DE2627355A1

DE2627355A1 - SOLID LIGHT-EMITTING ELEMENTS, IN PARTICULAR SEMICONDUCTOR LASERS, AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF

Info

Publication number: DE2627355A1
Application number: DE19762627355
Authority: DE
Inventors: Kunihiko Asahi; Morio Inoue; Kunio Itoh
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1975-06-20
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1976-12-23
Also published as: GB1543220A; JPS5811111B2; CA1077607A; DE2627355B2; FR2316747A1; FR2316747B1; JPS51151090A; DE2627355C3

Description

u.Z.: L 109 M (Dr.S/gr/t) . 18. Juni 1976below: L 109 M (Dr.S / gr / t). June 18, 1976

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO. LTD.MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO. LTD.

1006, Oaza-Kadoma, Kadoma City, Osaka Pref., Japan1006, Oaza-Kadoma, Kadoma City, Osaka Pref., Japan

Lichtabstrahlendes Festkörperelement, insbesondere Halbleiterlaser, und Verfahren zu dessen HerstellungLight-emitting solid-state element, in particular semiconductor laser, and method of making it

Beanspruchte Priorität: 20. Juni 1975, Anmelde-Nrv Sho 50-75902Claimed Priority: June 20, 1975, Filing No. Sho 50-75902

(75902/1975), Japan(75902/1975), Japan

Die Erfindung betrifft ein lichtabstrahlendes Festkörperelement, insbesondere einen Festkörperlaser, mit einem bei Ladungsträgerinjektion licht abstrahlenden Teil auf einem Halbleitersubstrat. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterelements. Durch die bekannten.Doppelheterostrukturlaser ist es möglich, eine Laserstrahlung auch bei Raumtemperatur zu ermöglichen und solche Halbleiterlaser werden deshalb für den praktischen Gebrauch immer interessanter. Solche bekannten Doppelheterostruk-The invention relates to a light-emitting solid-state element, in particular a solid-state laser, with a charge carrier injection light emitting part on a semiconductor substrate. The invention also relates to a method for Manufacture of such a semiconductor element. The well-known double heterostructure lasers make it possible to to enable laser radiation even at room temperature and such semiconductor lasers are therefore for practical use always more interesting. Such known double heterostructure

15. April 1970April 15, 1970

tur-Halbleiterlaser (Applied Physics Letters, Band 16, Nr. 8/ Seiten 326 bis 327) bestehen meist aus einem n-Typ~Ga^_xAl_x Bereich, einem p-Typ-GaAs-Bereich und einem p-Typ-Ga^__χΑ1_χΑ3-Bereich, die nacheinander auf einem Substrat vom η-Typ-GaAs-Kristall aufgebaut sind. Bei diesen bekannten Halbleiterelementen fließt der Strom von dem P-TyP-Ga₁__xAl_xAs-Bereich zum n-ture semiconductor lasers (Applied Physics Letters, Volume 16, No. 8 / Pages 326 to 327) usually consist of an n-type ~ Ga ^ _x Al _x area, a p-type GaAs area and a p-type Ga ^ _ _χ Α1 _χ Α3 area sequentially built up on a substrate of η-type GaAs crystal. In these known semiconductor elements, the current flows from the P-Type-Ga ₁ _ _x Al _x As area to the n-

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Typ-GaAs-Substrat und sowohl die Ladungsträger als auch das Licht werden in der GaAs-Aktivzone konzentriert, einer dünnen Zone, die senkrecht zur Stromrichtung angeordnet ist.Type GaAs substrate and both the charge carriers and that Light is concentrated in the GaAs active zone, a thin zone that is perpendicular to the direction of the current.

Es sind auch schon verbesserte sogenannte Streifen-Halbleiterlaser bekannt, bei denen durch eine Oxydschicht auf der Halbleiteroberfläche eine streifenförmige Elektrode ausgebildet ist, so daß eine gewisse Verbesserung der Stromkonzentration erreicht wird und so der Grenzstrom für die Laserabstrahlung herabgesetzt und ein Betrieb mit geringerem Strom möglich ist (Applied Physics Letters, Band 18, Nr. 4, 15. Februar 1971, Seiten bis 157). Bei diesem bekannten Halbleiterlaser werden die Ladungsträger und auch das Licht in einem schmalen Streifenbereich konzentriert. Auch bei diesen bekannten Streifen-Halbleiterlasern tritt immer noch eine mehr oder weniger starke Streuung des Stromes innerhalb der Aktivzone auf, die nicht vernachlässigt werden kann, und der Grenzstrom bzw. Schwellwertstrom wird nicht wesentlich herabgesetzt, selbst wenn die Breite des Streifens sehr schmal gewählt wird. Bei solchen Streifenhalbleiterlasern ist wegen des Isolationsfilmes von beispielsweise SiO₂ oder Si₃N₄ auf der Oberfläche des Halbleiterblättchen mit Ausnahme des Bereichs des streifenförmigen Elektrodenkontaktes eine starke Spannung im Kristall zu erwarten und zwar hervorgerufen durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Diese an der Zwischenschicht zwischen dem Halbleiter und dem Isolationsfilm auftretenden Spannungen übertragen sich auch auf die aktive ZoneImproved so-called strip semiconductor lasers are also known in which a strip-shaped electrode is formed by an oxide layer on the semiconductor surface, so that a certain improvement in the current concentration is achieved and the limit current for laser radiation is reduced and operation with a lower current is possible (Applied Physics Letters, Vol. 18, No. 4, February 15, 1971, pages through 157). In this known semiconductor laser, the charge carriers and also the light are concentrated in a narrow strip area. Even with these known stripe semiconductor lasers, there is still a more or less strong scattering of the current within the active zone, which cannot be neglected, and the limit current or threshold current is not significantly reduced, even if the width of the stripe is chosen to be very narrow . In such strip semiconductor lasers, due to the insulating film of, for example, SiO ₂ or Si ₃ N ₄ on the surface of the semiconductor wafer, with the exception of the area of the strip-shaped electrode contact, a strong stress is to be expected in the crystal, caused by the different thermal expansion coefficients. These voltages occurring at the intermediate layer between the semiconductor and the insulation film are also transferred to the active zone

