DE2627355C3 - Solid state light emitting device and method for making the same - Google Patents
Solid state light emitting device and method for making the sameInfo
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Description
Die Erfindung betriffi eine lichtemittierende Festkörpervorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren /u deren Herstellung.The invention relates to a solid state light emitting device according to the preamble of claim 1 and a method / u their production.
•in Durch bekannte Doppelheterosmikturlascr ist es möglich, eine Laserstrahlung auch bei Raumtemperatur zu ermöglichen, und solche Halbleiterlaser werden deshalb fur den praktischen Gebrauch immer interessanter. Solche bekannten Doppelheterostruktur-• It is known in by double heterosclerosis possible to enable laser radiation even at room temperature, and such semiconductor lasers become therefore more and more interesting for practical use. Such known double heterostructure
4j Halbleiterlaser bestehen meist aus einer n-leitcndcn Ga, , Al, As-Zone, einer p-leitenden GaAs-Zone und einer p-Ieitendcn Ga, ,Al.As-Zone, die nacheinander auf einem Substrat aus einem n-Ieitenden GaAs-Kristall aufgebaut sind. Bei diesen bekannten HaIbleiterelementen flieflt der Strom von der p-lcitenden Ga, ,AI,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.4j semiconductor lasers usually consist of an n-conductor terminal Ga,, Al, As zone, a p-type GaAs zone and a p-type Ga,, Al.As zone, successively on a substrate made of an n-conducting 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 carriers and the light are concentrated in the GaAs active region, a thin one Zone which is arranged perpendicular to the direction of the current.
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 Laserabstr ahlung herabgesetzt und ein Betrieb mit geringerem Ström niögich ist (Beil Laboratories Record, Bd, 49 [1971], Nr. 10, S- 299^304), Bei diesen bekanntenThere 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 Current is not possible (Beil Laboratories Record, Vol, 49 [1971], No. 10, S-299 ^ 304), in these known
Halbleiterlaser^ werden die Ladungsträger und auch dasi Licht in einem schmalen Streifenbereich konzentriert. Auch bei diesen bekannten Streifen-Halblei' tefläserii tritt immer noch eine mehr oder wenigerSemiconductor lasers, the charge carriers and also the light are concentrated in a narrow strip area. Even with these known strip semiconductors, a more or less occurs
starke Streuung des Stromes innerhalb der Aktivzone auf, die nicht vernachlässigt werden kann, und der Schwellenwertstram wird nicht wesentlich herabgesetzt, selbst wenn die Breite des Streifens sehr schmal gewählt wird. Bei solchen Streifen-Halbleiterlasern ist wegen der Isolierschicht aus beispielsweise SiO, oder Si3N4 auf der Oberfläche des Halbleiterplättchens 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 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, which cannot be neglected, and the threshold value current is not significantly reduced, even if the width of the strip is chosen to be very narrow. With such strip semiconductor lasers, due to the insulating layer made of, for example, SiO 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 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 1 802618 äst eine Injektionslaserdiode mit Homcistruktur bekannt, bei der zur 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 Berührung 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 einen Hauptoberfläche der beiden Scheibchen die eine dotierte Halbleiterzone und dann auf der anderen Hauptoherflache der beiden Scheibchen die andere dotierte Halbleiiterzone aufgebracht wird. Um einerseits zufriedenstellende Lasereigenschaften zu erhalten und andererseits die Herstellungsstreuungen von Laserdiode zu Laserdiode in vertretbaren Grenzen zu halten, müssen die beiden Scheibchen mit Intrinsikleitfähigkeit in rnikrokopischem Maßstab unter Einhaltung sehr enger Toleranzgrenzen ausgerichtet, festgehalten und mit den dotierten Halbleiterzonen versehen weiden. Dies ist nicht nur eine komplizierte, zeitraubende und hohes Geschick erfordernde Herstellungsmethode, sondern auch eine Methode, die zur Massenproduktion kaum geeignet ist.An injection laser diode is known from DE-OS 1 802618 Known with Homci structure, in which a constriction is used to reduce the threshold value current of the laser current is achieved in that between the forming the light-emitting junction Semiconductor zones with p or η conductivity an intrinsic layer is formed, which has a has a narrow gap in which there is direct contact between the p- or η-conducting semiconductor zone is possible. Such a laser diode is made by placing two wafers with intrinsic conductivity underneath Maintaining the narrow gap are kept close to each other and that only then on the one main surface of the two wafers, one doped semiconductor zone and then on the other Main surface of the two wafers, the other doped semiconductor zone is applied. To the one hand to obtain satisfactory laser properties and, on the other hand, the manufacturing variability of To keep laser diode to laser diode within acceptable limits, the two disks must have intrinsic conductivity Aligned on a microscopic scale in compliance with very narrow tolerance limits, held and provided with the doped semiconductor zones. This is not just a complicated one, time-consuming and highly skillful manufacturing method, but also a method that is used for Mass production is hardly suitable.
