DE2627355B2

DE2627355B2 - Solid state light emitting device and method for making the same

Info

Publication number: DE2627355B2
Application number: DE2627355A
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: 1978-07-20
Also published as: GB1543220A; JPS5811111B2; CA1077607A; FR2316747A1; FR2316747B1; DE2627355A1; JPS51151090A; DE2627355C3

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Festkörpervorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu deren Herstellung.The invention relates to a solid-state light emitting device according to the preamble of claim 1 and a method for their production.

Durch bekannte Doppelheterostrukturlaser ist es möglich, eine Laserstrahlung auch bei Raumtemperatur zu ermöglichen, und solche Halbleiterlaser werden deshalb für den praktischen Gebrauch immer interessanter. Solche bekannten Doppelheterostruktur-Halbleiterlaser bestehen meist aus einer n-leitenden Ga_1-1Al₁ As-Zone, einer p-leitenden GaAs-Zone und einer p-leitenden Ga^₁Al_x As-Zone, die nacheinander auf einem Substrat aus einem η-leitenden GaAs-Kristall aufgebaut sind. Bei diesen bekannten HaIbleilierelementen fließt der Strom von der p-leitenden Ga^Al^As-Zone zum η-leitenden 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.Known double heterostructure lasers make it possible to generate laser radiation even at room temperature, and such semiconductor lasers are therefore becoming more and more interesting for practical use. Such known double heterostructure semiconductor lasers usually consist of an n-conducting Ga _1-1 Al ₁ As zone, a p-conducting GaAs zone and a p-conducting Ga ^ ₁ Al _x As zone, which are successively on a substrate of a η-conductive GaAs crystal are constructed. In these known semiconductor elements, the current flows from the p-conducting Ga ^ Al ^ As zone to the η-conducting GaAs substrate, and both the charge carriers and the light are concentrated in the GaAs active zone, a thin zone perpendicular to the Current direction is arranged.

Es sind auch schon verbesserte sogenannte Streifen-Halbleiterlaser bekannt, bei denen durch eine Oxidschicht auf der Halbleiteroberfläche eine streifenförmige Elektrode ausgebildet ist, so daß eine gewisse Verbesserung der Stromkonzentration erreicht wird und so der Schwellenwertstrom für die Laserabstriihlung herabgesetzt und ein Betrieb mit geringerem Strom mögich ist (Bell Laboratories Record, Bd. 49 [1971], Nr. 10, S. 299-304). Bei diesen bekannten Halbleiterlasern werden die Ladungsträger und auch das Licht in einem schmalen Streifenbereich konzentriert. Auch bei diesen bekannten Streifen-Halbleiterlasern tritt immer noch eine mehr oder wenigerThere are also improved so-called stripe semiconductor lasers known, in which a strip-shaped through an oxide layer on the semiconductor surface Electrode is formed so that some improvement in current concentration is achieved and so the threshold current for the laser radiation is reduced and an operation with less Electricity is possible (Bell Laboratories Record, Vol. 49 [1971], No. 10, pp. 299-304). With these well-known With semiconductor lasers, the charge carriers and also the light are concentrated in a narrow strip area. Even with these known stripe semiconductor lasers, a more or less occurs

starke Streuung des Stromes innerhalb der Aktivzone ajif, die nicht vernachlässigt werden kann, und der Schwellenwertstrom wird nicht wesentlich herabgesetzt, selbst wenn die Breite des Streifens seiir schmal gewählt wird. Bei solchen Streifen-Halbleiterlasern ist wegen der Isolierschicht aus beispielsweise SiO₂ oder Si₃N₄ auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens mit Ausnahme des Bereichs des streifenförmiges Elektrodenkontaktes eine starke Spannung im Kristall zu erwarten, und zwar hervorgerufen durch die unter- ι« schiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Diese an der Zwischenschicht zwischen dem Halbleiter und der Isolierschicht auftretenden Spannungen übertragen sich auch auf die aktive Zone, und das Laserabstrahlverhalten wird deshalb verschlechtert. Außerdem wird die Lebensdauer solcher Halbleiterlaser hierdurch stark herabgesetzt.strong scattering of the current within the active zone ajif, which cannot be neglected, and the threshold value current is not significantly reduced even if the width of the strip is chosen to be narrow. With such strip semiconductor lasers, due to the insulating layer 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 voltage 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 insulating layer are also transferred to the active zone, and the laser radiation behavior is therefore impaired. In addition, the service life of such semiconductor lasers is greatly reduced as a result.

