxial layers and tolerances of less than 1 μm have to be observed. As for zinc diffusion, the diffusion area must extend through a relatively thick (5 ^ m) GaAlAs layer and end in a relatively thin (1 μm ) GaAlAs layer. If the diffusion does not go deep enough, a rectifying barrier is created preventing the pumping current from flowing , and if the diffusion goes too deep the active area (0.5 µm thick) can be pierced. As mentioned earlier, the zinc diffusion is difficult to control because of the different thicknesses of the layers and also because of the changing thickness of each layer. The zinc diffusion must therefore be controlled extremely precisely. Another difficulty with the mesa-making process is that the mesa area consists of a very long, thin plateau which is easily damaged, ie, peeled or broken off, during the subsequent growth and zinc diffusion steps.

Ziel der Erfindung ist ein verbesserter Laser und insbesonders ein verbesserter Diodenlaser mit beerdigtem HeteroÜbergang.The aim of the invention is an improved laser and in particular an improved diode laser with a buried Hetero transition.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein verbessertes. Verfahren zum Herstellen eines Diodenlaser mit beerdigtem Heteroübergang sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Diodenlaser mit doppeltem HeteroÜbergang, das wenige Verfahrensschritte erfordert.The invention also provides an improved one. Method of making a buried heterojunction diode laser and a method of manufacturing a double heterojunction diode laser that few Requires procedural steps.

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Dazu ist der erfindungsgemäßa Diodenlaser mit Heteroübergang, gekennzeichnet durch ein Substratteil, das eine Oberfläche mit einer langgestreckten in der Oberfläche ausgebildeteten Rille aufweist, durch eine erste Schichtaus einem ersten Material, die auf diese Oberfläche aufgebacht ist, wobei die der Oberfläche des Substrates entfernt liegende Oberfläche der ersten Schicht mit einem Abschnitt ausgebildet ist, der innerhalb eines beträchtlichen Teils der Rille zum Substrat hin konkav verläuft, durch eine zweite Schicht aus einem zweiten Material, die auf die erste Schicht aufgebracht ist, wobei das zweite Material einen größeren Brechungsindex als das erste Material hat und die zweite Schicht im wesentlichen ebene Abschnitte an beiden Seiten der Rille und einen etwa becherförmigen Abschnitt aufweist, der sich hauptsächlich innerhalb der Rille befindet und mit dem konkaven Abschnitt der vom Substrat entfernt liegenden Oberfläche der ersten Schicht in Berührung steht, durch eine dritte»auf die zweite Schicht aufgebrachte Schicht aus einem dritten Material, wobei die zweite Schicht von einem anderen Leitfähigkeitstyp ist, so daß ein erster gleichrichtender Übergang an der Grenzfläche zwischen der zweiten Schicht und entweder der ersten Schicht oder der dritten Schicht besteht, und durch eine Einrichtung, die sich an beiden Seiten der in der Oberfläche des Substrats ausgebildeten Rille befindet, um den Fluß des Pumpstromes auf einen Weg durch die Rille und durch den becherförmigen Abschnitt der zweiten Schicht zu beschränken, wenn der gleichrichtende Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, um dadurch eine Besetzungsinversion im becherförmigen Abschnitt der zweiten Schicht zu erreichen, so daß durch die mit Strahlung verbundene Rekombination der Ladungsträger im becherförmigen Abschnitt der zweiten Schxcht Licht erzeugt wird, das durch die erste und die dritte Schicht infolge des geringerenFor this purpose, the diode laser according to the invention with heterojunction, characterized by a substrate portion having a surface with an elongated one formed in the surface Having a groove through a first layer of a first material applied to that surface is, the surface of the first layer remote from the surface of the substrate having a portion is formed which is concave within a substantial portion of the groove toward the substrate runs through a second layer of a second material applied to the first layer, wherein the second material has a greater refractive index than the first material and the second layer has substantially flat sections on both sides of the groove and an approximately cup-shaped section, which is mainly inside the groove and with the concave portion that of the substrate distant surface of the first layer is in contact, through a third »to the second Layer applied layer of a third material, the second layer from another Conductivity type is so that a first rectifying Transition at the interface between the second layer and either the first layer or the third layer, and by means of a device that extends on both sides of the in the surface of the substrate is formed to allow the flow of the pumping current in a path through the Groove and constrained by the cup-shaped portion of the second layer when the rectifying Transition is biased in the forward direction, thereby causing a population inversion in the cup-shaped Section of the second layer to reach so that by the recombination associated with radiation the charge carrier in the cup-shaped section of the second shaft is generated by light that passes through the first and third layers due to the lesser

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Brechungsindex der Materialien der ersten und dritten Schicht gegenüber dam Material der zweiten Schicht geführt wird.Refractive index of the materials of the first and third layer compared to the material of the second layer to be led.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Diodenlaser mit HeteroÜbergang besteht darin, daß in einem Substrat aus einem Halbleitermaterial von einem Leitfähigkeitstyp eine Oberflächenschicht vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ausgebildet wird, daß sowohl ein Teil der Oberflächenschicht und ein zusätzlicher Teil des daran angrenzenden Materials des Substrats entfernt werden, um eine langgestreckte Rille im Substrat zu bilden, die die Oberflächenschicht in getrennte Teile unterteilt, daß auf der mit einer Rille versehenen Oberfläche des Substrats eine erste Schicht aus einem Halbleitermaterial von dem einen Leitfähigkeitstyp ausgebildet wird, wobei die Ausbildung der ersten Schicht beendet wird, wenn ein Teil der freiliegenden Oberfläche der ersten Schicht in der Rille sum Substrat hin nach innen gebogen ist, daß auf der ersten Schicht eine zweite Schicht aus einem Halbleitermaterial mit einem höheren Brechungsindex als dem des Materials der ersten Schicht und vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ausgebildet wird, wobei die Ausbildung der zweiten Schicht beendet wird, wenn die freiliegende Oberfläche der zweiten Schicht neben der nach innen gebogenen Oberfläche der ersten Schicht im wesentlichen eben ist, daß auf der zweiten Schicht eine dritte Schicht aus einem Halbleitermaterial mit einem geringeren Brechungsindex als dem des Materials der zweiten Schicht ausgebildet wird und daß eine Einrichtung vorgesehen wird, um eine derartige Vorspannung zwischen die dritte Schicht und das Substrat zu legen, daß der gleichrichtende Übergang zwischen der ersten und der zweiten Schicht in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, wenn die Vorspannung anliegt, und daß die gleichrichtenden Übergänge zwischen den getrennten Teilen der Oberflächenschicht und dem Substrat, bzw. die gleichrichtenden Übergänge zwischen den getrennten Teilen der Oberflächenschicht und der ersten Schicht in Sperrichtung vorgespannt sind, wenn die Vorspannung anliegt.The inventive method for producing a diode laser with heterojunction is that in a substrate made of a semiconductor material of one conductivity type, a surface layer of the opposite Conductivity type is formed that both a portion of the surface layer and an additional portion of the adjoining material of the substrate is removed to form an elongated groove in the substrate, which divides the surface layer into separate parts, that on the grooved surface of the substrate a first layer of a semiconductor material of which one conductivity type is formed, the formation of the first layer being completed when part of the exposed surface of the first layer in the groove toward the substrate is inward is bent that on the first layer a second layer of a semiconductor material with a higher refractive index than that of the material of the first layer and from opposite conductivity type is formed, the formation of the second layer is terminated when the exposed surface of the second layer adjacent to the inwardly curved surface of the first layer is essentially even that on the second layer a third layer of a semiconductor material with a lower refractive index than that of the material of the second layer is formed and that a device is provided to place such a bias voltage between the third layer and the substrate, that the rectifying junction between the first and second layers is forward biased, when the bias is applied, and that the rectifying junctions between the separate parts of the surface layer and the substrate, or the rectifying junctions between the separate parts of the surface layer and the first layer are reverse biased when the bias is applied.