Aus der DE-OS 2 137 8M2 ist ein Heterostruktur-Halbleitcrlaser 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 Leitfahigkeitstyp demjenigen des nichtdiffundierten Substratteils entgegengesetzt ist. Diese Einschnurzonen bilden zusammen mit dem nichtdiffundierten Substrat einen gesperrten pnübergang, so daß der vom Substrat in den lichtcmittierenden Teil des Lasers injizierte Strom auf den nichtdiffundierten Streifenteil begrenzt ist. Um die kanalformige Begrenzung des Laserstroms zu verbessern, werden die auf das diffundierte Substrat aufgewachsenen Schichten des lichtemittierenden Laserteils außerhalb des Bereichs, der über dem streifenförmigen nichtdSffundierten Teil des Substrats liegt, abgeätzt, möglicherweise bis in das Substrat hinein. Danach werden die durch das Ätzen entstandenen Oberflächen mit einer Schutzschicht versehen, die eir.cn kleineren Brechungsindex aufweist als die nach dem Ätzen übriggebliebene aktive Zone des lichtemittierenden Lasertejls. Die oberste Schicht des geätzten, lichtemittierenden Laserteils wird dann auf Metallelekiroden gesetzt.DE-OS 2 137 8M2 discloses a heterostructure semiconductor laser according to the preamble of the claim 1 known, in which a constriction of the laser current on a current channel is achieved wird.daß 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 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 limitation of the laser current, become the layers of the laser light-emitting part grown on the diffused substrate outside of the area above the strip-shaped The unaffected part of the substrate lies, etched off, possibly down to the substrate. Afterwards, the surfaces created by the etching are provided with a protective layer that eir.cn has a smaller refractive index than the active zone of the light-emitting which remains after the etching Laser devices. The top layer of the etched, laser light emitting part is then applied Metal electrodes set.
Da die Einschnürzonen einen LeitfähigkeitstypSince the constriction zones have a conductivity type
ί aufweisen müssen, der demjenigen des Substrats entgegengesetzt ist, ist zu einer solchen Umdotierung eine Diffusion mit hoher Dotierstoffkonzentration erforderlich. Dies hat zur Folge, daß bei den nachfolgenden Erwärmungen zur Erzeugung der Schichten desί must be opposite to that of the substrate is, a diffusion with a high dopant concentration is necessary for such a redoping. This has the consequence that in the subsequent heating to generate the layers of the
in 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 Aus-outdiffusion in the light-emitting laser part the diffused constriction zones up to the active zone can occur. Such an unintentional Diffusion of the active zone affects the laser behavior. In order to avoid such unintentional
Ii diffusion 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 a.iiehmbaren Wirkungsgrad erzielen will. Die beim Aujdiffundieren entstehende Diffusionsfront in der aktiven Zone istTo prevent diffusion into the active zone, the the layer of the heterostructure located between the substrate and the active zone is made relatively thick, which increases the internal resistance of the laser and thus reduces the laser efficiency leads. The layer between the substrate and the active zone can therefore hardly or not at all be thicker can be made if you want to achieve an acceptable level of efficiency. The one when the Auj diffuses resulting diffusion front is in the active zone
ji jedoch nicht glatt und flach, sondern sehr unregelmäßig und rauh, was wiederum die Lasereigenschaften beeintrE .htigt, insbesondere die Stabilität des in der Regel gewünschten Einzelmodenbetnebs. Da auch Teile der aktiven Zone abgeatzt und mit der Schutz-ji, however, is not smooth and flat, but very irregular and rough, which in turn affects the laser properties, in particular the stability of the Usually desired single mode operation. Since parts of the active zone are also etched off and with the protective
i'i schicht versehen werden, deren Gitterkonstante anders als die der aktiven Zone ist, treten wieder Kristallspannungen auf. welche die Betriebslebensdauer des Lasers verkürzen.i'i layer are provided whose lattice constant is different than that of the active zone, crystal stresses occur again. which is the service life shorten the laser.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung.It is therefore the object of the present invention.