Aus der DE-OS 1802618 ist eine Injektionslaserdiode mit HomoStruktur bekannt, bei der zu^ Herabsetzung des Schwellenwertstroms eine Einschnürung des Laserstroms dadurch erzielt wird, daß zwischen den den lichtemittierenden Übergang bildenden Halbleiterzonen mit p- bzw. η-Leitfähigkeit eine Intrinsikschicht gebildet ist, die in der Mitte einen schmalen Spalt aufweist, in dem eine direkte Beruhrung zwischen p- bzw. η-leitender Halbleiterzone möglich ist. Eine solche Laserdiode wird hergestellt, indem zwei Scheibchen mit Intrinsikleitfähigkeit unter Aufrechterhaltung des schmalen Spaltes dicht nebeneinander gehalten werden und daß dann erst auf der jo einen Hauptoberfläche der beiden Scheibchen die eine dotierte Halbleiterzone und dann auf der anderen Hauptoberfläche der beiden Scheibchen die andere dotierte Halbleiterzone aufgebracht wird. Um einerseits zufriedenstellende Lasereigenschaften zu erhal- j5 ten und andererseits die Herstellungsstreuungen von Laserdiode zu Laserdiode in vertretbaren Grenzen zu halten, müssen die beiden Scheibchen mit Intrinsikleitfähigkeit in mikrokopischem Maßstab unter Einhaltung sehr enger Toleranzgrenzen ausgerichtet, festgehalten und mit den dotierten Halbleiterzonen versehen werden. Dies ist nicht nur eine komplizierte, zeitraubende und hohes Geschick erfordernde Herstellungsmethode, sondern auch eine Methode, die zur Massenproduktion kaum geeignet ist.From DE-OS 1802618 an injection laser diode with homostructure is known, in which to ^ reduction of the threshold value current a constriction of the laser current is achieved in that between the semiconductor zones with p or η conductivity forming the light-emitting junction form an intrinsic layer is formed, which has a narrow gap in the middle, in which a direct contact between p- or η-conducting semiconductor zone is possible. Such a laser diode is made, by placing two discs with intrinsic conductivity close to one another while maintaining the narrow gap are held and that only then on the jo a main surface of the two discs the one doped semiconductor zone and then the other on the other main surface of the two wafers doped semiconductor zone is applied. In order to obtain satisfactory laser properties on the one hand, j5 th and on the other hand the manufacturing deviations from laser diode to laser diode within reasonable limits must hold the two disks with intrinsic conductivity on a microscopic scale in compliance very narrow tolerance limits aligned, fixed and with the doped semiconductor zones be provided. Not only is this a complicated, time-consuming and skill-intensive manufacturing method, but also a method that is hardly suitable for mass production.

Aus der DE-OS 2137892 ist ein Heterostruktur-Halbleiterlaser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei dem eine Einschnürung des Laserstroms auf einen Stromkanal dadurch erreicht wird, daß in ein Substrat unter Aussparung eines streifenförmigen Teils Einschnürzonen eindiffundiert werden, deren Leitfähigkeitstyp demjenigen des nichtdiffundierten Substratteils entgegengesetzt ist. Diese Einschnürzonen bilden zusammen mit dem nichtdiffundierten Substrat einen gesperrten pn-Übergang, so daß der vom Substrat in den lichtemittierenden Teil des Lasers injizierte Strom auf den nichtdiffundierten Streifenteil begrenzt ist. Um die kanalförmige Begrenzung des Laserstroms zu verbessern, werden die auf das diffundierte Substrat aufge- bo vachsenen Schichten des lichtemittierenden Laserteils außerhalb des Bereichs, der über dem streifenförmigen nichtdiffundierten Teil des Substrats liegt, abgeätzt, möglicherweise bis in das Substrat hinein. Danach werden die durch das Ätzen entstandenen Oberflächen mit einer Schutzschicht versehen, die einen kleineren Brechungsindex aufweist als die nach dem Ätzen übriggebliebene aktive Zone des lichtemittierenden Laserteils. Die oberste Schicht des geätzten, lichtemittierenden Laserteils wird dann auf Metallelektroden gesetzt.DE-OS 2137892 discloses a heterostructure semiconductor laser known according to the preamble of claim 1, in which a constriction of the Laser current on a current channel is achieved in that in a substrate with the recess of a strip-shaped Partial constriction zones are diffused, the conductivity type of which corresponds to that of the is opposite of the undiffused substrate part. These constriction zones form together with the undiffused substrate has a blocked pn junction, so that the from the substrate in the light-emitting Part of the laser injected current is limited to the undiffused stripe part. To the To improve channel-shaped delimitation of the laser current, the effects on the diffused substrate are applied grown layers of the light-emitting laser part outside the area that is above the strip-shaped undiffused part of the substrate is etched away, possibly into the substrate. Then the surfaces created by the etching are provided with a protective layer, which is a has a smaller refractive index than the active zone of the light-emitting which remains after the etching Laser part. The top layer of the etched, laser light emitting part is then applied Metal electrodes set.