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Der erfindungsgemäße Diodenlaser mit beerdigtem HeteroÜbergang kann bei Zimmertemperatur bei niedrigen Schwel— lenströmen und in den Grudmoden TE, TM oder TEM arbeiten. Weiterhin ist der Ausgangslaserstrahl mit der Verwendung .symmetrischer,optischer Elemente vereinbar.The diode laser according to the invention with a buried heterojunction can be used at room temperature with low smoldering flow and work in the basic modes TE, TM or TEM. Furthermore, the output laser beam is with the use .symmetrical, optical elements compatible.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Diodenlaser mit beerdigtem HeteroÜbergang benötigt nur einen Aufwachsschritt. Darüber hinaus kann bei diesem Verfahren die Diffusion leicht gesteuert werden.The method according to the invention for producing a diode laser with a buried heterojunction requires only one Growing up step. It can also use this procedure the diffusion can be easily controlled.

Durch die Erfindung wird somit ein Diodenlaser mit beerdigtem HeteroÜbergang geliefert, der bei niedrigen Zimmertemperatur-Schwellenwerten und in den Grundmoden TE, TM oder TEM arbeiten kann. Der Diodenlaser mit beerdigtem HeteroÜbergang zeichnet sich durch einen aktiven Bereich aus, der vollständig von einem Material mit einem geringeren Brechungsindex und einem höheren Bandabstand umgeben (beerdigt) ist. Der Fadenbereich der aktiven Zone ist etwa becherförmig, d. h. in der Mitte dicker als an den Enden und befindet sich nahezu vollständig innerhalb eines langgestreckten Kanals des Lasersubstrats . Diese Ausbildung und Anordnung des Fadenbereiches wirkt sich begünstigend auf das emittierte-Licht im mittleren Ab- · schnitt des aktiven Bereiches aus, wodurch es möglich ist, die Breite des erzeugten Lichtstrahles klein (1-2 ,um ) zu halten. Es ergibt sich ein Laser, der einen ziemlich symmetrischen Ausgangslichtstrahl liefert und in den transversalen Grundmoden in beiden Richtungen und bei niedrigen Schwellenströmen von beispielsweise 10 mA arbeitet. The invention thus provides a diode laser with a buried heterojunction, which at low Room temperature thresholds and can work in the basic modes TE, TM or TEM. The diode laser with buried Hetero-transition is characterized by an active area that is completely made of a material with a is surrounded (buried) with a lower index of refraction and a higher band gap. The thread area of the active zone is roughly cup-shaped, i. H. thicker in the middle than at the ends and is almost completely within an elongated channel of the laser substrate. These The design and arrangement of the thread area has a beneficial effect on the emitted light in the middle cut out the active area, which makes it possible to make the width of the generated light beam small (1-2 .mu.m) to keep. The result is a laser that delivers a fairly symmetrical output light beam and into the transverse fundamental modes in both directions and at low threshold currents of, for example, 10 mA.

Der Diodenlaser mit beerdigten HeteroÜbergang wird durch ein Verfahren hergestellt, bei dem der Fadenbereich der aktiven Schicht im wesentlichen innerhalb einer RilleThe buried heterojunction diode laser is made by a process in which the filament area of the active layer essentially within a groove

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ausgebildet wird, die in das Diodensubstrat geätzt ist. Zunächst wird eine P~Oberflächenschicht im N-Substrat ausgebildet, um anschließend einen strosnsperrenden Übergang zu erzeugen. Danach wird in das Substrat eine langgestreckte Rille bis in eine Tiefe geätzt, die größer als die Stärke der Oberflächenschicht ist. Auf die Ausbildung der Rille folgt nacheinander das Aufwachsen einer Schicht aus einem lichtführenden und ladungstragersperrenden Material, einer Schicht aus einem aktiven Material und einer zweiten Schicht aus einem lichtführenden und ladungstragersperrenden Material auf der mit einer Rille versehenen Oberfläche des Substrates mit Hilfje eines herkömmlichen Aufwachsverfahrens aus' flüssiger Phase oder eines Molekularstrahl EpitaxialVerfahrens, wobei der aktive Bereich so dotiert wird, daß er einen gleichrichtenden Übergang mit einer der das Licht führenden Schichten, bildet. Infolge der Form der Rille, liegen die Stellen der Keimbildung für die erste Epitaxialschicht vorherrschend in der Nähe der unteren Ränder der Rille, als an anderen Abschnitten der Rille. Die erste Epitaxialschicht weist.somit einen mittleren, vertieften Bereich auf, der durch das Wachstum der aktiven Schicht ausgefüllt ist, so daß sich ein aktiver Bereich mit einem becherförmigen Fadenbereich ergibt.is formed, which is etched into the diode substrate. First, a P ~ surface layer is created in the N substrate designed to then produce a strosnsperrenden transition. Then a elongated groove etched to a depth greater than the thickness of the surface layer. on the formation of the groove follows the growth of a layer of a light-guiding and successively charge carrier barrier material, a layer of an active material and a second layer a light-guiding and charge carrier blocking material on the grooved surface of the substrate using a conventional growth process from the liquid phase or a molecular beam epitaxial process, the active Area is doped so that it has a rectifying junction with one of the layers guiding the light, forms. Due to the shape of the groove, the nucleation sites are predominant for the first epitaxial layer near the lower edges of the groove than on other portions of the groove. The first epitaxial layer thus has a central, recessed area, which is caused by the growth of the active layer is filled, so that there is an active area with a cup-shaped thread area.

Der Diodeninjektionslaser mit beerdigter Heterostruktur kann bei niedrigen Zimmertemperaturschwellenwerten und in in den Grundmoden TE, TM oder TEM arbeiten. Der Laser weist eine langgestreckte Rille im Substrat auf, die sich durch eine den Pumpstrom eingrenzende Schicht erstreckt, wobei ein mittlerer Abschnitt der aktiven Schicht, der sich nahezu vollständig innerhalb der Rille befindet, nahezu vollständig von lichtführenden und ladungstragersperrenden Schichten aus einem Material mit einem niedrigerem Brechungsindex als dem des Materials der aktiven Schicht umgeben ist. Die das Licht führende und ladungsträgersperrende Schicht,The diode injection laser with a buried heterostructure can work at low room temperature thresholds and in the basic modes TE, TM or TEM. Of the The laser has an elongated groove in the substrate that extends through a layer that delimits the pumping current extends, with a central portion of the active layer that extends almost entirely within the Rille is located almost entirely of light-guiding and charge carrier blocking layers from one Material with a lower refractive index than that of the material of the active layer is surrounded. the the light guiding and charge carrier blocking layer,

