DE2727793C2

DE2727793C2 - Injektionslaser

Info

Publication number: DE2727793C2
Application number: DE2727793A
Authority: DE
Inventors: Peter Jan de Eindhoven Waard
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-07-02
Filing date: 1977-06-21
Publication date: 1984-01-26
Also published as: US4323856A; ATA462277A; JPS535984A; SE7707538L; DE2727793A1; CA1082341A; AU511164B2; AU2663977A; IT1081121B; JPS5753997B2; AT380131B; SE420551B; BR7704233A; FR2357088B1; CH617540A5; NL7607299A; FR2357088A1; GB1588019A

Description

nung voneinander liegen und die Teilgebiete jeweils eine genügend kleine Breite haben, so daß im Betrieb nur ein einziger Laserstrahl erhalten wird (F ig. 6-8).

3. Injektionslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechten Projektionen der beiden in der Nähe der Spiegelseitenflächen (2, 3) liegenden Enden des streifenförmigen Gebietes auf eine Ebene parallel zu den Spiegelseitenflächen in einer Richtung parallel zu dem pn-Übergang einander nicht überlappen, sondern vöfiig nebeneinanderliegen (F i g. 2).

4. Injektionslaser nach Anspruch 1, 2 oder 3,

dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper ein Halbleitersubstrat (12) enthält, das sich zwischen dem pn-übergang (4) und der zweiten Kontaktelektrode (7) erstreckt, wobei der pn-Obergang und die aktive Schicht (5) sich in einer Richtung parallel zu den Spiegelseitenflächen (2, 3) praktisch über die ganze Breite des Halblei tersubstrates erstrecken.

5. Injektionslaser nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die erste T'ontaktelektrode (6) durch eine Sperrschicht (8) von dem Halbleiterlaserkörper getrennt ist und in einer oder mehreren streifenförmigen Öffnungen (9) in der Sperrschicht mit dem Laserkörper in elektrischer Verbindung steht, wobei die Breite dieser streifenförmigen Öffnungen mindestens etwa 5 μπι beträgt

Die Erfindung betrifft einen Injektionslaser entsprechend den Oberbegriffen der nebengeordneten Patentansprüche I und 2.

Derartige Injektionslaser sind z. B. aus der DE-OS 23 12 162 bekannt Diese Streifenlaser (»stripe«) enthalten ein streifenförmiges, für Stromdurchgang verfügbares Halbleitergebiet das durch ein streifenförmiges Kontaktglied defm'ert ist und das mitbestimmt in welchem Teil der aktiven Laserschicht Laserwirkung auftreten kann. Dieses streifenförmige Kontaktglied kann als ein sogenannter Oxidstreifen (»oxide stripe«) oder z. B. als eine Mesa-Streifen (»mesa stripe«), ein vergrabener Mesa-Streifen (»buried mesa stripe«), ein durch Protonenbeschuß erzeugter Streifen (»protonbombardment stripe«) oder als ein durch Implantation von Sauerstoffionen begrenzter Streifen gebildet werden. Diese und andere bekannte streifenförmige Kontaktglieder haben das gemeinsame Merkmal, daß damit parallel zu dem pn-Übergang und der aktiven Schicht ein Kleinstquerschnitt für Durchgang elektrisehen Stromes festgelegt ist. der wenigstens die Größe des Teiles des pn-Übergangs mitbeeinflußt, über den im Betriebszustand Strom fließt Dieser Querschnitt kann gleich dem stromführenden Teil des pn-Übergangs und der aktiven Schicht, z. B. bei Mesa-Ausiührungen. oder kleiner sein, wie bei dem Oxidstreifen, wobei das Kontaktglied durch eine Metallelektrode gebildet wird, die in einer streifenförmigen öffnung in einer auf dem Halbleiterkörper vorhandenen Isolierschicht mit dem Halbleiterkörper tn Verbindung steht. Bei diesem

JO Oxidstreifen tritt von der Öffnung zu dem pn-Übergang Stromstreuung auf, wodurch der stromführende Teil des pn-Übergangs größer als der strombegrenzende Querschnitt des Kontaktgliedes ist, der in diesem Falle mit der Öffnung in der Isolierschicht zusammenfällt.