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und die Laserabstrahlcharakteristik wird deshalb verschlechtert. Außerdem wird die Lebensdauer solcher Halbleiterlaser hierdurch stark herabgesetzt.and the laser radiation characteristic is therefore deteriorated. It also increases the service life of such semiconductor lasers greatly reduced.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein lichtabstrahlendes Festelement, insbesondere einen Halbleiterlaser, zu schaffen, bei dem der Erregerstrom in einem genügend schmalen Bereich der Aktivzone konzentriert ist und der deshalb einen geringeren Grenzstrom für die Laserlichtabstrahlung besitzt.It is therefore the object of the invention to provide a light-emitting solid element, in particular to create a semiconductor laser, in which the excitation current in a sufficiently narrow range of the Active zone is concentrated and therefore has a lower limit current for laser light emission.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem lichtabstrahlenden Festkörperelement der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Festkörperelements sowie eines besonders geeigneten Verfahrens zur Herstellung eines solchen ergeben sich aus den Uriterarisprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.This task is based on a light-emitting solid-state element of the type mentioned above, achieved according to the invention by the features of the characterizing part of the main claim. Further advantageous configurations of a solid-state element according to the invention and a particularly suitable one Process for the production of such a result from the uritarian claims and the following description.

Bei dem erfindungsgemäßen Festkörperelement wird über den schmalen streifenförmigen Abschnitt des Substrats, der von Halbleiterbereichen größeren spezifischen Widerstandes begrenzt ist, ein scharf begrenzter schmaler Strom in der aktiven ■Zone' erreicht. Diese stärke' Stromkonzentration wird besonders dann erreicht, wenn auch die in diesem schmalen streifenförmigen Substratabschnitt gegenüberliegende Elektrode streifenförmig ausgebildet ist. Das Ergebnis ist ein Halbleiterlaser mit sehr geringem Grenzstrom, der also schon mit gor" η y:;-·. : 'In the case of the solid-state element according to the invention, a sharply delimited narrow current in the active zone is achieved via the narrow strip-shaped section of the substrate, which is delimited by semiconductor areas of greater specific resistance. This strong 'current concentration is achieved particularly when the electrode lying opposite in this narrow strip-shaped substrate section is also embodied in a strip-like manner. The result is a semiconductor laser with a very low limit current, which is already with gor "η y :; - ·.: '

609852/0816 bad or,_G»nal609852/0816 bad or, _G »nal

ist
betreibbar/ Da bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterlaser nicht mehr wie bei den bekannten Streifen-Lasern ein Isolationsfilm aus beispielsweise Siliciumoxyd vorgesehen ist um den Kontakt von den darunterliegenden Halbleiterschichten und der aktiven Zone zu isolieren und außerdem alle die aktive Schicht umgebenden weiteren Schichten genügend große Flächen des Substrates überdecken, werden auch keine störenden Spannungen im Halbleiterkristall im Bereich der aktiven Zone erzeugt und ein erfindungsgemäßer Halbleiterlaser besitzt deshalb auch eine wesentlich längere Lebensdauer und wesentlich stabilere Eigenschaften.is
Operable / Since the semiconductor laser according to the invention no longer has an insulation film made of silicon oxide, for example, as is the case with the known strip lasers, to isolate the contact from the semiconductor layers underneath and the active zone and also to isolate all further layers surrounding the active layer of sufficiently large areas of the substrate cover, no disruptive voltages are generated in the semiconductor crystal in the area of the active zone and a semiconductor laser according to the invention therefore also has a significantly longer service life and significantly more stable properties.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings of exemplary embodiments.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen erfindungsgemäßen Halbleiterlaser; 1 shows in cross section a semiconductor laser according to the invention;

Fig. 2a— 2f zeigen jeweils im Querschnitt die verschiedenen Schritte bei der Herstellung eines solchen Haibleiterlasers nach Fig. 1 und2a-2f each show, in cross section, the various steps in the manufacture of such a semiconductor laser according to Fig. 1 and

Fig. 3 zeigt anhand eines Diagramms die Lasereigenschaften eines erfindungsgemäßen Halbleiterlasers (Kurve I) im Vergleich zu denen eines bekannten Halbleiterlasers (Kurve II).FIG. 3 uses a diagram to show the laser properties of a semiconductor laser according to the invention (curve I) in comparison to those of a known semiconductor laser (curve II).