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die mit dem Substrat in Kontakt steht, weist eine mittlere Vertiefung innerhalb der langgestreckten Rille auf und der mittlere Abschnitt der aktiven Schicht ist becherförmig und befindet sich in der Vertiefung, so daß die durch die JLadungsträgerrekombination . innerhalb des mittleren Abschnittes der aktiven Schichten erzeugten Lichtwelien, wenn der Laser in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, im mittleren Abschnitt der aktiven Schicht geleitet werden, so daß der Laser einen Lichtstrahl mit geringerem Unterschied zwischen der Breiten- und Höhenabmessung erzeugt, so daß der Lichtstrahl mit symmetrischen, optischen Elementen,beispielsweise runden Linsen, verwandt werden kann.which is in contact with the substrate has a central recess within the elongated groove on and the middle section of the active layer is cup-shaped and is located in the recess, so that the load carrier recombination. within of the central portion of the active layers generated light waves when the laser was in the forward direction is biased to be directed in the central portion of the active layer so that the laser emits a light beam with less difference between the width and height dimensions, so that the light beam with symmetrical, optical elements, for example round Lentils, can be used.

Im folgenden v/erden bevorzugte Ausführungs- und Durchführungsbeispiele der Erfindung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.Preferred exemplary embodiments and implementation examples are given below the invention explained in more detail with reference to the accompanying drawing.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsg-smäßen Lasers mit beerdigtem HeteroÜbergang. Figur 2 zeigt in einer symbolischen Darstellung die Lichtwellen-Energieverteilung des in Figur 1 dargestellten Laser. Figur 3A bis 3E zeigen die verschiedenen Verfahrensstufen zum Herstellen des in Figur 1 dargestellen Laser.FIG. 1 shows a side view of an exemplary embodiment of the laser according to the invention with a buried heterojunction. FIG. 2 shows in a symbolic representation the light wave energy distribution of the in FIG illustrated laser. FIGS. 3A to 3E show the various process stages for producing the in FIG 1 shown laser.

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In Figur 1 ist eine Seitenansicht auf ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Dioden-Lasers 2 mit beerdigter Heterostruktur (BH Dioden-Laser) dargestellt. Der Laser 2 weist ein Substrat 4, eine Diffusionsschicht 6, eine erste Lichtwellen führende und Ladungsträger sperrende Schicht 8, eine Schicht aus einem aktiven Material mit einem mittleren Abschnitt 10 und Endabschnitten 10*, eine zweite Lichtwellen führende undIn Figure 1 is a side view of an embodiment of the diode laser 2 according to the invention with a buried Heterostructure (BH diode laser) shown. The laser 2 has a substrate 4, a diffusion layer 6, a first light wave guiding and charge carrier blocking layer 8, a layer of an active Material with a middle section 10 and end sections 10 *, a second light wave guiding and

Ladungsträger sperrende Schicht 12 und eine den elektrischen Kontakt erleichternde Schicht 14 auf· Der mittlere Abschnitt der Schicht 8 und der mittlere Abschnitt 10 der Schicht aus einem aktiven Material, befinden sich in einer Rille 16, die im Substrat 4 ausgebildet ist, und sich durch die Diffusionsschicht 6 erstreckt. Die Rille 16 wird von unteren Rändern 1 und oberen Rändern 2 begrenzt.Charge carrier blocking layer 12 and a layer 14 facilitating electrical contact on the middle section of the layer 8 and the middle section 10 of the layer made of an active material are located in a groove 16 formed in the substrate 4 and extends through the diffusion layer 6. The groove 16 is of lower edges 1 and upper edges 2 limited.

Die Schicht 8 und die Schicht 10'-10-10· aus einem aktiven Material, sind von verschiedenem Leitungstyp, um einen gleichrichtenden Übergang 20 dazwischen zu erzeugen. Kontakte 16' und 18 sind jeweils mit dem Substrat 4 und der Schicht 14 in Berührung vorgesehen, um eine Einrichtung zu schaffen, die den gleichrichtenden Übergang 20 an der Grenzfläche zwischen der Schicht 8 und der Schicht IO'-10-1O¹ aus aktivem Material in Vorwärtsrichtung vorspannen kann. Die Schichten 4 und 8 sind von einem anderen Leitungstyp als die Schicht 6, so daß ein zweiter und ein dritter gleichrichtender Übergang 22 und 33 an der Grenzfläche zwischen den Schichten 4 und 6 und zwischen den Schichten 6 und 8 jeweils auftritt. Wenn der Übergang 20 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, ist der Übergang 22 ebenfalls in Vorwärtsrichtung und der Übergang 23 in Sperr, ichtung vorgespannt. Im einzelnen kann das Substrat 4 aus N-GaAs, die Schicht 6 aus P-GaAs, die lichtwellenThe layer 8 and the layer 10'-10-10 · of an active material are of different conductivity types in order to create a rectifying junction 20 therebetween. Contacts 16 'and 18 are provided in contact with substrate 4 and layer 14, respectively, to provide a means for establishing the rectifying junction 20 at the interface between layer 8 and layer IO'-10-10 ¹ of active material can bias in the forward direction. Layers 4 and 8 are of a different conductivity type than layer 6, so that a second and a third rectifying junction 22 and 33 occur at the interface between layers 4 and 6 and between layers 6 and 8, respectively. When the transition 20 is biased in the forward direction, the transition 22 is also biased in the forward direction and the transition 23 is biased in the blocking direction. In detail, the substrate 4 made of N-GaAs, the layer 6 made of P-GaAs, the light waves

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führende und Ladungsträger sperrende Schicht 8 aus N-GaAlAs, die aktive Schicht 10'-10-10· aus P-GaAs, die Lichtwellen fü.hrende und Ladungsträger sperrende Schicht 12 aus P-GaAlAs und die den Kontakt erleichternde Schicht 14 aus P-GaAs bestehen. Die Schicht IO'-10-10' kann auch aus N-GaAs bestehen, wobei in diesem Fall ein gleichrichtender Übergang 20· zwischen der Schicht aus aktivem Material 10'-10-10' und der Schicht 12 auftritt, und die Schicht 10^f-10-10' kann undotiert sein, um einen gleichrichtenden Übergang irgendwo zwischen den Schichten 8 und 12 zu schaffen.guiding and charge carrier blocking layer 8 made of N-GaAlAs, the active layer 10'-10-10 made of P-GaAs, the light wave guiding and charge carrier blocking layer 12 made of P-GaAlAs and the layer 14 made of P- GaAs exist. The layer IO'-10-10 'can also consist of N-GaAs, in which case a rectifying junction 20 · occurs between the layer of active material 10'-10-10' and the layer 12, and the layer 10 ^f -10-10 'can be undoped to create a rectifying junction somewhere between layers 8 and 12.