tung, den stromführenden Teil der aktiven Laserschicht klein zu halten und in der Richtung parallel zu der aktiven Schicht und den Spiegelseitenflächen zu begrenzen. Dabei handelt es sich um seitliche Begrenzung des Teiles der aktiven Schicht in dem Laserwirkung auftreten kann, oder mit anderen Worten um die Breite des Streifens der aktiven Schicht, in dem die benötigte Inversion erhalten wird. Die Breite des lasernden Gebietes der aktiven Schicht ist übrigens oft größer als die des stromführenden Teiles der aktiven Schicht Auen dadurch, daß die in die aktive Schicht injizierten Ladungsträger oft in der aktiven Schicht eingeschlossen sind, tritt Diffusion von Ladungsträgern

in der Schichtrichtung infolge des Konzentrationsgradienten an den Rändern des stromfüVenden Teiles auf. Außerhalb des stromführenden Teiles wird also bis über einen Abstand in der Größenordnung der Diffusionslänge der injizierten Ladungsträger noch Inversion in der aktiven Schicht auftreten können.

Die Breite des Streifens, in dem Inversion auftritt beeinflußt z. B. die Eigenschwingungen des Resonators, in denen Laserstrahlung auftritt. Wenn man die Laserstrahlung auf einen einzigen Strahl zu beschränken wünscht wie z. B. für optische Kommunikation und für Video- und Audiolangspieisystemt; erwünscht ist wird die genannte Breite derart klein sein müssen, daß nur der Grundmodus au^f:ritt Wenn mar. ,„e Breite dieses einzigen Laserstrahls paralle¹ zu der aktiven Schicht noch weiter zu beschränken wünscht, wird der Streifen, in dem Inversion au*tr""■ noch schmäler sein müssen. In praktischen Fi=Ue" ncgen die genannten Breiten an der technologic'· noch erzielbaren Grenze oder sogar unter dieser orenze. Dies führt zu verwickelten Herstellungsvorgängen, die dadurch eine verhältnismäßig niedrige Ausbeute ergeben. So ist in der obengenannten DE-OS 23 12 162 die Anwendung eines streifenförmigen Kontaktgliedes beschrieben, das außer einer in einer Öffnung einer Isolierschicht liegenden Metallelektrode noch zwei Halbleiterschichten enthält die sich zwischen der Metallelektrode und der aktiven Schicht befinden, wobei der strombegrenzende Querschnitt für das Kontaktglied durch selektive Ätzung dieser beiden Halbleiterschichten erhalten wird. Namentlich wird die Unterätzung der zweiten Halb lederschicht unter der ersten Schicht benutzt, die bei der Ätzbearbeitung einen schmalen Streifen der zweiten Schicht abschirmt, um die gewünschte geringe Breite zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen streifenförmigen Injektionslaser anzugeben, der einen einzigen Laserfieck aufweist, bei dem sich in der vorgeschl? jenen Betriebsweise praktisch nur der transversale Grundmodus ausbilden wird, und der verhältnismäßig leicht und mit verhältnismäßig hohen Ausbeuten hergestellt werden kann. Bei der Lösung dieser Aufgabe wird von der Erkenntnis ausgegangen.

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und durch passende Anordnung desselben in bezug auf die Spiegel Seitenflächen mit einen, verhältnismäßig breiten stromführenden Streifen des pn-Übergangs und der aktiven Laserschicht die Laserwirkung dennoch auf einen verhältnismäßig schmalen Streifen zwischen den Spiegelseitenflächen bescr rankt werden kann.