r. 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.r. a solid-state light emitting device of the introductory 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.
4M Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch I gekennzeichnet und in den Unteransprüchen 2 bis (i vorteilhaft weitergebildet.4M The solution to this problem is in claim I. characterized and further developed in the subclaims 2 to (i).
E.η Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Festkörpervorrichtung ist im Patentanspruch 7E.η method for the preparation of an inventive Solid state device is in claim 7
4i gekennzeichnet und in den Unteransprücnen 8 und 9 vorteilhaft weitergebildet.4i and in the subclaims 8 and 9 advantageously trained.
Da bei der erfindungsgemäßen lichtemittierenden Festkörpervorrichtung die Einschnürzonen im Substrat durch Ätzen und Auffüllen mit einer schwachSince, in the solid-state light-emitting device according to the invention, the constriction zones in the substrate by etching and filling with a weak
so dotierten epitaktischen Schicht gebildet werden, ist bei den Temperaturen, die zur epitaktischen Züchtung der Schichten des lichtemittierenden Laserteils verwendet werden, eine die Lasereigenschaften beeinträchtigende Ausdiffusion von Dotierstoffen vermie-so doped epitaxial layer are formed is at the temperatures necessary for epitaxial growth of the layers of the laser light-emitting part are used, a deterioration in the laser properties Outdiffusion of dopants
π den. Ha sich die Schichten des lichtemittierenden Laserteils über den Bereich der Oberflächen von Mesateil und Einschnitzonen erstrecken und w^der seitlich noch oberflächlich mit einer Isolierschicht bedeckt werden, treten die Betriebslebensdauer des Lasers verringernde Kristallspannungen nicht auf. π den. If the layers of the light-emitting laser part extend over the area of the surfaces of the mesa part and the incised zones and if the sides are still superficially covered with an insulating layer, crystal stresses which reduce the service life of the laser do not occur.
Im folgenden wurden Ausführungsformen der Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtIn the following, embodiments of the invention were explained in more detail with reference to drawings. It shows
Fig, 1 einen Querschnitt eines Halbluiterlasers,1 shows a cross section of a half-length laser,
FTg, 2 a-2f jeweils im Querschnitt die Verschiedenen Schritte bei der Herstellung eines Halbleiterlasers nach Fig, 1 undFTg, 2 a-2f each in cross section the different steps in the manufacture of a semiconductor laser according to Fig, 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. t (Kurve 1) im Vergleich zu denen eines bekannten Halbleiterlasers (Kurve II).shafts of a semiconductor laser according to Fig. t (curve 1) compared to those of a known semiconductor laser (curve II).