Wie es im einzelnen später beschrieben wird, wird die Becherform des mittleren Abschnittes 10 der Schicht aus aktivem Material teilweise durch die Form der er— sten Lichtwellen führende und Ladungsträger sperrende Schicht 8 gesteuert, die in der Mitte eine Mulde oder eine langgestreckte Vertiefung 8' aufweist, die eine Folge der Rille 16 und dem Bestreben der keimbilden— den Atome sich leichter an Stellen festzusetzen, für die eine geringere Bindungsenergie erforderlich ist, was tatsächlich diejenigen Stellen sind, die die höchste Dichte von Nachbaratomen aufweisen. Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß die Winkel der Rille an den unteren Rändern 1 etwa 125° betragen, während die Rillenwinkel an den oberen Rändern etwa 235° betragen. Somit ist die Dichte der Nachbaratome an den unteren Rändern 1 größer als an den oberen Rändern und treten somit die Keimbildung und der Einbau von Wachstums- oder Growth-Material in das Substratgitter leichter an den unteren Rändern 1 als an den oberen Rändern 2 auf* Weitere, die Keimbildung steuernde. . Faktoren, werden dann erläutert, wenn das Verfahren zum Herstellen der Diode 2 beschrieben wird.As will be described in detail later, the Cup shape of the central portion 10 of the active material layer partly due to the shape of the Most light waves leading and charge carriers blocking Layer 8 controlled, which has a trough or an elongated depression 8 'in the middle, the one Follow the groove 16 and the endeavor to create germs the atoms to fix themselves more easily in places for which requires a lower binding energy, what are actually those places that have the highest density of neighboring atoms. From figure 1 it can be seen that the angles of the groove at the lower edges 1 are approximately 125 °, while the Groove angles on the upper edges are about 235 °. Thus the density of the neighboring atoms to the lower edges 1 larger than the upper edges and thus the nucleation and incorporation of Growth or growth material in the substrate grid more easily at the lower edges 1 than at the upper Edges 2 to * others that control nucleation. . Factors are explained when the procedure for manufacturing the diode 2 will be described.

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Wie bereits erwähnt, hat der mittlere Abschnitt 10 der Schicht aus aktivem Material eine becherförmige Querschnittsform, die in der Mitte tiefer und in der Nähe der oberen Ränder 2 sehr flach ist» Da die bei in Vorwärtsrichtung vorgespanntem Übergang 20 als Folge der Rekombination der Ladungsträger sperrenden Lichtstrahlen durch Material mit einem höheren Brechungsindex als dem des Materials der Schichten 8 und 12 geleitet werden, ist der Fadenbereich des Lasers, der symbolisch so dargestellt ist, als läge er zwischen den Linien 10a und IDb, auf den mittleren Abschnitt 10 der Schicht aus aktivem Material beschränkt. In Figur 2 ist die Energieverteilung des emittierten Lichtes symbolisch in Form der Lichtenergieverteilungen 25 und 25' jeweils für die Mitte und die Enden des becherförmigen mittleren Abschnitts 10 der Schicht aus aktivem Material dargestellt. Der größere Teil des emittierten Laser-Lichtes ist in der Mitte· des mittleren Abschnittes 10, d. h. im Fadenbereich konzentriert, der von den Linien 10a und 10b begrenzt wird. Da der Fadenbereich eine maximale Höhe in der Größenordnung von 1 μτη und eine Breite von etwa 1-2 ' ;um hat, weist der durch den Laser 2 erzeugte Ausgangslaserstrahl eine nahezu runde Form auf, was ihn mit äußeren runden Linsen vereinbar macht, wodurch die Notwendigkeit einer komplizierten LiηsenanOrdnung fortfällt, die bei Lasern mit einer Mesastruktur erforderlich .ist, wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde.As already mentioned, the middle section 10 of the layer of active material has a cup-shaped cross-sectional shape that is deeper in the middle and very shallow near the upper edges 2 Light rays are guided through material with a higher refractive index than that of the material of layers 8 and 12, is the thread area of the laser, which is symbolically shown as if it were between the lines 10a and IDb, on the middle section 10 of the layer of active Material limited. In Figure 2, the energy distribution of the emitted light is symbolically shown in the form of the light energy distributions 25 and 25 'for the center and the ends of the cup-shaped central section 10 of the layer of active material. The greater part of the emitted laser light is concentrated in the middle of the central section 10, ie in the thread area which is delimited by the lines 10a and 10b. Since the thread area has a maximum height of the order of magnitude of 1 μm and a width of about 1-2 '; μm, the output laser beam generated by the laser 2 has an almost round shape, which makes it compatible with outer round lenses, whereby the The need for a complicated arrangement of the lens, which is required for lasers with a mesa structure, as described above, is eliminated.

Der in Figur 1 dargestellte Laser 2 wird durch ein Verfahren hergestellt, bei dem nur ein einziger Epitaxialaufwachsschritt erforderlich ist, der ein epitaxiales Aufwachsverfahren aus Flüssigphase oder ein epitaxiales Molekularstrahl-Aufwachsverfahren sein kann. Das Ver-The laser 2 shown in FIG. 1 is produced by a method in which only a single epitaxial growth step is required to use a liquid phase epitaxial growth method or an epitaxial growth method Molecular beam growth process can be. The Ver-

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fahren beginnt dadurch, daß das Substrat 4, das, wie bereits erwähnt, N-GaAs sein kann, und ein P-Dotierungsmittel,beispielsweise Zink, in eine Diffusionsampulle eingebracht werden und daß zur Ausbildung eines P-Bereichs δ das Dotierungsmittel in das Substrat 4 ein— diffundieren gelassen wird, wie es in Figur 3A dargestellt wird. Das Substrat 4 weist vorzugsweise eine Dotierung von 1 - 5 χ 10^Λ cm auf und die Dotierung der Schicht 6 ist vorzugsweise etwas größer als die des Substrates 4. Wie es in Figur 3B dargestellt ist, wird daraufhin eine herkömmliche Fotowiderstands— schicht, beispielsweise der ultraviolett-empfindliche Fotowiderstand Shipley AZ 1350 über die Schicht gelegt, woraufhin der Widerstand belichtet wird· Dabei werden die gepunkteten Bereiche der Widerstandsschicht 30 belichtet, wodurch diese Bereiche für ein Reagenz, beispielsweise den Shipley-Entwiekler, wenn der Fotowiderstand ein Shipley AZ 1350-Widerstand ist, unempfindlich v/erden. Die nicht belichteten Bereiche des Fotowiderstandes, die eine Breite von 1-2 μΐπ haben können oder noch schmaler sein können, werden dann beispielsweise durch Eintauchen des Substratplättchens von Figur' 3 B in ein Bad eines geeigneten Entwicklerreagenz für einen Fotowiderstand entfernt, um den in Figur 3 C dargestellen Aufbau zu erhalten. Anschließend wird eine Rille oder ein Kanal 16 im Substrat 4 im nicht durch die Widerstandsschicht 30 geschützten Bereich ausgebildet, um die in Figur 3 B dargestellte Form des Substratplättchens zu erhalten. Die Tiefe der Rille 16 ist nicht von wesentlicher Bedeutung, es ist jedoch notwendig, daß sich die Rille 16 durch die Schicht 6 im Substrat 4 erstreckt. Wenn die Schicht 6 beispielsweise 0,5 P-w stark ist, v/äre die Rille 16 etwa 1,5 μπι tief. Weder die Stärke der- Schicht 6 noch die Tiefe der Rille 16 sind vondrive begins in that the substrate 4, which, as already mentioned, can be N-GaAs, and a P-dopant, for example zinc, are introduced into a diffusion ampoule and that the dopant in the substrate 4 to form a P-region δ diffused in, as shown in Figure 3A. The substrate 4 preferably has a doping 1 - 5 χ ^Λ 10 cm and the doping of the layer 6 is preferably slightly than that of the substrate 4. As illustrated in Figure 3B is greater, then a conventional photoresistor is closed in layers, for example the Ultraviolet-sensitive photoresistor Shipley AZ 1350 is placed over the layer, whereupon the resistor is exposed.This exposes the dotted areas of the resistive layer 30, which makes these areas suitable for a reagent, for example the Shipley developer, if the photoresistor is a Shipley AZ 1350 resistor is insensitive to ground. The unexposed areas of the photoresistor, which can have a width of 1-2 μΐπ or can be even narrower, are then removed, for example, by immersing the substrate plate from FIG 3 C structure shown. A groove or a channel 16 is then formed in the substrate 4 in the area not protected by the resistive layer 30 in order to obtain the shape of the substrate platelet shown in FIG. 3B. The depth of the groove 16 is not essential, but it is necessary that the groove 16 extend through the layer 6 in the substrate 4. If the layer 6 is, for example, 0.5 Pw thick, the groove 16 is approximately 1.5 μm deep. Neither the thickness of the layer 6 nor the depth of the groove 16 are from