Die genannte Aufgabt wird bei dem gattungsgemäßen Injektionslaser erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. des nebengeordneten Anspruchs 2 angegebenen Merkmale

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung erleichtert die Herstelling im Grundtransversalmodus wirkender Laser wesentlich. Es wird vermieden, daß bei der Herstellung die angewandte Technologie bis an die äußerst erzielbaren Grenzen benutzt werden muß. Insbesondere braucht bei photolithographischen Bearbeitungen und bei Ätzbehandlungen nicht mehr mit den kleinstmöglichen Details gearbeitet zu werden, sondern es kann z. B. für die Breite des Kontaktgiijdes ein verhältnismäßig großer und praktisch gut verv/irklichbarer Wert gewählt werden. Die Ausbeute des Herstellungsvorganges ist

infolgedessen verhältnismäßig hoch.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform,

Fig.2 schematisch eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform.

F i g. 3 schematisch wahrgenommene Strahlungsintensitäten.

F i g. 4 schematisch einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform,

F i g. 5 sch.ematisch ar jer zweiten Ausführungsform wahrgenommene Strahlungsintensitäten,

F i g. 6a und 7a in Draufsicht andere mögliche Formen des streifenförmigen Leuch [Stoffgebietes.

F i g. 6b. 7b und 7c in Draufsicht schematische Formen des strombegrenzenden Querschnittes der streifenförmig«! Kontaktglieder, mit denen ein streifenförmiges Leuchtstoffgebiet nach F i g. 6a hzw. nach F i g. 7a erhalten werden kann, und

F i g. 8 schematisch eine Draufsicht au. einen größeren Halbleiterkristall, aus dem mehrere Laser hergestellt werden können.

Die erste Ausführungsform betrifft einen Injektionslaser mi. einem doppelten Heleroübergang. Der Laser enthält einen Halbleiterkörper 1 (Fig. 1) mit zwei praktisch parallelen Seitenflächen 2 und 3 (Fig.2). die die Spiegel des Lasers bilden. Quer zu den Spiegelseitenflächen 2 und 3 erstreckt sich ein pn-übergang 4 in dem Halbleiterkörper 1 in der Nähe einer aktiven Laserschicht 5. Auf beiden Seiten des pn-Übergangs 4 ist ein Kontaktglied 6 bzw. 7 angeordnet, das den Abstand zwischen den Spiegelseitenflächen 2 und 3 praktisch völlig überbrückt, wobei das erste Kontaktglied 6 in einer geringeren Entfernung von dem pn-Übergang 4 als das /weite Kontaktglied 7 liegt.

Das /weite Kontaktglied 7 ist eine leitende Schicht von 0.15 μη!, die sich über die ganze Unterseite des Hilbleiterkörpers 1 erstreckt. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Halbleiterkörper ί mit einer Isolierschicht 8 aus z. B. Siliciumdioxid mit einer Dicke von etwa 0.2 μπι überzoscn. In der Isolierschicht 8 ist eine strcifcnförmigc öffnung 3 vorgesehen, die sich von einer Spiegelseitenfläche zu der anderen erstreckt. Auf der Isolierschicht 8 und in der Öffnung 9 erstreckt sich eine leitende Schicht, die im vorliegenden Beispiel aus einer Schicht 10 aus Chrom mit einer Dicke von etwa 50 nm und einer Schicht Il aus Gold mit einer Dicke von etwa 200 nm aufgebaut ist.

Die leitende Schicht 10, 11 bildet in der Öffnung 9 einen streifen'örmigen leitenden Kontakt mit dem Halbleiterkörper 1. wodurch bei Stromdurchgang von der leitenden Schicht 10, 11 zu der leitenden Schicht 7

ι cn uci anuvcii

des pn-Überganges 4 eine entsprechende Streifenform aufweisen wird. Die mit Hilfe des elektrischen Stromes und der damit gi paarten Injektion von Ladungsträgern über dem pn-Übergang 4 erzeugte spontane und/oder stimulierte Emission wird also auch auf einen entsprechenden streifenförmigen Teil des pn-Übergangs 4 und der aktiven Schicht 5 beschränkt sein. Dieser streifenförmige Teil, in dem Emission erzeugt werden kann, erstreckt sich, wie die öffnung 9, von einer Spiegelseitenfläche 2 zu der anderen Spiegelseitenfläche 3.