Nach Fig. 1 besteht der hier dargestellte Halbleiterlaser aus einem Substrat 1 aus GaAs das mesa-geätzt ist, so daß eine mittlere Mesa-Zone 11 streifenförmiger Gestalt entsteht. Die mesa-geätzten Ausnehmungen warden durch Kristallbereiche 2 vonAccording to Fig. 1, the semiconductor laser shown here consists of a substrate 1 made of GaAs which is mesa-etched, so that a middle mesa zone 11 of strip-like shape is created. the mesa-etched recesses are through crystal areas 2 of

SO 9852/0816 SO 9852/0816

INSPECTEDINSPECTED

höherem spezifischen Widerstand als das Substrat 1 ausgefüllt. Die Zonen 2 von höherem spezifischen Widerstand bestehen beispielsweise aus Gaj Al As-Kristall mit 0<x£i. Die Mesa-Zonehigher specific resistance than the substrate 1 filled. The zones 2 of higher resistivity exist, for example from Gaj Al As crystal with 0 <x £ i. The mesa zone

ι^—χ χι ^- χ χ

und die Zonen 2 größeren spezifischen Widerstandes werden in einer Weise bearbeitet, daß die Oberflächen dieser Mesa-Zone 11 und der Zonen 2 mit höherem spezifischen Widerstand zueinander fluchtend werden. Dann werdeneine n-Typ~Ga~ ^Al_ ^As-Zone 3, eine p-Typ-GaAs-Aktivzone 4, eine p-Typ-Ga_{Q 7}A1_Q ^As-Zone 5 und eine ρ -Typ-GaAs-Zone 6 in dieser Reihenfolge auf der erwähnten ebenen fluchtenden Oberfläche der Mesa-Zone 11 und der Zonen 2 höheren spezifischen Widerstandes aufgebaut.. Anschliessend wird eine n-Typ-Ga* Al As-(0<y£i)-Zone 7 mit einer Öffnung - ..<-7Λ ,aufgebracht,wobei, diese...öffnung -.7J-.,eine- ,ähAliche.odex^die... ■ --... ... gleiche Streifenform wie die Mesa-Zone 11 besitzt, und schließlieh wird auf dieser Zone 7 dann noch eine Metallelektrode 8 aufgebracht, die mit der ρ -Typ-GaAs-Zone 6 im Bereich der Öffnung 71 Kontakt macht. Die auf der ρ -Typ-Zone 6 aufgebrachte n-Typ-Zone 7 bildet dazwischen eine p-n Sperrschicht und die Zone 7 dient deshalb als Isolationsschicht für den Elektrodenkontakt. Die streifenförmige Öffnung 71 ist so ausgebildet, daß sie der Oberfläche der Mesa-Zone 11 gegenüberliegt und die Zonen 3, 4, 5· und 6 dazwischenliegen. Der Laserstrom wird von der oberen Metallelektrode 8 zu der Bodenmetallelektrode 9 geführt.and the zones 2 of higher resistivity are machined in such a way that the surfaces of this mesa zone 11 and of the zones 2 of higher resistivity are aligned with one another. Then, an n-type Ga Al_ As region 3, a p-type GaAs active region 4, a p-type Ga _{Q 7} A1 _Q As region 5, and a ρ-type GaAs region become 6 built up in this order on the above-mentioned flat, aligned surface of the mesa zone 11 and the zones 2 of higher specific resistance. An n-type Ga * Al As (0 <y £ i) zone 7 with an opening is then established - .. <- 7Λ, applied, whereby, this ... opening -.7J -., One-, similar.odex ^ the ... ■ --... ... same strip shape as the mesa zone 11 and finally a metal electrode 8 is then applied to this zone 7, which makes contact with the ρ -type GaAs zone 6 in the region of the opening 71. The n-type zone 7 applied to the ρ-type zone 6 forms a pn barrier layer in between, and the zone 7 therefore serves as an insulation layer for the electrode contact. The strip-shaped opening 71 is formed so that it faces the surface of the mesa zone 11 and the zones 3, 4, 5 and 6 lie therebetween. The laser current is guided from the upper metal electrode 8 to the bottom metal electrode 9.