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kritischer Bedeutung. Beispielsweise kann die Schicht eine Stärke im Bereich von 0,1-2 pm oder mehr aufweisen und kann die Rille 15 0,2 - 2,5 jum tief oder noch tiefer sein, vorausgesetzt,- daß sich die Rille durch die Schicht 6 im Substrat 4 erstreckt. Die Rille 15 kann durch ein herkömmliches chemisches Ätzen, durch Ionenstrahlfräsen oder durch eine Kombination dieser Techniken oder durch andere bekannte Techniken zum Entfernen des Substratmaterials ausgebildet werden. Wenn das Substratmaterial ein Material ist, wie es im Vorhergehenden besonders angegeben wurde, d. h., wenn das Substratmaterial GaAs ist, ist ein Ätzbad ausreichend, das aus 20 Teilen Äthylenglykol, 5 Teilen Phosphorsäure und 1 Teil Wasserstoffperoxid besteht, wobei das Ätz-» bad auf Zimmertemperatur gehalten und während des Ätz— Vorganges gerührt wird.critical importance. For example, the layer have a thickness in the range of 0.1-2 µm or more and the groove 15 can be 0.2 - 2.5 μm deep or be even deeper, provided that the groove extends through the layer 6 in the substrate 4. The groove 15 can be by conventional chemical etching, ion beam milling, or a combination these techniques or other known techniques for removing the substrate material. When the substrate material is a material as specifically indicated above, i. i.e. if the substrate material is GaAs, an etching bath is sufficient, that from 20 parts of ethylene glycol, 5 parts of phosphoric acid and 1 part hydrogen peroxide, whereby the etching » bath is kept at room temperature and stirred during the etching process.

Da das P-Material, d. h. das Material der Schicht 6, schneller als das N-Material, d. h. das Material des Substrates 4, geätzt wird, nimmt die geätzte Rille 15, die in Figur 3 dargestellte,schrägverlaufende Form der Seitenwand an, wobei die atomare Oberfläche der schrägverlaufenden Wände .eine (111) Fläche oder GaAs-Kristallflache ist und die Oberfläche des Substrates 4--eine (100) Kristallfläche ist. Die obere Breite der Rille 16 wird durch die Öffnung im Widerstand 30 gesteuert und kann etwas breiter als die Öffnung des Widerstandes 30 sein, da der Widerstand 30 durch 4as Atzbad unterätzt wird. Die Breite der Rille 16 am Rillenboden hängt stark von der Tiefe der Rille ab, liegt jedoch im allgemeinen in der Größenordnung der Breite der Öffnung im Widerstand 30. Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß der Winkel oC zwischen jeder der Seitenwandflachen und dem Boden der Rille 16, d. h. am unteren Rand 1, weniger als 180 beträgt, während der Winkel Y" zwischen den Seitenwand- Since the P material, i.e. H. the material of layer 6, faster than the N material, i.e. H. the material of the Substrate 4, is etched, takes the etched groove 15, the illustrated in Figure 3, sloping shape the side wall, the atomic surface of the sloping walls .eine (111) surface or GaAs crystal surface and the surface of the substrate 4 - is a (100) crystal face. The top width of the Groove 16 is controlled by the opening in resistor 30 and can be slightly wider than the opening of the Resistance 30, as the resistance 30 through 4as etching bath is undercut. The width of the groove 16 at the bottom of the groove depends heavily on the depth of the groove, however, it is generally on the order of the width of the opening in resistor 30. It will again noted that the angle oC between each of the side wall surfaces and the bottom of the groove 16, d. H. at the lower edge 1, is less than 180, while the angle Y "between the side wall

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flächen und der Oberfläche der Schicht 6, d. h. an den oberen Rändern 2, größer als 180° ist. Diese Winkel sind für dieb-ezweckte Stelle der Keimbildung von Bedeutung.surfaces and the surface of the layer 6, d. H. at the upper edges 2, is greater than 180 °. These angles are of importance for the intended point of nucleation.

Anschließend an die Ausbildung der Rille 16 wird der restliche Fotowiderstand 30 von dem in Figur 3Ddärgestellten Substratplättchenaufbau entfernt. Daran anschließend werden die Schichten 10-10-10·, 12 und 14 mit Hilfe eines herkömmlichen epitaxialen Aufwachsverfahrens aus Flüssigphase aufwachsen gelassen, um die in Figur 3E dargestellte Einrichtung herzustellen. Es kann auch ein anderes Verfahren zum Aufwachsen von Schichten, beispielsweise das epitaxiale Molekularstrahlauf wachsverfahr en, verwandt werden. Zum Teil aufgrund der Tatsache, daß die Keimbildungsstellen an den Rändern 1 vorherrschen, was eine größere Wachstumsgeschwindigkeit an diesen Rändern zur Folge hat, weist die Schicht 8 im Kanal 16 einen vertieften Bereich auf. Die Schicht 8 kann im an die Schicht 6 angrenzenden Bereich, eine Stärke von etwa 1 ^m . haben, obwohl die Stärke dieser Schicht in einen Bereich von 0_f5 bis einigen fitn ·. liegen kann. Es ist jedoch wichtig, daß das Aufwachsen der Schicht 8 beendet wird, bevor der vertiefte, mittlere Bereich eingeebnet ist. Die Abschnitte 10' der Schichten aus aktivem Material sind im wesentlichen eben und haben eine Stärke t2 von etwa 0,2 ^um ., obwohl ein Bereich für die Stärke tp von 0,1 bis 1 μτα und mehr hingenommen werden kann, und der mittlere Abschnitt 10 der Schicht aus aktivem Material, ist becherförmig und liegt in der Rille Wenn die Stärke t„ 0,2 ,um ι beträgt, liegt die Stärke t-j des becherförmigen mittleren Abschnitts 10 bei etwa 0,4 bis 0,8 _s ^um. Wie bereits erwähnt, wird dieSubsequent to the formation of the groove 16, the remaining photoresistor 30 is removed from the substrate plate structure shown in FIG. 3D. Thereafter, layers 10-10-10, 12 and 14 are grown from liquid phase using a conventional epitaxial growth process to produce the device shown in Figure 3E. Another method for growing layers, for example the epitaxial molecular beam waxing process, can also be used. In part due to the fact that the nucleation sites predominate at the edges 1, which results in a greater growth rate at these edges, the layer 8 in the channel 16 has a recessed area. The layer 8 can in the area adjacent to the layer 6, a thickness of about 1 ^ m. although the thickness of this layer fitn _{in a range from 0 f} 5 to a few. can lie. It is important, however, that the growth of layer 8 is terminated before the recessed central area is leveled. The portions 10 'of the layers of active material are essentially flat and have a thickness t2 of about 0.2 µm ., Although a range for the thickness tp of 0.1 to 1 µτα and more can be accepted, and the average section 10 of the layer of active material, is cup-shaped and is located in the groove, when the thickness t "0.2, is to ι, tj is the strength of the cup-shaped central portion 10 at about 0.4 to 0.8 to _s ^. As mentioned earlier, the