Der Halbleiterkörper 1 des Lasers weist weiter einen an sich bekannten Aufbau auf. Er enthält z. B. ein Substrat 12 aus η-leitendem GaAs, das mit Si in einer

Konzentration von etwa 10¹⁸ Atomen/cm³ dotiert ist. Auf diesem Substrat 12 befindet sich eine Schicht 13 aus AljGat _»As, wobei χ etwa 0.25 beträgt- Diese Schicht 13 ist eine mit Sn dotierte η-leitende Schicht mit einer Dicke von etwa 3,2 μη\, wobei die Sn-Konzentration etwa 5 · 10^{( r} Atome/cm³ ist. Die Schicht 13 grenzt an den pn-übergang 4 und an die aktive Laserschicht 5, die aus p-teitendcm GaAs besteht, etwa 0,3 μηι dick ist und mit Ge in einer Konzentration von etwa 5 * 10¹⁷ Atomen/cm³ dotiert ist. Die aktive Schicht 5 grenzt an eine p-leitende Schicht 14 aus AI*Gai _ ,As mit einer Dicke von «M'/a 22 μηκ, wob^i * e;&'a 0,25 ist. wobei diese Schicht Ge "! einer Konzentration von etwa 5 · 10" Atomeri'cm³ als Dotierungsmiitel enthält Die Schicht 15 besteht aus p-leitendem GaAs, das mit Ge bis zu einer Konzentration von etwa 2 · 10¹⁸ Atomen/cm³ dotiert ist. wobei diese Schicht eine Dicke von etwa 1.4 μιη aufweist In der Schicht 15 ist über die Öffnung 9 eine p-leitende Zone 16 durch Diffusion von Zn aus einer ZnAs_rQuel!e mit etwa 10% GaAs bei einer Temperatur von etwa 600⁰C während etwa 10 Minuten angebracht. Die Kindnngtiefe dieser Zone 16 beträgt etwa 1 μπι.

Der Halbleiterkörper I kann völlig auf übliche Weise hergestellt werden. Die Gesamtdicke beträgt etwa 100 μηι.

Der Halbleiterkörper i des beireffenden Lasers weist weiter Abmessungen von etwa 300 μπι · 300 μπι auf, wobei die Breite der streifenförmigen öffnung 9 etwa 10 μπι ist. Der Srfvvellwertstrom. der für das Auftreten stimulierter Emission erforderlich ist. beträgt wie gefunden wurde. et'Aa 200 mA. An einer der Spiegelseitenflächen wurde vx:ntane Emission mit einer Intensitätsverteilung wahrgenof.fmen. die schematisch mit der Kurve 31 in Fig.3 dargestellt ist Das Maximum liegt praktisch unter <Jer Mitte der Öffnung 9 und die Halbwertsbreite beträgt etwa 20 μπι. Die wahrgenommene spontane Emission tritt praktisch völlig in unmittelbarer Nähe der betreffenden Spiegelseitenflächen auf.