Bei dem erfindungsgemäßen Laser besitzen sowohl die wirksame Kontaktfläche 72 der Metallelektrode als auch die Mesa-Zone 11 des Substrates eine schmale Streifenform. Die elektrischenIn the case of the laser according to the invention, both the effective contact surface 72 of the metal electrode and the mesa zone 11 have of the substrate has a narrow strip shape. The electric

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Kräfte innerhalb des Lasers werden deshalb wegen dieser Schmalheit der Elektrode 72 und der Mesa-Zone 11 sehr eng konzentriert. Der Strom in der aktiven Zone 4 ist daher auch sehr stark auf einen schmalen Streifenbereich 41 konzentriert und hierdurch wird der Wirkungsgrad des Lasers wesentlich verbessert.Forces within the laser are therefore due to this narrowness the electrode 72 and the mesa zone 11 are very closely concentrated. The current in the active zone 4 is therefore also very strong a narrow strip area 41 is concentrated and the efficiency of the laser is thereby significantly improved.

Bei dem erfindungsgemäßen Laser sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von dem Substrat einschließlich der aktiven Zone bis zu Isolationszone 7 nahezu gleich und die aktive Zone 4 ist nicht mit irgendwelchen unerwünschten Behandlungsverfahren behandelt worden, beispielsweise mit einer Mesa-Ätzung oder einer thermischen Oxidation. Es besteht deshalb keine Gefahr irgendwelcher Spannungen, welche die aktive Zone 4 erreichen könnten, und eine Verschlechterung der Lasercharakteristik ist deshalb' ausgeschlossen.In the case of the laser according to the invention, the coefficients of thermal expansion are from the substrate including the active zone to the isolation zone 7 is almost the same and the active zone 4 is has not been treated with any undesirable treatment process, such as a mesa etch or a thermal oxidation. There is therefore no risk of any voltages that could reach the active zone 4, and a deterioration in the laser characteristic is therefore ' locked out.

Fig. 2 zeigt die verschiedenen Schritte bei der Herstellung eines Lasers nach Fig. 1.FIG. 2 shows the various steps in the production of a laser according to FIG. 1.

Das als Ausgangsmaterial dienende Substrat 1 besteht aus (100)-orientiertem Te-angereichertem n-Typ-GaAs-Kristall vonThe substrate 1 used as the starting material consists of (100) -oriented Te-enriched n-type GaAs crystal from

18 —3
2x10 cm Konzentration. Wie Fig. 2a zeigt, wird ein SiO₂-FiIm18-3
2x10 cm concentration. As shown in Fig. 2a, a SiO ₂ -FiIm

von etwa 5000 8 Dicke auf dem GaAs-Substrat 1 durch ein bekanntes photochemisches Verfahren in der Weise aufgebracht",'daß' ein Muster von Streifen 20 von etwa 10 Aim Breite mit einem Abstand von 250 /im in der (110)-Richtung des Substratkristalles entsteht. Dann wird mit Hilfe dieser als Ätzmaske dienendenof about 5000 8 thickness on the GaAs substrate 1 by a known one photochemical process applied in such a way "that 'that' a pattern of strips 20 approximately 10 Aim wide with a spacing of 250 / im in the (110) direction of the substrate crystal arises. Then with the help of this serving as an etching mask

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ORlGi_NAL INSPECTED ORlGi _NAL INSPECTED

SiO₂-Filrastreifen 20 das n-Typ-GaAs-Substrat 1 mesa-geätzt und zwar wird als Ätzflüssigkeit eine Mischung aus Schwefelsäure, Wasserstoffsuperoxyd und Wasser in einem Volumenverhältnis von 8:1:1 verwendet. Das GaAs-Substrat 1 wird durch diese Ätzflüssigkeit bei etwa 60 C drei Minuten lang geätzt und hierdurch entsteht eine Ätztiefe von etwa 6 pia. Auf diese Weise wird das Substrat 1 im Sinne der Fig. 2b mesa-geätzt. Dann werden im Sinne der Fig. 2c die GaAs-Kristallzonen 2 von höherem spezifischen Widerstand in die Ausnehmungen 12 eingebracht, die durch diese Mesa-Ätzung entstanden sind, und
zwar in einer Weise, daß die Oberflächen dieser eingefüllten GaAs-Kristallzonen 2 mit den Oberflächen der Mesa-Zonen 11
fluchten. Beide Oberflächen der Zonen 2 und 11 werden dann
poliert, so daß eine spiegelartige ebene Oberfläche entsteht. Die Ausbildung der Zonen mit höherem spezifischen Widerstand erfolgt vorzugsweise durch ein Verfahren zum epitaxialen Wachsen in einer Dampfphase durch thermische Zersetzung der Gasmischung von Trimethylgallium (Ga(CH₃)₃) und Arsenwasserstoff (AsH₃) und zwar wiederum durch Verwendung des oben erwähnten SiO₃-Films als Maske. Empirische Daten zeigen, daß bei einer Temperatur von 63O°C für die thermische Zersetzung ein spezifischerSiO ₂ filament stripes 20 mesa-etched the n-type GaAs substrate 1, and a mixture of sulfuric acid, hydrogen peroxide and water in a volume ratio of 8: 1: 1 is used as the etching liquid. The GaAs substrate 1 is etched by this etching liquid at about 60 ° C. for three minutes and this results in an etching depth of about 6 pia. In this way, the substrate 1 is mesa-etched in the sense of FIG. 2b. Then, in the sense of FIG. 2c, the GaAs crystal zones 2 of higher specific resistance are introduced into the recesses 12, which were created by this mesa etching, and
in such a way that the surfaces of these filled GaAs crystal zones 2 with the surfaces of the mesa zones 11
cursing. Both surfaces of zones 2 and 11 are then
polished so that a mirror-like flat surface is created. The zones with higher specific resistance are preferably formed by a process for epitaxial growth in a vapor phase by thermal decomposition of the gas mixture of trimethylgallium (Ga (CH ₃ ) ₃ ) and arsine (AsH ₃ ), again by using the above-mentioned SiO ₃ -Films as a mask. Empirical data show that at a temperature of 63O ° C there is a specific thermal decomposition