Da die Einschnürzonen einen Leitfähigkeitstyp aufweisen müssen, der demjenigen des Substrats entgegengesetzt ist, ist zu einer solchen Umdotierungeine Diffusion mit hoher Dotierstoffkonzentration erforderlich. Dies hat zur Folge, daß bei den nachfolgenden Erwärmungen zur Erzeugung der Schichten des lichtemittierenden Laserteils eine Ausdiffusion aus den diffundierten Einschnürzonen bis in die aktive Zone auftreten kann. Eine solche unbeabsichtigte Diffusion der aktiven Zone beeinträchtigt das Laserverhalten. Um einer solchen unbeabsichtigten Ausdiffusion in die aktive Zone vorzubeugen, muß die zwischen Substrat und aktiver Zone befindliche Schicht der HeteroStruktur relativ dick gemacht werden, was den Innenwiderstand des Lasers erhöht und damit zu einer Verringerung des Laserwirkungsgrades führt. Die zwischen Substrat und aktiver Zone liegende Schicht kann deshalb kaum oder nicht dicker gemacht werden., wenn man einen annehmbaren Wirkungsgrad erzielen will. Die beim Ausdiffundieren entstehende Diffusionsfront in der aktiven Zone ist jedoch nicht glatt und flach, sondern sehr unregelmäßig und rauh, was wiederum die Lasereigenschaften beeinträchtigt, insbesondere die Stabilität des in der Regel gewünschten Einzelmodenbetriebs. Da auch Teile der aktiven Zone abgeätzt und mit der Schutzschicht versehen werden, deren Gitterkonstante anders als die der aktiven Zone ist, treten wieder Kristallspannungen auf, welche die Betriebslebensdauer des Lasers verkürzen.Since the constriction zones must have a conductivity type opposite to that of the substrate is one to such redoping Diffusion with high dopant concentration required. This has the consequence that in the following Heating to generate the layers of the light-emitting laser part causes an outdiffusion the diffused constriction zones up to the active zone can occur. Such an unintentional Diffusion of the active zone affects the laser behavior. To such an unintended outdiffusion to prevent in the active zone, the one between the substrate and the active zone must Layer of the heterostructure can be made relatively thick, which increases the internal resistance of the laser and thus leads to a reduction in laser efficiency. The one between the substrate and the active zone Layer can therefore hardly or not be made thicker, if one has an acceptable level of efficiency want to achieve. The diffusion front that occurs during outdiffusion is in the active zone however not smooth and flat, but very irregular and rough, which in turn improves the laser properties impaired, in particular the stability of the single-mode operation that is usually desired. There too Parts of the active zone are etched off and provided with the protective layer, the lattice constant of which is different than that of the active zone, crystal stresses occur again, which increases the service life shorten the laser.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtemittierende Festkörpervorrichtung der einleitend angegebenen Art verfügbar zu machen, bei der zusätzlich zu Kanalisierung des Anregungsstroms ein möglichst hoher Wirkungsgrad und eine möglichst hohe Betriebslebensdauer erreicht werden.It is therefore an object of the present invention to introduce a solid-state light emitting device of FIG specified type to make available, in addition to channeling the excitation current a the highest possible efficiency and the longest possible service life can be achieved.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen 2 bis 6 vorteilhaft weitergebildet.The solution to this problem is characterized in claim 1 and in subclaims 2 to 6 advantageously trained.

Ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Festkörpervorrichtung ist im Patentanspruch 7 gekennzeichnet und in den Unteransprüchen 8 und 9 vorteilhaft weitergebildet.A method for producing a solid state device according to the invention is set out in claim 7 characterized and advantageously further developed in the dependent claims 8 and 9.