Es ist klar, daß bei Stromdurchgang durch den Halbleiterkörper unter der streifenförmigen Öffnung 9 mit einer Breite von etwa 10 μπι ein viel breiterer Streifen in der aktiven Schicht erhalten wird, in dem die Anzahl injizierter Ladungsträger genügend groß ist um wahrnehmbare spontane Emission herbeizuführen. Von der streifenförmigen Öffnung her wird der elektrische Strom in seitlicher Richtung an den beiden langen Seiten der Öffnung etwas ausfächern. Weiter werden die in die aktive Schicht 5 injizierten Ladungsträger, die zwischen den beiden Het-s-o-Übergängen eingeschlossen sind, durch die auftretenden Korszentrationsunterschiede in seitlicher Richtung diffundieren. Die Breite des Streifens der aktiven Schicht in dem bei dem genannten Strom von etwa 200 mA spontane Emission mit einer Intensität von mindestens 0ß der maximalen wahrgenommenen Intensität auftritt, ist etwa 25 μπι. In diesem Streifen ist also eine wesentlich erhöhte Ladungskonzentration vorhanden, so daß weitere Erhöhung des Stromes in diesem Streifen die für die Laserwirkung erforderliche inversion saftreten könnte. Ein genauer Zusammenhang zwischen dem Auftreten von Inversion und der wahrgenommenen Intensität der spontanen Emission bei einem Strom in der Größenordnung des Schwellwertstrom läßt sich schwer nachweisen. Dabei spielen eine große Anzahl von Parametern, wie die Dicke und die Dotierung der aktiven Schicht und der daran grenzenden Schichten, eine Rolle. Wohl kann im allgemeinen angenommen werden, daß in jenen Gebieten, in denen die Intensität der spontanen Emission weniger a's 0,3 der maximalen Intensität beträgt, die Ladungsträgerkonzentration stets zu gering für das Auftreten von Laserwirkung sein wird. In vielen Fällen wird die Möglichkeit auf Auftreten von Laserwirkung nur über ein kleineres Gebiet vorhanden sein, in dem die intensität der spontanen Emission nicht weiter als auf die Hälfte des Höchstwertes! herabgesunken ist. Auch dann würde aber im vorliegenden Beispiel noch ein Streifen von etwa 20 μπι br°it verbleiben, in dem inversion ·η genügendem Maße aufi-'et^n kann. Die Erfahrung zeigt, daß diti·. Breite viel zu groß ist, um erwarten zu dürfen, daß der Laser in dem Grundtransversalmodus. mit einem einzigen Fleck, wirken wird. In der Praxis werden bei einer derartigen Streifenbreite ein oder mehr Modi höherer Ordnung auftreten, wobei der Laser zwei oder mehr Flecke aufweisen wird.

Für das Auftreten des Grundtransversalmodus wird die Streifenbreite auf höchstens 10 μιτι und vorzugsweise auf höchstens 6 μπι begrenzt werden müssen, wobei bemerkt wird, daß diese Werte praktische Werte sind. Die genaue höchstzulässige Streifenbreite hängt u. a. von den Dotierungen und der Dicke iier Schient sb.
Die Streifenbreite des Tetles der aktiven Schicht in dem spontane Emission auftritt, kann durch Verkleinerung der Breite der Öffnung 9 verkleinert werden. Diese Öffnung definiert ja einen kleinsten Querschnitt für Durchgang elektrisciren Stromes, der einen wesentlichen Einfluß auf die Größe des stromführenden Teiles des pn-Übergangs 4 ausübt.

Bei den oben angegebenen Schichtdicken und

Dotierungen wird eine Herabsetzung der Breite der

Öffnung 9 auf z. B. 1 μιη zu einem Streifen mit einer Breite von 11 bis 16 μιη in der aktiven Schicht führen, in dem stimulierte Emission auftreten könnte. Für den Grundtransversalmodus ist eine derartige Breite noch

immer zu groß und außerdem stellt eine öffnung von 1 μπι dem Herstellungsvorgang besonders strenge Anforderungen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 9 in bezug auf die Spiegelseitenflächen 2 und 3 schräg angeordnet wie schimatisch in Fig.2 dargestellt ist Der Deutlichkeit halber ist in dieser Figur, die nichtmaßstäbiich gezeichnet ist, die Abweichung übertrieben dargestellt Tatsächlich v/ar die Breite a der Öffnung 9 10 μπι und der Winkel α zwischen der Normalen auf den Spiegelseitenflächen 2 und 3 und den parallelen langen Rändern der öffnung 9 etwa 3.5°.
Wie bereits erwähnt wurde, ist bei einer Öffnung 9 mit einer Breite von 10 μιη im vorliegenden Ausführungsbeispief der Streifen, in dem bei dem Schweflwertstrom spontane Emission mit einer Intensität größer als oder gleich 03 der gefundenen maximalen Intensität auftritt, etwa 25μπι breit Dieser Streifen ist in Fig.2 mit gestrichelten Linien angegeben. Der Abstand b ist etwa 25 μητ. Dadurch, daß der Streifen b schräg in bezug auf die Spiegelseitenflächen angeordnet ist, ist der größte rechteckige Streifen, der in diesen Streifen paßt, viel schmäler. Dieser möglichst breite rechteckige Streifen, der sich von der Spiegelseitsnfläche 2 zu der Spiegelseitenfläche 3 erstreckt weisi m yorliegsnden Beispiel eine Breite c von etwa 7 μίκ auf. Üei einem Winkel α von etwa 3,5° und einem Abstand zwischen den Spiegelseitenflächen von etwa 300 μιη ist der Durchschnitt der öffnung 9 und der einen Spiegelseitenfläche 2 etwa 18 μπι gegen den Durchschnitt der Öffnung 9 und der anderen Spiegelseitenfläche 3

verschoben.