4
Widerstand bis zu 10 Jlcm erzeugt werden kann. Als Zone 2 von höherem spezifischen Widerstand kann auch ein gemischtes
Kristall aus GaAlAs benutzt werden, im allgemeinen wird als Zone 2 höheren spezifischen Widerstandes Ga₁ Al As mit
verwendet. Um die Spannungen im Bereich der Zonen 2 höheren spezifischen Widerstandes herabzusetzen, nämlich damit auch4th
Resistance up to 10 Jlcm can be generated. Zone 2 of higher resistivity can also be a mixed
Crystal from GaAlAs are used, generally as zone 2 higher specific resistance Ga ₁ Al As with
used. In order to reduce the tensions in the area of the zones 2 of higher specific resistance, namely also with it

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Spannungen in der aktiven Zone 4, die auf die Spannungen in diesen Zonen 2 höheren spezifischen Widerstandes zurückzuführen sind, ist es vorteilhaft, den epitaxialen WachstumsprozeßStresses in the active zone 4, which can be attributed to the stresses in these zones 2 of higher specific resistance it is beneficial to the epitaxial growth process

ifif

so zu steuern, daß der Wert χ des Gradienten im Bodenbereich (wo die Zone 2 mit dem Substrat 1 Kontakt macht) χ = 0 und an der Oberfläche (die mit der n-Ga.» .,Al,. -,As-Zone Kontakt macht)to be controlled so that the value χ of the gradient in the bottom area (where the zone 2 makes contact with the substrate 1) χ = 0 and on the surface (which makes contact with the n-Ga. »., Al ,. -, As zone)

υ,/ u,jυ, / u, j

χ = 0,3 ist. Die SiO^-Filme 20 werden anschließend durch ein bekanntes Verfahren wieder entfernt.χ = 0.3. The SiO ^ films 20 are then through a known procedure removed again.

Anschließend werden im Sinne der Fig. 2d die Zonen 3 vom n-Typ-Ga-, -,Al- .,As, die Zonen 4 vom p-Typ-GaAs, die Zonen 5 vom p-Typ~Ga_ .,Al As und die Zonen 6 vcra ρ -Typ-GaAs durch aufeinanderfolgendes epitaxialesι Wachsen .auf und über der . spiegelpolierten fluchtenden Oberfläche des Substrates 1 und der ausgefüllten Zonen 2 herstellt. Dann werden die Zonen 7Subsequently, in the sense of FIG. 2d, the zones 3 of the n-type Ga, -, Al-, As, the zones 4 of the p-type GaAs, the zones 5 of the p-type ~ Ga_., Al As and the zones 6 vcra ρ -type GaAs successive epitaxial growth on and over the. mirror-polished aligned surface of the substrate 1 and the filled zones 2 produces. Then zones 7

vom n-Typ-Ga., Al As (0<y£1) auf der Zone 6 hergestellt. Die i-y yof n-type Ga., Al As (0 <y £ 1) on zone 6. the i-y y

streifenförmigen Öffnungen werden durch ein bekanntes Photoätzverfahren auf der Zone 7 hergestellt, so daß in diesen Bereichen die darunterliegende Zone 6 freiliegt. Da die Zonen und die Zonen 6 zusammen eine HeteroStruktur bilden/, können die freiliegenden Teile der Zonen7 nur durch heiße Orthophosphorsäure weggeätzt werden, welche die darunterliegenden Zonen 6 unbeeinflußt läßt. Anschließend wird die obere Metallelektrode 8 und die Bodenmetallelektrode 9 aufgebracht und zwar so, daß hierdurch die gesamte Oberfläche und auch die gesamte Bodenfläche abgedeckt ist. Hierzu wird ein bekanntes Metall Ajf--. ampfverfahren angewendet. Damit ist eine Platte nach Fig. 2eStrip-shaped openings are made by a known photo-etching process on the zone 7 so that the underlying zone 6 is exposed in these areas. Because the zones and the zones 6 together form a heterostructure /, the exposed parts of the zones 7 are only etched away by hot orthophosphoric acid, which the zones 6 below leaves unaffected. Then the upper metal electrode 8 and the bottom metal electrode 9 are applied in such a way that as a result, the entire surface and also the entire floor area is covered. For this purpose, a well-known metal Ajf--. vaccination method applied. This is a plate according to FIG. 2e