Da bei der erfindungsgemäßen lichtemittierenden Festkörpervorrichtung die Einschnürzonen im Substrat durch Ätzen und Auffüllen mit einer schwach dotierten epitaktischen Schicht gebildet werden, ist bei den Temperaturen, die zur epitaktischen Züchtung der Schichten des lichtemittierenden Laserteüs verwendet werden, eine die Lasereigenschaften beeinträchtigende Ausdiffusion von Dotierstoffen vermieden. Da sich die Schichten des lichtemittierenden Laserteils über den Bereich der Oberflächen von Mesateil und Einschnürzonen erstrecken und weder seitlich noch oberflächlich mit einer Isolierschicht bedeckt werden, treten die Betriebslebensdauer des Lasers verringernde Kristallspannungen nicht auf.Since, in the solid-state light-emitting device according to the invention, the constriction zones in the substrate formed by etching and filling with a lightly doped epitaxial layer is at the temperatures used for epitaxial growth of the layers of the light-emitting laser part an outdiffusion of dopants which adversely affects the laser properties is avoided. As the layers of the light emitting laser part spread over the area of the surfaces of the mesa part and constriction zones extend and neither laterally nor superficially covered with an insulating layer crystal stresses that reduce the service life of the laser do not occur.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeig;In the following, embodiments of the invention are explained in more detail with reference to drawings. It shows;

Fig. 1 einen Querschnitt eines Halbleiterlasers,1 shows a cross section of a semiconductor laser,

Fig. 2 a—2 f jeweils im Querschnitt die verschiedenen Schritte bei der Herstellung eines Halbleiterlasers nach Fig. 1 undFIGS. 2a-2f each show the various in cross section Steps in the manufacture of a semiconductor laser according to FIGS. 1 and

Fig. 3 an Hand eines Diagramms die Lasereigen-Fig. 3 on the basis of a diagram the laser properties

schäften eines Halbleiterlasers nach Fig. 1 (Kurve I) im Vergleich zu denen eines bekannten Halbleiterlasers (Kurve II).shafts of a semiconductor laser according to Fig. 1 (curve I) compared 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-ge- ^r> ätzt ist, so daß ein mittlerer Mesa-Bereich 11 streifenförmiger Gestalt entsteht. Die bei der Mesa-Ätzung entstandenen Ausnehmungen werden durch Einschnürzonen 2 bildende Kristallbereiche mit höherem spezifischen Widerstand als das Substrat 1 ausgefüllt, ι ο Die Einschnürzonen 2 bestehen beispielsweise aus Ga,__xAl_xAs-Kristall mit 0<x<l. Der Mesa-Bereich 11 und die Einschnürzonen 2 werden derart bearbeitet, daß die Oberflächen von Mesa-Bereich 11 und Einschnürzonen 2 miteinander fluchten. Dann wer- i^r> den eine η-leitende Ga₀₇Al₀₃As-Zone 3, eine p-leitende GaAs-Aktivzone 4, eine p-leitende Ga₀₇Al₀₃As-ZOnC 5 und eine ρ⁺-leitende GaAs-Zone 6 in dieser Reihenfolge auf den fluchtenden Oberflächen von Mesa-Bereich 11 und Einschnürzo- 2« nen 2 aufgebracht. Anschließend wird eine n-leitende G*,__fAl_fAs-(0<y<l)-Zone 7 mit einer öffnung 71 aufgebracht, wobei diese öffnung 71 etwa die gleiche Streifenform wie der Mesa-Bereich 11 besitzt. Schließlich wird auf dieser Zone 7 eine Metallelektrode 8 aufgebracht, die im Bereich der öffnung 71 mit der ρ⁺-leitenden Ga As-Zone 6 elektrischen Kontakt herstellt. Zwischen der ρ """-leitenden Zone 6 und der darauf aufgebrachten η-leitenden Zone 7 entsteht eine p-n Sperrschicht, so daß die Zone 7 als Isolier- JO schicht gegenüber der Elektrodenschicht 8 dient. Die streifenförmige öffnung 71 liegt der Oberfläche des Mesa-Bereichs 11 gegenüber, und die Zonen 3, 4, 5 und 6 liegen dazwischen. Der Laserstrom wird von der oberen Metallelektrode 8 zu einer Bodenmetallelektrode 9 geführt.According to Fig. 1, the semiconductor laser shown here, a substrate 1 is made of GaAs, the mesa-Ge ^r> is etched, so that a central mesa region 11 is formed of strip-like shape. The recesses resulting from the mesa etching are filled by crystal regions forming constriction zones 2 with a higher specific resistance than the substrate 1, ι o The constriction zones 2 consist, for example, of Ga, _ _x Al _x As crystal with 0 <x <1. The mesa area 11 and the constriction zones 2 are machined in such a way that the surfaces of the mesa area 11 and the constriction zones 2 are flush with one another. Then advertising i ^r> to a η-type Ga ₀₇ Al ₀₃ As-Zone 3, a p-type GaAs active region 4, a p-type Ga ₀₇ Al ₀₃ As-ZOnC 5 and a ρ ⁺ -type GaAs zone 6 applied in this order to the aligned surfaces of mesa area 11 and constriction zones 2. Subsequently, an n-type G *, _ _f Al _f As- (0 <y <l) zone 7 is applied with an opening 71, this opening 71 is about the same stripe shape as the mesa region 11 has. Finally, a metal electrode 8 is applied to this zone 7, which makes ^{electrical contact with the ρ +} -conducting Ga As zone 6 in the area of the opening 71. A pn barrier layer is created between the ρ """conductive zone 6 and the η-conductive zone 7 applied to it, so that the zone 7 serves as an insulating layer with respect to the electrode layer 8. The strip-shaped opening 71 lies on the surface of the mesa. Opposite area 11, and in between the zones 3, 4, 5 and 6. The laser current is guided from the upper metal electrode 8 to a bottom metal electrode 9.