Bei Vergrößerung des Stromes auf etwa 320 mA wurde Laserwirkung mit einer Intensitätsverteilung gefunden, wie sie schemaiisch mit der Kurve 32 in Fi g. 3 angegeben ist Die maximale Intensität war etwa sechsmal größer als die maximale Intensität der Lumineszenz bei dem Schwellwertstrom. Die Halbwerts,¹-, i'ite des Flecks war etwa 4 μπι. Der Laserstrahl ist etwa um 9 μην gegen die an der einen Spiegelseitenfläche erzeugte spontane Emission nach der Kurve 31 verschoben.

Die Breite des Streifens, in dem stimulierte Emission auftreten kann, und die Breite des Flecks können einfach dadurch beeinflußt werden, daß die öffnung 9 in einer schrägeren oder weniger schrägen Lage angeordnet wird, daß die Länge des Lasers passend gewählt wird und/oder daß die Breite der öffnung geändert wird. Bei kürzeren Lasern wird der Winkel λ verhältnismäßig groß, bei längeren Lasern verhältnismäßig klein sein können. Vorzugsweise ist der Winkel α größer als oder gleich 2°.

Das zweite Ausführungsbeispiel betrifft einen durch Protonenbeschuß hergestellten Streifenleser. Der in F i g. 4 dargestellte Halbleiterkörper 40 ist auf gleiche Weise wie im ersten Beispiel aus Schichten 12,13,5,14 und 15 mit denselben Dicken, derselben Zusammensetzung und denselben Dotierungen aufgebaut. Statt einer örtlichen Zone 16 ist in diesem Falle über die ganze Oberfläche der Schicht 15 eine Diffusion von Zn du/chgeführt Die Zn-dotierte Schicht ist mit 41 bezeichnet. Auf der Unterseite des Halbleiterkörpers 40 befindet sich auch hierein Kontaktglied 7.

Auf der Oberseite werden nacheinander eine Titanschicht 42. eine Platinschicht 43 und eine nicht dargestellte etwa 5 μπι dicke Goldschicht angebracht. Dann wird die Goldschicht, bis auf einen etwa 4 μπι breiten, sich von der einen Spiegelseitenfläche zu der anderen erstreckenden Streifen, weggeätzt. Dieser 4 μπι breite Goldstreifen wird während eines Beschüsses mit Protonen mit einer Energie νση etwa 300 keV als Maske verwende!. Die Dosis betrug etwa lO'Vcm². Durch diesen Beschüß wird der nicht von dem Goldstreifen maskierte Teil des Halbleiterkörper bis zu einer Tiefe von etwa 2 μπι hochohmig. Die auf beiden Seiten des Goldstreifens liegenden hochohmigen Teile sind in Fig.4 mit ihren Begrenzungen 44 angegeben. Nach dem Beschüß wird der Goldstreifen entfernt Nach Spaltung des Halbleiterkristalls zum Erhalten der Spiegelseitenflächen ist der Laserkörper für Fertigmontage bereit

Die Fertigmontage kann auf übliche Weise und in einer üblichen Umhüllung erfolgen.

Diese Ausführungsform weist an sich den Vorteil auf. daß der strombegrenzende Querschnitt 45 des dem pn-Obergang am nächsten liegenden Kontaktgliedes 42, 43 schmäler ist und daß außerdem durch die Eindringtiefe von 2 urn des Protonenbeschusses der Abstand von dem pn-übergang 4 kleiner ist, so daß die Ausfächerung oder Streuung des Stromes geringer sein wird.