Nach Fig. 1 besteht der hier dargestellte Halbleiterlaser aus einem Substrat 1 aus GaAs1 das Mcsa-geätzt ist, so daß ein mittlerer Mesa-Bercich 11 streifenförmigcr Gestalt entsteht. Die bei der Mcsa-Ätzung entstandenen Ausnehmungen werden durch Einschnürzonen 2 bildende Kristallbereiche niit höherem spezifischen Widerstand als das Substrat 1 ausgefüllt. Die Einschnürzonen 2 bestehen beispielsweise aus Ga, ,Al.As-Kristall mit ()<*<*/. Der Mesa-Dereich 11 und die Einschiiürzoncn 2 werden derart bearbeitet, daß die Oberflächen von Mesa-Bercich 11 und Einschnürzonen 2 miteinander fluchten. Dann werden eine n-Icitcnde Gan ,AI,, ,As-Zone 3, eine p-lcitende GaAs-Aklivzone 4, eine p-lcitende Ga07AI0, As-Zone 5 und eine ρ'-leitende Ga As-Zone 6 in dieser Reihenfolge auf den fluchtenden Oberflächen von Mesa-Bercich 11 und Einschnürzonen 2 aufgebracht. Anschließend wird eine n-lcitcnde Ga, vAlvAs-(()<>'</)-Zone 7 mit einer öffnung 71 aufgebracht, wobei diese öffnung 71 etwa die gleiche Sireifenform wie der Mcsa-Bcrcich 11 besitzt. Schließlich wird auf dieser Zone 7 eine Metallelektrode 8 aufgebracht, die im Bereich der öffnung 71 mit der ρ * -leitenden GaAs-Zotie 6 elektrischen Kontakt herstellt. Zwischen der ρ'-leitenden Zone 6 und der darauf aufgebrachten n-lcitcndcn /*<··!«; 7 entsteht eine p-n Sperrschicht, so daß die Zone 7 als Isolierschicht gegenüber der Elektrodenschicht 8 dient Die streifenförmige öffnung 71 liegt der Oberfläche des Mesa-Bcreichs 11 gegenüber, und die Zonen 3. 4. 5 und 6 liegen dazwischen. Der Laserstrom wird von der oberen Metallelektrode 8 zu einer Bodenmctallelektrode 9 geführt.According to FIG. 1, the semiconductor laser shown here consists of a substrate 1 made of GaAs 1 which is Mcsa-etched so that a central mesa area 11 is formed in a strip-like shape. The recesses formed during the Mcsa etching are filled by crystal regions that form constriction zones 2 and have a higher specific resistance than the substrate 1. The constriction zones 2 consist, for example, of Ga,, Al.As crystal with () <* <* /. The mesa area 11 and the constriction zone 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 there are an n-icing Ga n , Al 1, As zone 3, a p-icing GaAs active zone 4, a p-icing Ga 07 Al 0 , As zone 5 and a ρ'-conducting Ga As zone 6 applied in this order to the aligned surfaces of mesa area 11 and constriction zones 2. Subsequently, an n-inciting Ga, v Al v As - (() <>'</) zone 7 with an opening 71 is applied, this opening 71 having approximately the same tire shape as the Mcsa area 11. Finally, a metal electrode 8 is applied to this zone 7, which makes electrical contact with the ρ * -conducting GaAs zone 6 in the area of the opening 71. Between the ρ'-conductive zone 6 and the n-lcitcndcn / * <··! «; 7 a pn barrier layer is created, so that the zone 7 serves as an insulating layer with respect to the electrode layer 8. The strip-shaped opening 71 is opposite the surface of the mesa area 11, and the zones 3, 4, 5 and 6 lie in between. 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 is also narrow Strip shape. The electric field is therefore very tightly concentrated inside the laser. That's why it is the current in the active zone 4 is concentrated on a narrow strip area 41, and is thereby the efficiency of the laser is significantly improved.
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 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, such as a mesa etch 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. 2zeigt die verschiedenen Schritte bei der Herstellung eines Lasers nach Fig. I.Fig. 2 shows the various steps in manufacture of a laser according to Fig. I.