Bei dem vorliegenden Laser besitzen sowohl die wirksame Kontaktfläche 72 der Metallelektrode als auch der Mesa-Bereich 11 des Substrates eine schmale Streifenform. Daher ist das elektrische Feld im Inneren des Lasers sehr eng konzentriert. Deshalb ist auch der Strom in der aktiven Zone 4 auf einen schmalen Streifenbereich 41 konzentriert, und hierdurch wird der Wirkungsgrad des Lasers wesentlich verbessert.In the present laser both have the effective contact area 72 of the metal electrode the mesa area 11 of the substrate also has a narrow strip shape. Hence the electric field is inside of the laser is very tightly concentrated. Therefore, the current in the active zone 4 is also small Stripe area 41 is concentrated, and this significantly improves the efficiency of the laser.

Beim vorliegenden Laser sind die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Schichten vom Substrat bis zur Isolationszone 7 einschließlich der aktiven Zone 4 nahezu gleich, und die aktive Zone 4 ist nicht mit irgendwelchen unerwünschten Verfahren behandelt worden, beispielsweise mit einer Mesa-Ätzung so oder einer thermischen Oxydation. Es besteht deshalb keine Gefahr irgendwelcher Spannungen, welche die aktive Zone 4 erreichen könnten, so daß eine Verschlechterung des Laserverhaltens ausgeschlossen ist.In the case of the present laser, the thermal expansion coefficients of the layers are from the substrate almost the same up to the isolation zone 7 including the active zone 4, and the active zone 4 is not has been treated with any undesirable process, for example with a mesa etch so or thermal oxidation. There is therefore no risk of any tension that could cause the could reach active zone 4, so that a deterioration in the laser behavior is excluded.

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 (lOO)-orientiertem Te-angereichertem nleitendem GaAs-Kristall mit einer Störstellenkonzentration von 2 X lO'⁸cm"'¹. Wie Fig. 2a zeigt, wird eine bo SiO₂-Schicht mit einer Dicke von etwa 5000 A ( = 0,5 μπι) auf dem GaAs-Substrat 1 aufgebracht und durch ein bekanntes photochemisches Verfahren mit einem Muster aus Streifen 20 mit einer Breite von etwa 10 (im und mit einem Abstand von 250 μιη in der (110)- b5 Richtung des Substratkristalls versehen. Dann wird mit Hilfe dieser als Ätzmaske dienenden SiO₂-Streifen 20 das n-!eitcnde GaAs-Substrat 1 mesaförmig geätzt.The substrate 1 serving as the starting material consists of (100) -oriented Te-enriched conductive GaAs crystal with an impurity concentration of 2 × 10 ⁸ cm " ^1. As FIG. 2a shows, a bo SiO ₂ layer with a thickness of about 5000 A (= 0.5 μm) on the GaAs substrate 1 and applied by a known photochemical process with a pattern of strips 20 with a width of about 10 (in and with a distance of 250 μm in the (110) Then, with the aid of these SiO ₂ strips 20 serving as an etching mask, the n-emitting GaAs substrate 1 is etched in a mesa shape.