Es stellte sich heraus, daß der Schwellwertstrom etwa 12OmA war. Die bei diesem Strom an einer der Spiegelsehenfläche wahrgenommene spontane Emission hatte eine Intensitätsverteilung mit einer Halbwertsbreite von etwa 123 μπι. Diese Verteilung ist schematisch mit der Kurve 51 in F i g. 5 angegeben.

Auch in diesem Beispiel ist das Kontaktglied absichtlich schräg in bezug auf die Spiegelseitenflächen angeordnet. Die schematische Draufsicht nach Fig.2 trifft zu, wenn angenommen wird, daß die Öffnung 9 in der Isolierschicht 8 nun das streifenförmige Halbleitergebiet 45 darstellt, das im zweiten Beispiel ja den strombegrenzenden Querschnitt des Kontaktgliedes definiert Im zweiten Beispiel ist der Abstand a etwa

4 μπι, der Abstand b etwa 123 pm und der Abstand c etwa 7,5 μπι, Der Laser ist etwa 300 μπι lang und der Durchschnitt des streifenförmigen Halbleitergebietes 45

und der einen Spiegelseitenfläche ist etwa um 5 μητ gegen den Durchschnitt mit der anderen Spiegelseitenfläche verschoben. Der Winkel λ beträgt gut 1 ° und der Unterschied zwischen den Abständen b und c ist etwa Vender Laserlänge.

Bei einem Strom von etwa 16OmA wurde die schematisch durch die Kurve 52 dargestellte Laserstrahlung wahrgenommen. Die Halbwertsbreite war gut

5 μίτι und die maximale Intensität war etwa fünfzehnmal größer als die der spontanen Emission nach der Kurve

51. Die Stelle an der Spiegelseitenfläche, an der diese maximale Intensität auftritt, ist etwa um 2 bis 3 μπι gegen die Stelle der maximalen Intensität der wahrgenommenen spontanen Emission verschoben.

In den beiden Beispielen enthält der Halbleiterkörper 1; 40 ein Halbleitersubstrat 12, das sich zwischen dem pn-Übergang 4 und dem zweiten Kontaktglied 7 befindet, wobei der pn-übergang 4 und die aktive Schicht 5 sich in einer Richtung parallel zu den Spiegelseitenflächen 2 und 3 praktisch über die ganze Breite des Halbleitersubstrats erstrecken.

In einer Richtung quer zu dem ersten Kontaktglied sind der pn-übergang und die aktive Schicht also wesentlich breiter als die stromführenden Teile derselben. Mit anderen Worten: ausgenommen den Spiegelseitenflächen fallen die seitlichen Grenzen des lasernden Gebietes nicht mit den seitlichen Grenzen des pn-Übcrgangs und der aktiven Schicht zusammen. Die Probleme, die sich beim Zusammenfallen der Begrenzung des pn-Übergangs und der aktiven Schicht mit der

■40 Begrenzung des lasernden Gebietes ergeben können, wie ein zu großer Unterschied in Brechungszahl am Rande des lasernden Gebietes und/oder eine zu große Rekombinationsgeschwindigkeit an diesem Rande oder Verlust durch strahlungslose Rekombination an diesem Rand, werden auf diese Weise vermieden, während das lasernde Gebiet dennoch verhältnismäßig schmal gehalten werden kann.

im ersten Beispiel enthält das erste Kontaktglied eine Elektrode 6 aus leitendem Material, die durch eine Sperrschicht 8 von dem Halbleiterlaserkörper getrennt isi und in einer streifenförmigen Öffnung 9 in der Sperrschicht 8 mii dem Laserkörper in elektrischer Verbindung steht Die Breite der streifenförmigen öffnung 9 ist vorzugsweise mindestens etwa 5 μιη.

In beiden Beispielen ist die Geometrie des ersten Kontaktgliedes derart gewählt daß die Projektionen der Durchschnitte des strombegrenzenden Querschnittes 45 oder der öffnung 9 und der beiden Spiegelseitenflächen 2 bzw. 3 auf eine Ebene parallel zu den beiden Spiegelseitenflächen einander in einer Richtung parallel zu dem pn-Übergan& 4 nicht überlappen, sondern vollständig nebeneinander liegen. Im ersten Beispiel beträgt der Abstand zwischen den Projektionen etwa 8 μπι und im zweiten Beispiel ist dieser Abstand etwa 1 pm.