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Form des becherförmigen, mittleren Bereichs 10 dar Schicht aus aktivem Material durch die Stellen der Keimbildung auf der Schicht 8 gesteuert, wobei diese Stellen stärker im vertieften mittleren Bereich der Schicht 8 zu finden sind. In Wirklichkeit hängt die Tatsache, daß die Schichten 8 und 10'-10-10· aufwachsen, wie sie es tatsächlich tun, neben den Stellen der Keimbildung noch von anderen Faktoren ab. Einige dieser Faktoren, die auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung allgemein bekannt sind, sind die Tiefe der Rille 16, die Breite der Rille 16, die Stärke der Diffusionsschicht 6, die kristallographische Orientierung des Substrates 4, die Aufwachszeiten, Aufwachstemperaturen, Abkühlungsgeschwindigkeiten, das Säuberungsvermögen der Säuberungsschmelzen und die Tatsache, ob die Schmelzen gesättigt oder übersättigt sind. Das Aufwachsen der Schicht 10'-10-10' aus aktivem Material kann fortgesetzt werden, bis die gesamte Oberfläche nahezu glatt ist, wobei jedoch dieses zusätzliche Aufwachsen die Breite des aktiven Materials, über die das aktive Material eine Leitung des durch die Ladungsträgerrekombination . erzeugten Lichtstrahls liefert, d. h. die Breite des Fadenbereichs stark erhöht wird, was zur Folge hat, daß die Breite des Laserausgangsstrahls beträchtlich größer als seine Höhe ist, wodurch die Verwendung symmetrischer, optischer Elemente unvereinbar wird.The shape of the cup-shaped, central area 10 represents Layer of active material controlled by the sites of nucleation on the layer 8, these sites can be found more strongly in the recessed central area of layer 8. In reality the fact depends that layers 8 and 10'-10-10 x grow up like them actually doing it depends on other factors besides the sites of nucleation. Some of these factors well known in the semiconductor manufacturing art is the depth of the groove 16, the width of the groove 16, the thickness of the diffusion layer 6, the crystallographic orientation of the substrate 4, the Growth times, growth temperatures, cooling rates, the cleaning ability of the cleaning melts and whether the melts are saturated or oversaturated. The growing of the layer 10'-10-10 ' of active material can be continued until the entire surface is nearly smooth, but this is the case additional growth the width of the active material over which the active material is a conduit of the by the charge carrier recombination. generated light beam, d. H. the width of the thread area is greatly increased, with the result that the width of the laser output beam is considerably larger than his Height, which makes the use of symmetrical, optical elements incompatible.

Die GaAlAs-Schicht 12 ist im typischen Fall 1,5 stark, obwohl die Stärke dem Bereich zwischen 1 und 3/^m- liegen oder noch größer sein kann. Im typischen Fall sind die Schicht 14 1-4 -pm und das Substrat 4 100M^m stark. Die Aluminiumäonzentration in den. Schichten 8 und 12 beträgt im typischen Fall O,4, obwohl ein Konzentratxonsbereich von 0,15 - 0,7 hingenommen werden kann. Die Dotierung der Schichten 10, 12 und 14 betragen im typischen Fall 10¹ - 10 cnT , 10¹⁷ - 10 cm"³ und 10¹⁷ - 10¹⁹ cm"³ jeweils. Das Herstellungsverfahren wird dadurch vervollständigt',The GaAlAs layer 12 is typically 1.5 thick, although the thickness can range between 1 and 3 / ^ m or even greater. Typically, the layer 14 are -pm 1-4 and the substrate 4 100M ^m thick. The aluminum concentration in the. Layers 8 and 12 is typically 0.4, although a concentration range of 0.15-0.7 can be accepted. The doping of the layers 10, 12 and 14 be typically 10 ¹ - 10 CNT, 10 ^17-10 cm ^"3 and 10 ¹⁷ to 10 ¹⁹ cm" ³ respectively. This completes the manufacturing process',

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daß in herkömmlicher V/eise Elektroden 16» und 18 angebracht werden. Das Verfahren ist auch direkt auf die Herstellung von optischen Wellenleitern, optischen Modulatoren, optischen Richtungskopplern und anderen integrierten optischen Bauelementen anwendbar.that electrodes 16 »and 18 are attached in a conventional manner will. The process is also directly applicable to the manufacture of optical waveguides, optical modulators, optical directional couplers and others integrated optical components applicable.

Wenn die Diode 2 während ihrer Arbeit in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, d. h., wenn eine Spannung an der Elektrode 18 liegt, die annähernd 1,4 Volt größer als das an der Elektrode 16· liegende Potential ist, ist der Übergang 20 oder der Übergang 20', wenn das aktive Material ein N-Material ist, in Vorwärtsrichtung vorgespannt und werden Elektroden vom mittleren Abschnitt der Schicht 8 in den becherförmigen, mittleren Abschnitt 10 der aktiven Schicht injiziert und dort durch die umgebenden Schichten 8 und 12 mit HeteroÜbergang eingesperrt. Bei einem ausreichenden Pumpstrom wird eine Besetzungsinversion ersielt und eine Verstärkung erhalten, während durch die mit Strahlung verbundene Rekombination der Ladungsträger in der Schicht 10 Licht erzeugt wird. Dieses Licht wird durch die Schichten 8 und 12 infolge ihres geringeren Brechungsindex gegenüber dem Brechungsindex der Schicht 10 geführt.When the diode 2 is forward biased during its operation, i. i.e. when there is tension on the Electrode 18, which is approximately 1.4 volts greater than the potential at electrode 16 · is the junction 20 or the junction 20 'if the active one Material is an N material, forward biased and become electrodes from the middle section the layer 8 in the cup-shaped, middle section 10 injected into the active layer and locked in there by the surrounding layers 8 and 12 with heterojunction. With a sufficient pumping current, a population inversion is achieved and a gain is obtained, while due to the radiation-related recombination of the charge carriers in the layer 10, light is produced. This light is opposed by layers 8 and 12 due to their lower refractive index the refractive index of the layer 10 performed.