Als Ätzflüssigkeit wird eine Mischung aus Schwefelsäure, Wasserstoffsuperoxid und Wasser in einem Volumenverhältnis von 8:1:1 verwendet. Das GaAs-Substrat 1 wird durch diese Ätzflüssigkeit bei etwE 60° C drei Minuten lang geätzt, und hierdurch entsteht eine Ätztiefe von etwa 6 μπι. Auf diese Weise wird das Substrat 1 im Sinne der Fig. 2b mesaförmig geätzt. Dann werden gemäß Fig. 2c die die Einschnürzonen bildenden GaAs-Kristallzonen 2 mit einem spezifischen Widerstand, der höher als der des Substrats 1 ist, in die Ausnehmungen 12 eingebracht die durch die Mesa-Ätzung entstanden sind, und zwai in einer Weise, daß die Oberflächen der GaAs-Kristallzonen 2 mit den Oberflächen der Mesa-Zonen 11 fluchten. Die Oberflächen der Zonen 2 und 11 werder dann poliert, so daß eine spiegelartige ebene Oberfläche entsteht. Die Ausbildung der Einschnürzonen erfolgt vorzugsweise durch ein Verfahren zum epitaktischen Züchten aus der Dampfphase durch thermische Zersetzung eines Gemisches aus Trimethylgallium (Ga(CHj)₃) und Arsenwasserstoff (AsH₃), und zwai wiederum unter Verwendung der obenerwähnter SiO₂-Schicht als Maske. Empirische Daten zeigen, daC bei einer Temperatur von 630° C für die thermische Zersetzung ein spezifischer Widerstand bis zu 10' Qcm erzeugt werden kann. Für die Einschnürzonen 2 kann auch ein Mischkristall aus GaAIAs benutzt werden; im allgemeinen wird hierfür Ga,__xAl_xAs mii 0<jc</ verwendet. Um die Spannungen im Bereich der Einschnürzonen 2 herabzusetzen, und damit auch die Spannungen in der aktiven Zone 4, die auf die Spannungen in den Einschnürzonen 2 zurückzuführer sind, ist es vorteilhaft, den epitaktischen Wachstumsprozeß so zu steuern, daß die Größe χ einen Gradienten aufweist, der im Bodenbereich (wo die Einschnürzonen 2 das Substrat 1 berühren) den Wert jc = Ounc an der Oberfläche (wo die Einschnürzonen 2 die n-Ga₀₇Al_{0 3}-As-Zone 3 berühren) den Wert χ = 0,3 aufweist. Die SiO₂-Schichten 20 werden anschließend durch ein bekanntes Verfahren wieder entfernt.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 μm. In this way, the substrate 1 is etched mesa-shaped in the sense of FIG. 2b. Then, as shown in FIG. 2c, the GaAs crystal zones 2 forming the constriction zones with a specific resistance which is higher than that of the substrate 1 are introduced into the recesses 12 which have arisen by the mesa etching, and in such a way that the Surfaces of the GaAs crystal zones 2 are flush with the surfaces of the mesa zones 11. The surfaces of zones 2 and 11 are then polished to create a mirror-like flat surface. The constriction zones are preferably formed by a method for epitaxial growth from the vapor phase by thermal decomposition of a mixture of trimethylgallium (Ga (CHj) ₃ ) and arsine (AsH ₃ ), and again using the above-mentioned SiO ₂ layer as a mask. Empirical data show that a specific resistance of up to 10 Ωcm can be generated for thermal decomposition at a temperature of 630 ° C. A mixed crystal made of GaAIAs can also be used for the constriction zones 2; in general, Ga, _ _x Al _x As mii 0 <jc </ is used for this. In order to reduce the stresses in the area of the constriction zones 2, and thus also the stresses in the active zone 4, which can be attributed to the stresses in the constriction zones 2, it is advantageous to control the epitaxial growth process so that the size χ has a gradient , which in the bottom area (where the constriction zones 2 touch the substrate 1) the value jc = Ounc at the surface (where the constriction _{zones 2 touch the n-Ga 07} Al _{0 3} -As zone 3) the value χ = 0.3 . The SiO ₂ layers 20 are then removed again by a known method.