Das als Ausgangsmaterial dienende Substrat 1 besteht aus (lOO)-orientiertem Te-angereichertem nleitendem GaAs-Kristall mit einer Störstellenkonzentration von 2 X 10lscm~\ Wie Fig. 2azeigt, wird eine SiO,-Schicht mit einer Dicke von etwa 5000 A (=0,5 um) auf dem GaAs-Substrat 1 aufgebracht und durch ein bekanntes photochemisches Verfahren mit einem Muster aus Streifen 20 mit einer Breite von etwa 10 um und mit einem Abstand von 250 μπι in der (110)-Richtung des Substratkristalls versehen. Dann wird mit Hilfe dieser als Ätzmaske dienenden SiO2-Streifen 20 das η-leitende GaAs-Substrat 1 mesaförmiggeätzt.The substrate 1 serving as the starting material consists of (100) -oriented Te-enriched conductive GaAs crystal with an impurity concentration of 2 × 10 ls cm ~ \ As FIG. 2a shows, an SiO, layer with a thickness of about 5000 Å ( = 0.5 μm) applied to the GaAs substrate 1 and provided by a known photochemical process with a pattern of strips 20 with a width of about 10 μm and with a spacing of 250 μm in the (110) direction of the substrate crystal. Then, with the aid of these SiO 2 strips 20, which serve as an etching mask, the η-conductive GaAs substrate 1 is etched in a mesa shape.
Als Ätzflüssigkeit wird eine Mischung aus Schwefelsäure, Wasserstoffsuperoxid und Wasser in einem Vo-Itimchvefhälfnls von 8:1:1 verwendet. Das GaAs-Subslfat 1 wird durch diese Ätzflüssigkeit bei etwa 60° C drei Minuten lang geätzt, und hierdurch entsteht eine Ätztiefe von etwa 6 μηι. Auf diese Weise wird das Substrat 1 im Sinne der Fig. 2b mesaförmig geätzt. Darin werden gemäß Fig. 2c die die Eirischiiürzonefi bildenden GaAs-Kristallzoncn 2 mit einem spezifischen Widerstand, der hoher als der des Substrats 1 ist, in die Ausnehmungen 12 eingebfacht, die durch die Mesa-Ätzung entstanden sind, und zwar In einer Weise, daß die Oberflächen der GaAs-Kristallzonen 2 mit den Oberflächen der Mesa-Zonen 11A mixture of sulfuric acid, Hydrogen peroxide and water are used in a proportion of 8: 1: 1. The GaAs Subslfat 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. According to FIG. 2c, the Eirischiiürzonefi forming GaAs crystal zone 2 with a specific resistance higher than that of the Substrate 1 is embedded in the recesses 12, caused by the mesa etching, in such a way that the surfaces of the GaAs crystal zones 2 with the surfaces of the mesa zones 11
H fluchten. Die Oberflächen der Zonen 2 und Ii werden dann poliert, so daß eine spiegelartige ebene Oberfläche entsteht. Die Ausbildung der Einschniirzonen erfolgt vorzugsweise durch ein Verfahren zum epitaktischen Züchten aus der Dampf|>'iuÄ durch thermischeH cursing. The surfaces of zones 2 and II will be then polished to create a mirror-like flat surface. The formation of the constriction zones takes place preferably by a method of epitaxial growth from the steam by thermal
■to Zersetzung eines Gemisches aus Trimethylgallium ((Ja(CH,),) und Arsenwasserstoff (AsH1). und zwar wiederum unter Verwendung der «benerwähnten SiOj-Schichl als Maske. Empirische Daten zeigen, daß bei einer Temperatur von 630° C für die thermische To decomposition of a mixture of trimethylgallium ((Ja (CH,),) and arsine (AsH 1 ). Again using the above-mentioned SiO1 layer as a mask. Empirical data show that at a temperature of 630 ° C for the thermal
2i Zersetzung ein spezifischer Widerstand bis zu 104 Ωαη erzeugt werden kann. Für die Einschnürzoncn 2 kann auch ein Mischkristall aus GaAIAs benutzt wertlm; im allgemeinen wird hierfür (ia, ,.M1As mit 0<-v<i1 verwendet. Um die Spannungen im Bereich der Einschnurzonen 2 herabzusetzen, und damit auch die Spannungen in der aktiven Zone 4, die auf die Spannungen in den Einschnürzonr?<i Z zurückzuführen sind, ist es vorteilhaft, den epitaktischen Wachstumsprozeß so zu steuern, daß die Größe χ einen Gradienten aufweist, der im Bodenbereich (wo die Einschnürzonen 2dasSubstrat 1 berühren)den Wert χ = 0 und an der Oberfläche (wo die Einschnürzonen 2 die n-Ga07AI1, ,-As-Zone 3 berühren) den Wert ν = 0,3 aufweist. Die SiO,-Schichten 20 werden anschließend durch ein bekanntes Verfahren wieder entfernt.2i decomposition a specific resistance up to 10 4 Ωαη can be generated. A mixed crystal made of GaAIAs can also be used for the constriction zone 2; In general, (ia,, .M 1 As is used for this with 0 <-v <i 1. 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 are related to the stresses in the constriction zone ? <i Z are due, it is advantageous to control the epitaxial growth process so that the size χ has a gradient that in the bottom area (where the constriction zones 2 touch the substrate 1) the value χ = 0 and on the surface (where the constriction zones 2 touching the n-Ga 07 Al 1 , As zone 3) has the value ν = 0.3 The SiO, layers 20 are then removed again by a known method.