Der Fluß des Pumpstromes ist wegen der Vorspannung in Sperrichtung am Übergang 23 bei in Vorwärtsrichtung vorgespanntem Übergang 20 auf einen Weg durch den Kanal 16 beschränkt. Diese Beschränkung des Weges des Pumpstromes kann auch auf andere Weise als durch die Diffusionstechniken erreicht werden. Beispielsweise kann das Substrat 4 statt der Schicht 6 mit einer eigenleitenden Sperrschicht versehen sein oder kann eine Protonen-Irnplatation verwandt werden, um isolierende Bereiche anstelle der Schicht 6 zu erzeugen. Statt durch eine Diffusion kann die Schicht 6 auch durch ein selektives Wachstum aufwachsen gelassen werden.The flow of the pump current is due to the bias in the reverse direction at the junction 23 at in the forward direction Prestressed transition 20 limited to a path through the channel 16. This restriction of the path of the Pump current can also be achieved in other ways than by diffusion techniques. For example the substrate 4 can be provided instead of the layer 6 with an intrinsic barrier layer or can be a Proton implantation can be used to create insulating areas instead of layer 6. Instead of by diffusion, the layer 6 can also be allowed to grow by selective growth.

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Dar beschriebene Laser kann bei Zimmertemperatur bei niedrigen Schwellenströmen von annähernd IO mA und In den Grundmoden TE, TM oder TEM arbeiten. Diese Arbeitsweise ist dadurch möglich, daß der mittlere Abschnitt 10 der aktiven Schicht vollständig oder nahezu vollständig in der Rille 16 durch die Schichten 8 und 10 aus einem Material mit niedrigerem Brechungsindex umgeben oder durch diese Schichten "beerdigt" ist· Der Pumpstrom ist im wesentlichen auf einen Flußweg durch den mittleren Abschnitt 10 der aktiven Schicht in der Rille 16 beschränkt, da die Bereiche 6 PN-Überänge 23 liefern, die in Sperrichtung vorgespannt sind, wenn der Diodenlaser in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, um hauptsächlich den beerdigten Teil des aktiven Bereiches des Diodenlasers zu pumpen. Der Hauptvor— teil dieses Aufbaus liegt darin, daß die meisten Ladungsträger zur mit Strahlung verbundenen Rekombination in den beerdigten, becherförmigen Bereich 10 der aktiven Schicht injiziert werden und daß nahezu alle erzeugten Lichtwellen auf den becherförmigen Bereich IO der aktiven Schicht und insbesondere auf den Fadenbereich der aktiven Schicht beschränkt werden können, da der effektive Brechungsindex der aktiven Schicht mit ihrer Stärke abnimmt. Die erzeugten Lichtwellen neigen somit zur Fokussierung in der Mitte der beerdigten, aktiven Schicht, da dort die aktive Schicht am dicksten ist und den größten Brechungsindex hat. Durch eine Steuerung der Geometrie der aktiven Schicht kann somit ein Dauerstrich-Laser .oder c-w-Laser bei Zimmertemperabr geliefert werden, der in den transversalen Grundmoden in beiden Richtungen und mit so niedrigen Schwellen strömen, wie beispielsweise einem Strom von 10mA arbeitet. The laser described can be used at room temperature low threshold currents of approximately IO mA and In work the basic modes TE, TM or TEM. This mode of operation is possible because the middle section 10 of the active layer completely or almost completely in the groove 16 through the layers 8 and 10 surrounded by a material with a lower refractive index or is "buried" through these layers · The pumping current is essentially on a flow path through it the middle section 10 of the active layer is limited in the groove 16 because the regions 6 are PN-overhangs 23 that are reverse biased when the diode laser is forward biased is to pump mainly the buried part of the active area of the diode laser. The main pro— part of this structure is that most of the load carriers for radiation-related recombination in the buried, cup-shaped area 10 of the active Layer are injected and that almost all light waves generated on the cup-shaped area IO of the active layer and in particular can be limited to the thread area of the active layer, since the effective refractive index of the active layer decreases with its thickness. The generated light waves thus tend for focusing in the middle of the buried, active layer, as this is where the active layer is thickest and has the largest index of refraction. By controlling the geometry of the active layer, a continuous wave laser can . or c-w laser delivered at room temperature that flow in the transversal fundamental modes in both directions and with thresholds as low as, for example, a current of 10mA.

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Claims

Diode laser with heterojunction, characterized by a substrate part (4) which has a surface with an elongated groove (16) formed in the surface, by a first layer (8) of a first material which is applied to this surface, the The surface of the first layer (8) remote from the surface of the substrate (4) is formed with a section which is concave within a considerable part of the groove (16) towards the substrate, by a second layer (10,10 *) of a second material which is applied to the first layer (8), the second material having a greater refractive index than the first material and the second layer (10,1O ¹ ) having substantially flat sections (10 *) on both sides of the groove ( 16) and an approximately cup-shaped section (10) which is mainly located within the groove (16) and with the concave section of the surface remote from the substrate (4) the first n layer (8) is in contact by a third layer (12) made of a third material with a lower refractive index than the second, applied to the second layer (10, 10 ×). Material, the second layer (10, 10) being of a different conductivity type than the first layer (8) or the third layer (12), so that a first rectifying junction (20) at the interface between the second layer (10 , 10 *) and either the first layer (8) or the third layer (12), and by a device which

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located on both sides of the groove (16) formed in the surface of the substrate (4) to restrict the flow of the pumping current to a path through the groove (16) and through the cup-shaped portion of the second layer (10,10 ') , when the rectifying junction (20) is biased in the forward direction to thereby achieve a population inversion in the cup-shaped section (10) of the second layer (10, 10), so that due to the radiation-related recombination of the charge carriers in the cup-shaped section (10 ) the second layer (10,1O ¹ ) light is generated through the first and the third layer (8,12) due to the lower refractive index of the materials of the first and third layer (8,12) compared to the material of the second layer ( 10.1O ¹ ) is performed.

2. Laser according to claim 1, characterized by, that the first and the third layer (8,12) consist of the same material.

3. Laser according to claim 2, characterized in that the second layer (10,10 ') consists of GaAs and the first and third layers (8, 12) consist of GaAlAs.

4. Laser according to claim 2, characterized in that that the first layer (8) is of the N-type and that the second and third layers (10,10 '; 12) are of the P-type, so that a rectifying junction (20) between the first and the second layer (8; 1O, 10 ').

5. Laser according to claim 1, d - characterized by that the facility to restrict

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of the flow path of the pump current consists of additional rectifying junctions (23), which are located on each Side of the groove (16) are located and at the interface between the substrate (4) and the first layer (8) are formed, wherein the additional transitions (23) are biased in the reverse direction when the first rectifying junction (20) is forward biased.

6. Laser according to claim 5, characterized ei chn et that the additional rectifying transitions (23) formed by a diffusion layer (6) in the substrate (4) on the substrate surface the diffusion layer (6) of a different conductivity type than the first layer (8) is.

7. Laser according to claim 1, characterized - ζ ei chn et that the means for restricting of the flow path of the pump current consists of separate, non-conductive areas, which are located on each side the groove (16) are in the surface of the substrate (4).

8. Laser according to claim 1, characterized in that the groove (16) in the surface of the substrate (4) has sloping side walls.

9. Laser according to claim 8, characterized by that the bottom of the groove (16) with its inclined side walls an angle of less than 180 °.

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10. Laser according to claim 1, characterized in that that the second layer (10,10 ») has substantially flat sections (10 ') on each side of the cup-shaped portion (10), wherein the flat portions (10 ·) with the cup-shaped Section (1O) about additional sections of the two- » th layer (10,10 ·) are coupled, which are thinner than the flat sections (10 ') of the second layer (10.10 ·) are formed.