609852/0816 -original inspected609852/0816 -original inspected

fertig. Diese Platte wird dann durch Einritzen in einzelne Teile zerschnitten, von denen eines in Fig. 2f dargestellt ist und zwar längs der Schnittlinien, die in Fig. 2e strichpunktiert eingezeichnet sind.done. This plate is then cut into individual parts by scoring, one of which is shown in FIG. 2f namely along the cutting lines which are shown in phantom in Fig. 2e.

Fig. 3 zeigt die Laserchrakteristikkurven eines erfindungsgemäßen Lasers im Vergleich zu einem solchen nach dem Stand derFig. 3 shows the laser characteristic curves of an inventive Lasers compared to the state of the art

diethe

Technik. Nach Fig. 3 zeigt die Kurve I/Charakteristik eines Lasers nach der Erfindung und die Kurve II die Charakteristik eines bekannten Streifen-Lasers mit einem SiO₂-FiIm zur Kontaktisolation. Die Grenzstromdichte wird sehr stark beeinflußt durch die Dicke der vier Schichten 1,3,4 und 5, durch welche die doppelte HeteroStruktur gebildet ist, und um beispielsweise .- Kurven nach Fig. 3 zu erhalten, müssen deshalb von vier Schichten "'"'"'entsprechende aüsgewäHit"werden/ "die" gleiche'"Dicke'besitzen/*In"''" dem Diagramm ist die Grenzwertdichte in Abhängigkeit " ' ^: Technology. According to FIG. 3, curve I / characteristic of a laser according to the invention and curve II shows the characteristic of a known strip laser with an SiO ₂ film for contact insulation. The limiting current density is very strongly influenced by the thickness of the four layers 1, 3, 4 and 5, through which the double heterostructure is formed, and in order to obtain, for example, curves according to FIG. "'corresponding selection" will / "have the"same'"thickness / * In"''"the diagram, the limit value density is dependent on"' ^:

von der Streifenbreite aufgetragen. In dem Beispiel •nach Fig." 3 ist die Dickeder· aktiven' Zone '4 0,2 jdta* Fig. 3 >·■ - zeigt ferner, daß der Halbleiterlaser nach der Erfindung einen geringeren Grenzstrom für eine Laserabstrahlung besitzt im Vergleich zu dem Grenzstrom eines bekannten Streifen-Lasers und insbesondere einen geringeren Grenzstrom für schmalere Streifenbreiten. Dies kann damit erklärt werden, daß bei der bekannten "Struktur'der" von der Streif ehelektröde injizierte Strom w&it ■··-'·- streut bis er die aktive Zone erreicht/ und die Breite des Stromes in der aktiven Zone ist im allgemeinen etwa 1,5 bis 3 mal so groß wie die Breite der Streifenelektrode bei einer Strei-applied from the width of the strip. . In the example • of Figure "3, the thickness of the is · active 'zone' 4 0.2 jdta * 3> · ■ -. Also shows that the semiconductor laser according to the invention has a lower threshold current for laser emission compared to the Limit current of a known stripe laser and in particular a lower limit current for narrower stripe widths reached / and the width of the current in the active zone is generally about 1.5 to 3 times as large as the width of the strip electrode in the case of a strip

ORlGlNAL INSPECTEDORlGlNAL INSPECTED

609852/06*6609852/06 * 6

fenbreite von 10 /im. Wegen der streifenförmigen Kontaktfläche der Elektrode 72 und der streifenförmigen Mesa-Zone 11 auf beiden Seiten nämlich auf der Ober- und Unterseite der aktiven Zone 4 gemäß der Erfindung wird der Strom sehr stark und gut in der aktiven Zone 4 konzentriert..window width of 10 / in. Because of the strip-shaped contact area the electrode 72 and the strip-shaped mesa zone 11 namely, on both sides on the top and bottom of the active zone 4 according to the invention, the current becomes very strong and good concentrated in active zone 4 ..