Anschließend werden gemäß Fig. 2ddien-leitende Ga07Aln ,As-Zone 3. die p-leitende GaAs-Zone 4. die p-Ieitende Gan ,Aln ,As-Zone 5 und die ρ'-leitende GaAs-Zone 6 durch aufeinanderfolgendes epitaktisches Niederschlagen auf und über den spiegelpolierten fluchtenden Oberflächen des Substrates 1 und der Einschnürzonen 2 hergestellt. Dann wird die n-Ieitende Ga, ,Al As-Zone 7 (()<>> </) auf der Zone 6 hergestellt. Die streifenförmigen öffnungen in der Zone 7 werden durch ein bekanntes Photo-Ätzverfahren hergestellt, so daß in diesen Bereichen die darunterliegende Zone 6 freiliegt. Da die Zone 7 und die Zone 6 zusammen eine HeteroStruktur bilden, können die freiliegenden Teile der Zone 7 nur durch heiße Orthophosphorsäure weggeätzt werden; weiche die darunterliegenden Zonen 6 unbeeinflußt läßt. Anschließend werden die obere Metallelektrode 8 und die Bodenmetallelektrode 9 derart aufgebracht, daß sowohl die gesamte Oberfläche als auch die gesamte Bodenflache abgedeckt ist. Hierzu wird ein bekanntes Metall-Aufdampfverfahren angewendet. Damit ist eine Scheibe nach Fig. 2 e fertig. Diese Scheibe wird dann geritzt und längs der Schnittlinien, die in Fig. 2estrichpunktiert eingezeichnet sind, in einzelne Teile zerschnitten, von denen eines in Fig. 2f dargestellt ist.Then, as shown in FIG. 2, diene-conducting Ga 07 Al n , As zone 3, the p-conducting GaAs zone 4, the p-conducting Ga n , Al n , As zone 5 and the ρ'-conducting GaAs zone 6 produced by successive epitaxial deposition on and over the mirror-polished, aligned surfaces of the substrate 1 and the constriction zones 2. Then, the n-type Ga,, Al As zone 7 (() <>></) is produced on the zone 6. The strip-shaped openings in zone 7 are produced by a known photo-etching process, so that zone 6 below is exposed in these areas. Since zone 7 and zone 6 together form a heterostructure, the exposed parts of zone 7 can only be etched away by hot orthophosphoric acid; soft leaves the underlying zones 6 unaffected. The upper metal electrode 8 and the bottom metal electrode 9 are then applied in such a way that both the entire surface and the entire floor area are covered. A known metal vapor deposition process is used for this purpose. A disk according to FIG. 2 e is thus ready. This disk is then scored and cut into individual parts along the cutting lines which are shown in dash-dotted lines in FIG. 2, one of which is shown in FIG. 2f.