11. Laser according to claim 1, characterized g e k e η η ζ ei chn et that the width of the cup-shaped Section (10) of the second layer (10.10 x) of the same order of magnitude as the height of the cup-shaped Section (10) lies.

12. Diode laser with heterojunction for generating an essentially symmetrical output light beam, characterized by a substrate part (4) made of a semiconductor material with a surface, in which an elongated groove (16) is formed, through a first layer (8) made of a semiconductor material, which is in a unit-providing contact with the surface of the substrate (4), the first layer (8) having a substantially planar portion on either side of the groove (16) and has a portion within the groove (16), the surface of which towards the substrate part (4) inward is bent by a second layer (10.10 ·) of a semiconductor material that is in a one unit providing contact with the first layer (8), the second layer (10, 10 ·) having a middle Section (10), which is located essentially within the groove (16), and approximately flat sections (10 ') on each side of the central section (10), and wherein the central section (1O) has one

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surface conforming to the shape of the inwardly curved surface of the first layer (8) and having a substantially flat surface adjacent the inwardly curved surface by a third layer (12) of a semiconductor material in integral contact with the second layer (10.1O ¹ ), the refractive index of the material of the second layer (10,10 ') being greater than the refractive index of both the material of the first layer (8) and the material of the third layer (12), whereby a heterogeneous laser results, wherein at least two of the first, second and third layers (8; 10,10 *; 12) are of different conductivity types, so that a rectifying junction (20) between two layers of the first, second and third layers (8; 10,10 '; 12), and by means for restricting the flow of the pumping current to one path, located on both sides of the groove formed in the surface of the substrate (4) through the central portion (10) of the second layer (10,10 *) when the rectifying junction (20) is forward biased to thereby achieve a population inversion in the central portion (10) of the second layer (10,10 *) so that due to the radiation-related recombination of the charge carriers in the middle section (10) of the second layer (10,1O ¹ ) light is generated, which through the first and third layers (8,12) due to the lower refractive index compared to their materials the material of the second layer (10.10 x) is guided.

13. Process for producing a diode laser with heterojunction, characterized in that in a substrate (4) made of a semiconductor

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On the material of one conductivity type a surface layer (6) of the opposite conductivity type is formed that both a part of the surface layer (6) and an additional part of the adjoining material of the substrate (4) are removed to form an elongated groove (16) ) to form in the substrate (4), which divides the surface layer (6) into separate parts, that a first layer (8) of a semiconductor material of one conductivity type is formed on the surface of the substrate (4) provided with a groove (16) the formation of the first layer (8) is ended when a part of the exposed surface of the first layer (8) in the groove (16) is bent inwards towards the substrate (4) that on the first layer ( 8) a second layer (10, 10 ') is formed from a semiconductor material with a higher refractive index than that of the material of the first layer (8) and of the same conductivity type, the formation . the second layer (10,10 ') is terminated when the exposed surface of the second layer (10,10') next to the inwardly curved surface of the first layer (8) is substantially flat that on the second layer (10,10 ') a third layer (12) of a semiconductor material having a lower refractive index than that of the material of the second layer (10,10 ·) is formed and in that means (16', 18) are provided for such a bias voltage between the third Layer (12) and the substrate (4) to lay that the rectifying junction (20) between the first and the second layer (8; 10,10 ') is biased in the forward direction when the bias is applied, and that the rectifying junctions (22) between the separate parts of the surface layer (6) and the substrate (4), or. the rectifying

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Transitions (23) between the separate parts of the surface layer (6) and the first layer (8) are reverse biased when the bias is present »

14. The method according to claim 13, characterized in that that the surface layer (6) by diffusion of a material from the opposite Conductivity type is formed and that the first, second and third layers (8; 10,10 '; 12) through epitaxial growth can be formed »

15. The method according to claim 13, characterized in that that the groove (16) is formed by placing a photo resistor (30) over selected areas the surface layer (6) of the substrate (4) is provided and then the substrate (4) is immersed in an acid bath.

16. Process for producing a diode laser with heterojunction, characterized in that in a substrate (4) made of a semiconductor material of one conductivity type, an electrically non-conductive surface layer (6) is formed is that both a part of the surface layer (6) and an adjoining, additional Part of the substrate (4) are removed in order to form an elongated groove in the substrate (4), which divides the surface layer (6) into separate parts that on the grooved Surface of the substrate (4) a first layer (8) made of a semiconductor material of which one conductivity styp is formed, the formation of the first layer (8) is terminated when the portion the exposed surface of the first layer (8) in the groove (16) is concave that on the

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first layer (8) a second layer (10.1O ¹ ) made of a semiconductor material with a higher refractive index than that of the material of the first layer (8) and before another type of conductivity is formed, the formation of the second layer (1Ο _Τ 1Ο ·) is ended when the section (10) of the second layer (10,10 ·) in the groove (16) is approximately cup-shaped that on the second layer (10,10 ·) a third layer (12) of a semiconductor material with a a lower refractive index than that of the material of the second layer (10, 10 * 7) and that a device (16 ', 18) is provided to apply a bias voltage between the third layer (12) and the substrate (4), thereby causing light to be generated in the second layer (10, 10 x) as s is passed through the first and third layers (8, 12).

17. The method according to claim 16, characterized in that the first, second and third Layer (8; 10,10 ·; 12) are formed by epitaxial growth.

18. The method according to claim 16, characterized in that the groove (16) is thereby formed is that over selected areas of the surface layer (6) of the substrate (4) a photo resistor (30) is provided and then the substrate (4) is immersed in an acid bath.

19. A method of making a heterojunction diode laser, thereby characterized in that in a substrate (4) made of a semiconductor material of a conductivity type, a surface layer (6) of the opposite conductivity type is formed that both a part of the

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Surface layer (6) as well as an adjacent, additional part of the substrate material (4) can be removed to form an elongated groove (16) in the substrate (4) which divides the surface layer (6) into separate parts, that on the one with a groove provided surface of the substrate (4) a first layer (8) of a semiconductor material of the one conductivity type is formed, wherein the formation of the first layer (8) is terminated when the area of the exposed surface of the first layer (8) in the groove (16) is concave to the substrate (4) and wherein the first layer (8) forms second, rectifying junctions (23) with each of the separate parts of the surface layer (6) that on the first layer (8) a second layer ( 10.10 ·) is formed from a material with a higher refractive index than that of the material of the first layer (8), the formation of the second layer (10.1O ¹ ) being terminated when the section (10) completes the second n layer (10,1O ¹ ) within the groove (16) is approximately cup-shaped that on the second layer (10,10 ·) a third layer (12) made of a semiconductor material with a lower refractive index than that of the material of the second layer ( 10,10 ·), at least one layer of the second and third layers (10,10 '; 12) being of ^the conductivity type opposite to that of _the first layer (8), so that a first rectifying junction (20) is present between these layers and that a device (16 *, 18) is provided in order to lay such a bias voltage between the third layer (12) and the substrate (4), that the first rectifying junction (20) is biased in the forward direction _r when the bias voltage and that the second rectifying junctions (23) are biased in the locking direction when the bias is applied.

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