Weitere Vorteile nach der Erfindung sind eine lange Lebensdauer und sehr stabile Eigenschaften. Aus Fig. 2a bis 2f ergibt sich, daß die Gitterkonstanten der Mesa-Zone 11 und der Zonen 2 von höherem spezifischen Widerstand einander gleich sind und daß daher in diesen Zonen im wesentlichen keine Spannungen im Kristall vorhanden sind. Auch die Gitterkon-Further advantages of the invention are a long service life and very stable properties. From Fig. 2a to 2f results that the lattice constants of the mesa zone 11 and the zones 2 of higher resistivity are equal to each other and that therefore essentially none in these zones There are stresses in the crystal. The grid con

stanten der ix-Typ-Ga., Al As-Zone 7 und der unmittelbar darun- '·■-■' ■ ■■ - .··■ ::■■■='■■·-.■.■-.--.' ·*'♦■·-;.-: 3:—y y ■■■-■ ·.·■···..- ~. · * ---...·--. ..·.-·■--.· - - .«■ ■■■= constants of the ix-type Ga., Al As zone 7 and the immediately thereafter- '· ■ - ■' ■ ■■ - . ·· ■ :: ■■■ = '■■ · -. ■. ■ -. -. ' · * '♦ ■ · -; .-: 3: —yy ■■■ - ■ ·. · ■ ··· ..- ~. · * ---... · -. .. · .- · ■ -. · - -. «■ ■■■ =

terliegenden ρ -Typ-GaAs-Zone 6 sind im wesentlichen gleich gewählt. Es besteht daher keine Gefahr der Einführung von Spannungen in die aktive Zone 4. Wegen des Fehlens solcher Spannungen sind die stabilen Eigenschaften auch über eine lange Zeit gegeben. Durch empirische Versuche wurde festgestellt, daß ein erfindungsgemäßer Laser beispielsweise die doppelte Lebensdauer besitzt verglichen mit derjenigen eines üblichen bekannten Lasers«underlying ρ -type GaAs zone 6 are essentially the same chosen. There is therefore no risk of introducing voltages into the active zone 4. Because of the absence of such Tension, the stable properties are given over a long period of time. Through empirical tests it has been found that a laser according to the invention has, for example, twice the life compared to that of a conventional one known laser «

Obwohl die Erfindung oben im Zusammenhang mit einem Doppelheterostrukturlaser beschrieben ist, ist die Erfindung in gleicher Weise auch bei anderen lichtabstrahlenden Festkörperelementen, bei denen das oben geschilderte Problem besteht, anwendbar, beispielsweise auch bei einem sogenannten Einzeihetero-Although the invention above in the context of a double heterostructure laser is described, the invention applies in the same way to other light-emitting solid-state elements, in which the problem described above exists, applicable, for example also in a so-called single-row hetero-

609852/0816 _0RiriH,, _Ik 609852/0816 _0RiriH ,, _Ik

ORSGi^AL INSPECTS)ORSGi ^ AL INSPECTS)

Strukturlaser oder einem sogenannten Homo-Verbindungs-Strukturlaser (homo-junction-structure) oder auch bei einer Leucht-Structural laser or a so-called homo-compound structure laser (homo-junction-structure) or with a luminous

diode. ιdiode. ι

Die Merkmale der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden:The features of the invention can be summarized as follows:

1. Pas lichtabstrahlende Festkörperelement besteht aus einem Halbleitersubstrat 1 und einer lichtemittierenden Zone 3, 4, 5 und 6, die bei der Injektion von Ladungsträgern Licht abstrahlt, wobei das Substrat 1 schmale Zonen 11 aufweist, die durch eingelagerte Halbleiter-Isolationszonen 2 von höherem spezifischen Widerstand begrenzt werden.1. Pas light-emitting solid-state element consists of one Semiconductor substrate 1 and a light-emitting zone 3, 4, 5 and 6, which emits light when charge carriers are injected, wherein the substrate 1 has narrow zones 11, which by embedded semiconductor isolation zones 2 of higher specific resistance can be limited.

v2* Bei—dem- Element, nach Punkt ...!werden die, XiphtabstrahleiTden..,,,; .,,__„ Abschnitte 3, 4, 5.und 6 und die Zonen 2 von höherem spezifisehen Widerstand durch Halbleiterkristalle von Verbindungen der Gruppen III-V des Periodensystems gebildet, insbesondere aus QaAs oder GaAlAs.v2 * With —the- element, after point ...! the, XiphtabstrahleiTden .. ,,,; . ,, __ " See sections 3, 4, 5. and 6 and zones 2 of higher specifics Resistance formed by semiconductor crystals of compounds of groups III-V of the periodic table, in particular made of QaAs or GaAlAs.

3. Bei dem Element nach Punkt 1 bestehen.die lichtemittierenden Teile aus einer HeteroStruktur, insbesondere aus einer Heterostruktur mit einer GaAs-GaAlAs-Verbindung.3. The element according to point 1 consists of the light-emitting Parts from a heterostructure, in particular from a heterostructure with a GaAs-GaAlAs compound.

4. Bei dem Element nach Punkt 1 ist eine Doppelheterostruktur als lichtabstrahlende Zone vorgesehen und auf beiden Seiten.4. In the element according to point 1, a double heterostructure is provided as a light-emitting zone and on both sides.

- '-nämlich auf "der Oberseite und der-Unterseite dieser Zqrxe sind Halbleiterisolationszonen 2 von höherem spezifischen Widerstand bzw. Halbleiterisolationszonen 7 zur Begrenzung der Ladungsträger auf einen Schmalpfad vorgesehen.- '- namely on "the top and the bottom of these Zqrxe are Semiconductor insulation zones 2 of higher specific resistance or semiconductor insulation zones 7 for delimiting the charge carriers provided on a narrow path.