Anschließend werden gemäß Fig. 2d die n-Ieitende Ga_{0 7}A1_{O 3}As-Zone 3, die p-leitende GaAs-Zone 4 die p-leitende Ga_{0 7}A1_O3 As-Zone 5 und die ρ⁺-leitende GaAs-Zone έ durch aufeinanderfolgendes epitaktisches Niederschlagen auf und über den spiegelpolierten fluchtenden Oberflächen des Substrates 1 und der Einschnürzonen 2 hergestellt. Dann wird die η-leitende Ga, ALAs-Zone 7 (0<y<l) auf dei Zone 6 hergestellt. Die streifenförmigen öffnunger in der Zone 7 werden durch ein bekanntes Photo-Ätzverfahren hergestellt, so daß in diesen Bereicher die darunterliegende Zone 6 freiliegt. Da die Zone T und die Zone 6 zusammen eine HeteroStruktur bilden können die freiliegenden Teile der Zone 7 nur durch heiße Orthophosphorsäure weggeätzt werden, welch« die darunterliegenden Zonen 6 unbeeinflußt läßt Anschließend werden die obere Metallelektrode ί und die Bodenmetallelektrode 9 derart aufgebracht daß sowohl die gesamte Oberfläche als auch die gesamte Bodenfläche abgedeckt ist. Hierzu wird ein bekanntes Metall-Aufdampfverfahren angewendet. Damit ist eine Scheibe nach F i g. 2 e fertig. Diese Scheibe wird dann geritzt und längs der Schnittlinien, die ir Fig. 2e strichpunktiert eingezeichnet sind, in einzelne Teile zerschnitten, von denen eines in Fig. 2f dargestellt ist.Then, according to FIG. 2d, the n-conducting Ga _{0 7} A1 _{O 3} As zone 3, the p-conducting GaAs zone 4, the p-conducting Ga _{0 7} A1 _O3 As zone 5 and the ρ ⁺ -conducting GaAs Zone έ produced by successive epitaxial deposition on and over the mirror-polished aligned surfaces of the substrate 1 and the constriction zones 2. Then the η-conductive Ga, ALAs zone 7 (0 <y <1) is produced on the zone 6. The strip-shaped openings in the zone 7 are produced by a known photo-etching process, so that the zone 6 below is exposed in this area. Since zone T and zone 6 together form a heterostructure, the exposed parts of zone 7 can only be etched away by hot orthophosphoric acid, which leaves the underlying zones 6 unaffected Surface as well as the entire floor area is covered. A known metal vapor deposition process is used for this purpose. A disk according to FIG. 2 e done. This disk is then scored and cut into individual parts along the cutting lines which are shown in dash-dotted lines in FIG. 2e, one of which is shown in FIG. 2f.

In Fig. 3 zeigt die Kurve I die Kennlinie eines nach dem in Fig. 2 erläuterten Verfahren hergestellten La-In Fig. 3, the curve I shows the characteristic of a after the La-

se rs und Kurve II die Kennlinie eines bekannten Streifen-Lasers mit einer SiO,-Schicht zur Kontaktelektrodenisolation. Die Schwellenwertstromdichte wird sehr stark beeinflußt durch die Dicke der vier Schichten 1, 3, 4 und 5, durch weiche die doppelte Hetcrostruktur gebildet ist, und um beispielsweise Kurven nach Fig. 3 zu erhalten, müssen deshalb von vier Schichten entsprechende ausgewählt werden, die gleiche Dicke besitzen. In dem Diagramm ist die Schwellenwertstromdichte in Abhängigkeit von der Streifenbreite aufgetragen. In dem Beispiel nach Fig. 3 ist die Dicke der aktiven Zone 4 0,2 μιη. Fig. 3 zeigt ferner, daß der beschriebene Halbleiterlaser einen geringeren Schwellenwertstrom für eine Laserabstrahlung besitzt als eines bekannten Streifen-Lasers, was insbesondere für schmalere Streifenbreiten gilt. Dies kann damit erklärt werden, daß bei der bekannten Struktur der von der Streifenelektrode injizierte Strom vor Erreichen der aktiven Zone weit streut; und die Stromflußbreitc in der aktiven Zone ist bei einer Streifenbreite von H) μιη im allgemeinen etwa 1,5- bis 3mal so groß wie die Breite der Streifenelektrode. Wegen der strcifenförmigen Kontaktfläche der Elektrode 72 und des streifenförmigen Mesabereiehs 11, die zu beiden Seiten, nämlich auf der Ober- und Unterseite, der aktiven Zone 4 liegen, wird der Stromse rs and curve II the characteristic of a known stripe laser with a SiO, layer for contact electrode insulation. The threshold current density becomes strongly influenced by the thickness of the four layers 1, 3, 4 and 5, due to the double Hetcrostructure is formed, and in order to obtain curves according to FIG. 3, for example, must therefore of four Layers are selected corresponding to have the same thickness. In the diagram is the Threshold current density plotted as a function of the strip width. In the example after Fig. 3 is the thickness of the active zone 4 0.2 μm. Fig. 3 also shows that the semiconductor laser described has a lower threshold value current for laser emission possesses as a known stripe laser, which applies in particular to narrower stripe widths. This can be explained by the fact that in the known structure, the injected from the strip electrode Current widely spreads before reaching the active zone; and the current flow width in the active zone is at a strip width of H) μιη generally about 1.5 to 3 times as large as the width of the strip electrode. Because of the strip-shaped contact surface of the electrode 72 and the strip-shaped mesa region 11, which are on both sides, namely on the top and bottom, of the active zone 4, the current

'< sehr stark in der aktiven Zone 4 konzentriert. '< very concentrated in active zone 4.