In Fig. 3 zeigt die Kurve Ϊ die Kennlinie eines nach dem in Fig. 2 erläuterten Verfahren hergestellten La-In Fig. 3, the curve Ϊ shows the characteristic of a after the La-
sers und Kurve II die Kennlinie eines bekannten Sffeifen-Lasers mit ejrier SiO2-Schicht zur Kontaktelektrodenisolation. Die Schweilenwertströrndichte Wird sehr stark beeinflußt durch die Dicke der vier Schichten 1, 3, 4 Und 5, durch welche die doppelte HeterostruklUr gebildet ist, und um beispielsweise Kurven nach Fig. 3 zu erhalten, müssen deshalb von vier Seichten entsprechende ausgewählt werden, die gleiche Dicke besitzen. In dem Diagramm ist die Schwellenwertströrndichte in Abhängigkeit von der Stieifehl5reite aufgetragen. In dem Beispiel nach Fig. 3 ist die Dicke der aktiven Zone 4 0,2 Jiirh Fig. 3 zeigt ferner, daß der beschriebene Halbleiterlaser einen geringeren Schweilenwertstrom für eirie Laseräbstrahlung besitzt ais eines bekannten Streifeh-Läsers, was insbesondere für schmalere Streifenbreiteh gilt. Dies kann damit erklärt werden, daß bei der bekannten Struktur der von der Streifenelektrode injizierte -Strom vor Erreichen der aküvsn 5^Qii© weit Rfföuu und die Slromflüßbreite in der aktiven Zone ist bei einer Streifenbreite von 10 μπι im allgemeinen etwa 1,5- bis 3thäl so groß wie die Breite der Streifenelek-Ser and curve II show the characteristic of a known Sffeifen laser with an Ejrier SiO 2 layer for contact electrode insulation. The welding density is very strongly influenced by the thickness of the four layers 1, 3, 4 and 5, by which the double heterostructure is formed, and in order to obtain curves according to FIG Own thickness. In the diagram, the threshold value flow density is plotted as a function of the slope deficit. In the example according to FIG. 3, the thickness of the active zone 4 is 0.2 mm. FIG. 3 also shows that the semiconductor laser described has a lower welding value current for laser radiation than a known stripe laser, which applies in particular to narrower stripe widths. This can be explained by the fact that, with the known structure, the current injected by the strip electrode before reaching the aküvsn 5 ^ Qii © far Rfföuu and the current flow width in the active zone is generally about 1.5 to a strip width of 10 μm 3½ as large as the width of the strip elec-
tfüds. Wegen" der streiferiförmigen Kontaktfläche der Elektrode 72 und des streifenförmigen Mesabereichs 11, die tu beiden Seiten, riänilich auf der Ober- und Unterseite,- der aktiven Zone 4 liegen, wird der Strom sühr stark in der aktiven Zone 4 konzentriert.tfüds. Because "the streiferiförmigen contact surface of the electrode 72 and the strip-shaped mesa 11 which tu both sides riänilich on the top and bottom, - are the active zone 4, the current is Sühr heavily concentrated in the active zone. 4
Weitere Vorteile des beschriebenen Lasers sind eine lange Betriebslebensdauer und sehr stabile Eigenschaften, Aus den Fig. 2a bis 2f ergibt sich, daß die Gitterkonstanten von Mesabcreicli 11 Und Ein-Further advantages of the laser described are a long service life and very stable properties, From Fig. 2a to 2f it follows that the lattice constants of Mesabcreicli 11 and a
ίο schnürzonen 2 einander gleich sind und daß daher in diesen Zonen im wesentlichen keine Kristallspannmv gen auftreten. Auch die Gitterköristantcn der n-Ieiterideh Gai^AI^AS-Zone 7 und der unmittelbar darunterliegenderi p+-leitCnden GaAs-Zorie 6 sind im wesentlichen gleich gewählt. Es besteht daher keiiie 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 fest-ίο lacing zones 2 are equal to each other and that therefore essentially no crystal tensions occur in these zones. The grid spacings of the n-conductorideh Gai ^ AI ^ AS zone 7 and the p + -conducting GaAs zone 6 immediately below are also chosen to be essentially the same. There is therefore no risk of voltages occurring in the active zone 4. Because of the absence of such stresses, the stable properties are also given for a long time. Through empirical tests it was
gestellt, daß ein Laser nach Ftg. 1 beispielsweise die doppelte Lebensdauer eines bekannten Lasers besitzt. 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
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