ORIGINAL INSPECTED 609852/0816ORIGINAL INSPECTED 609852/0816

5. Die Herstellung eines Elements nach den Punkten 1 bis 4 erfolgt vorzugsweise durch folgendes Verfahren: Es wird zunächst eine Mesa-Zone 11 auf dem als Ausgangsmaterial dienenden Halbleitersubstrat 1 ausgebildet. Dann werden die Zonen 2 von höherem.spezifischen Widerstand in die Ausnehmungen 12 eingefüllt, die neben den Mesa-Zonen 11 gebildet sind und zwar so, daß die Oberflächen dieser Mesa-Zone 11 und der eingefüllten Zonen 2 von höherem spezifischen Widerstand miteinander fluchten. Dann werden durch epitaxiales Wachstum die lichtemittierenden Zonen 3, 4, 5 und 6 über den ganzen fluchtenden Oberflächen dieser Bereiche 11 und 2 hergestellt.5. The production of an element according to points 1 to 4 is preferably carried out using the following process: First, a mesa zone 11 is formed on the semiconductor substrate 1 serving as the starting material. then the zones 2 of higher specific resistance in the recesses 12 are filled, which are next to the mesa zones 11 are formed in such a way that the surfaces of this mesa zone 11 and the filled zones 2 of higher specific resistance align with each other. Then, by epitaxial growth, the light-emitting regions become 3, 4, 5 and 6 are made over the entire aligned surfaces of these areas 11 and 2.

6. Das Verfahren nach Punkt 5 umfaßt ferner noch folgende "Verf ahrensschritte:6. The procedure according to point 5 also includes the following "Process steps:

Es werden Halbleiterisolationszonen 7 ausgebildet, weiche die Kontaktisolationsverbindungen zwischen der darunterliegenden Zone 6 bilden, wobei diese Kontaktisolationsverbindungen die streifenförmigen Kontaktbereiche 72 der Kontaktelektrode 7 in den Öffnungen 71 bestimmen.Semiconductor isolation zones 7 are formed, soft the contact isolation connections between the underlying Zone 6 form, these contact insulation connections forming the strip-shaped contact areas 72 of the contact electrode 7 in the openings 71 determine.

7. Bei dem Verfahren nach Punkt 5 werden die Zonen höheren spezifischen Widerstandes durch ein epitaxiales Wachstumsverfahren in Dampfphase hergestellt. 7. In the process according to point 5, the zones of higher specific resistance are produced by an epitaxial growth process in the vapor phase.

8. Bei dem Verfahren nach Punkt 5 bis 7 werden die Halbleiterzonen aus GaAs und GaAlAs-Kristallzonen gebildet.8. In the method according to points 5 to 7, the semiconductor zones formed from GaAs and GaAlAs crystal regions.

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Claims

PATENT CLAIMS

■ '1. j Light-emitting solid-state element with a part which emits light in the event of charge carrier injection on a semiconductor substrate, characterized in that the substrate 1 has a narrow emission limited by embedded semiconductor region 2 of greater specific resistance

., "Section 1.1 has. .. ...

2, element according to claim 1, characterized in that the Semiconductor region 2 of greater resistivity through

3. Element according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor regions 2 of greater resistivity are made of GaAs or GaAlAs.

4. Element according to any one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the light-emitting part through a heterostructure is formed. · · · ·

5. Element according to claim 4, characterized in that one Hetero structure with a GaAs-GaAlAs junction is used.

6. Element according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the light emitting part is a double hetero-

609862/0816 on»»«--609862/0816 on »» «-

structure made of GaAlAs-GaAs comprises and semiconductor isolation regions made of GaAlAs formed on this light emitting part in the manner are that these isolation zones are in the form of the semiconductor isolation zones 2 of higher resistivity correspond and lie above this.

7. A method for producing a solid-state element according to one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that that a mesa zone 11 is formed on a semiconductor substrate will be filled into the recesses next to this mesa zone zones 2 of higher resistivity, namely in such a way that the surfaces of this mesa zone 11 and the filled zones 2 of higher resistivity align with each other, and then by epitaxial growth of the light-emitting part 3 to 6 over the entire width on this aligned surfaces of the mesa zone 11 and the zones 2 of higher resistivity is formed.

8. The method according to claim 7, characterized in that a semiconductor insulation zone 7 which delimits an opening 71 is formed in such a way that this opening 71 comes to lie above and in the same shape as the mesa zone 11.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the zones 2 of higher resistance by an epitaxial Growth processes can be formed in the vapor phase.

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. Method according to one of Claims 7 to 9, characterized in that that the semiconductor zones are all formed by a combination of expitaxial growth of GaAs and GaAlAs-Kr will.

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L e e r s e i t eL e r s e i t e