Weitere Vorteile des beschriebenen Lasers sind eine lange Betriebslebensdaucr und sehr stabile Eigenschaften. Aus den Fig. 2a bis 2f ergibt sich, daß die Gitterkonstanten von Mesabereich 11 und Ein-Further advantages of the laser described are a long service life and very stable properties. From Fig. 2a to 2f it can be seen that the lattice constants of mesa region 11 and one

i<> schnürzonen 2 einander gleich sind und daß daher in diesen Zonen im wesentlichen keine Kristallspannungen auftreten. Auch die Gitterkonstanten der n-leitenden Ga₍__v Al AS-Zone 7 und der unmittelbar darunterliegenden ρ * -leitenden GaAs-Zone 6 sind imi <> lacing zones 2 are equal to each other and that therefore essentially no crystal stresses occur in these zones. The lattice constants of the n-conducting Ga ₍ _ _v Al AS zone 7 and the ρ * -conducting GaAs zone 6 immediately below it are also in

r> wesentlichen gleich gewählt. Es besteht daher keine Gefahr, daß in der aktiven Zone 4 Spannungen auftreten. Wegen des Fehlens solcher Spannungen sind die stabilen Eigenschaften auch über eine lange Zeit gegeben. Durch empirische Versuche wurde fcst-r> chosen essentially the same. There is therefore none Danger of voltages occurring in the active zone 4. Because of the absence of such tensions are the stable properties are also given over a long period of time. Empirical experiments

2(i gestellt, daß ein Laser nach Fig. 1 beispielsweise die doppelte Lebensdauer eines bekannten Lasers besitzt. 2 (i put that a laser according to Fig. 1, for example has twice the life of a known laser.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A light-emitting solid state device, which is connected to a light-emitting in charge carrier injecting portion on a substrate having a narrow strip-shaped mesa portion bordered by a pair Einschnürzonen which align its side facing away from the substrate surface with the mesa surface with respect to and the flow of current between the substrate and light-emitting part Narrow the mesa region, which light-emitting part has a heterostructure and at least two epitaxially grown semiconductor crystal zones of different conductivity types, to which a light-emitting active zone, an adjacent zone and a light-emitting pri-junction located in between belong, with a semiconductor insulating layer that creates the electrical contact between the substrate remote surface of the light-emitting part and the electrode layer located on this surface is limited to a strip-shaped part, the geometry of which is essentially coincides with the strip shape of the mesa region, characterized in that the constriction zones (2) are epitaxial layers grown around the mesa region (11) of the substrate (1) which have a higher specific resistance than the mesa region (11) brought about by a low dopant concentration, that the insulating layer is formed by an epitaxially grown layer (7) on the surface of the light-emitting part (3 to 6) facing away from the substrate, the conductivity type of which is opposite to that of the layer (6) below and which has a strip-shaped opening (71) with a geometry , which essentially corresponds to that of the mesa area (11), for the electrical contact (72) between the light-emitting part and the electrode layer (8) in this strip area, and that all layers (3 to 6) of the light-emitting part over the entire area the aligned surfaces of the mesa area (11) and constriction zones (2) extend.

2. Device according to claim 1, characterized in that the constriction zones (2) are formed by a compound of groups III- V of the periodic table.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the constriction zones (2) are made of GaAS or GaAlAs.

4. Device according to one of claims 1 to

3, characterized in that the semiconductor insulating layer (7) consists of GaAIAs.

5. Device according to one of claims 1 to

4, characterized in that the heterostructure has a GaAs-GaAlAs junction.

6. Device according to one of claims 1 to

5, characterized in that the light-emitting part is a double heterostructure of GaA-IAS-GaAs-GaAlAs having.

7. A method for producing a solid-state device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the strip-shaped mesa region consists of a surface of the substrate (1)

(11) is etched free that the recesses created next to the mesa area (11) for formation the constriction zones (2) with semiconductor material, the specific resistance of which is higher than the of the mesa area is to be filled in such that the surfaces of the mesa area and constriction zones align that then over the entire width of the surfaces of mesa region (11) and Constriction zones (2) the layers (3 to 6) of the light-emitting part are grown epitaxially be that on the top layer (6) of the light-emitting part a layer (7) with a Conductivity type opposite to that of the top layer (6) of the light emitting part is, is deposited epitaxially that thereupon the last grown layer (7) with the strip-shaped opening (71) is provided, and that finally on the surface of the last grown layer (7) and in its strip-shaped opening (71) a metallic electrode layer (8, 72) is knocked down.

8. The method according to claim 7, characterized in that the constriction zones (2) through epitaxially growing a lightly doped semiconductor layer from the vapor phase will.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized in that the semiconductor zones through formed a combination of epitaxial growths of GaAs and GaAlAs crystal layers will.