Vorzugsweise ist der breiteste rechteckige Streifen, der in den Streifen paßt in dem Lumineszenz mit einer Intensität größer als oder gleich der Hälfte der

maximalen Intensität auftritt, nicht breiter als 6 μπι, wie im ersten Beispiel, in dem diese Breite etwa 20 — 18 = 2μιη beträgt. Eine größere Sicherheit des Auftretens des Grundtransversalmodus ist vorhanden, wenn auch der breiteste rechteckige Streifen, der in den Leuchtstoffstreifen paßt, in dem die I ntensität größer als oder gleich 03 der maximalen Intensität ist, höchstens 6μιη breit ist. Wie erwähnt, kann die Breite des rechteckigen Streifens einfach durch Einstellung der Länge des Lasers, der Größe des Winkels cn und/oder der Breite des strombegrenzenden Querschnittes des ersten Koriiakiglicdes auf den gewünschten Wert gebracht werden. So kann z. B. die Breite der Öffnung 9 im ersten Beispiel 1 oder 2 μη\ kleiner gewählt oder kann der Laser etwa 330 μπι statt 300 μηι lang gemacht werden.

Es leuchtet ein. daß andere Halbleitermaterialien und/oder andere Schichtdicken. Dotierungen und Dotierungskonzentrationen und/oder ein anderer Schichtenaufbau verwendet werden können. Zum Beispiel braucht der Laser kein Laser mit doppeltem HeteroÜbergang zu sein.

Eine Ausführi'ngsform. bei der die Breite des laserndcrs Gebiete* nicht von der Länge des Lasers abhängig ist. ist in F ι g. 6 dargestellt. F ι g. 6a zeigt den Leuchtstoffstreifen 8i mit dann dem ununterbrochenen rechteckigen Sireifen 82. in dem Laserwirkung auftreten kann. Der Sireifen 81, der örtlich in seitlicher Richtung versetzt ist. kann mit einem Kontaktglied erhalten werden, das aus zwei Teilen 83 und 84 besteht, wie in Fig.i>b dargestellt ist. Bei einem Kontaktglied mit voneinander getrennten Teilen werden die Teile vorzugsweise eine Gesamtlänge aufweisen, die größer als die Lange des Lasers ist. so daß die beiden Teile in der Längsrichtung des Lasers einander etwas überlappen. Line derartige Variante ist in Fig. 7 dargestellt. F i g. 7a zeigt den l.euchtstoffstreifen 91 und die gerade Begrenzung 82 des lasernden Gebietes und Fig.7b zeigt die beiden voneinander getrennten Teile 93 und 94 des Kontaktgliedes. Für den Fall, daß der Unterschied in der Breite des Leuchtstoffstreifens 91 und des strombegrenzenden Querschnittes kleiner ist. z. B. infolge der Tatsache, daß die auftretende Stromstreuung geringer ist. kann ein ununterbrochenes Kontaktglied 95(Fi g. 7c) verwendet werden.

Die in den F i g. 6 und 7 gezeigten Formen weisen den Voneil auf. daß darin nur gerade Linien vorhanden sind. Diese aus Rechtecken aufgebauten Formen lassen sich einfach in Belichtungsmasken herstellen, die für die photolithographischen Schritte in dem Herstellungsvorgang erforderlich sind. Außerdem lassen sich diese rechteckigen ^cormen, die praktisch senkrecht auf'den Spiegelseitenfiächen stehen, leichter in bezug auf die als Spiegelseitenflächen zu verwendenden Kristallflächen ausrichten. Mit einem photochemischen Ätzvorgang können in einer Isolierschicht aus z. B. Siliciumoxid verhältnismäßig einfach mehrere Reihen gegeneinander versetzter Öffnungen 93 und 94 (Fig.8) vorgesehen werden. Dann kann die ganze freie Oberfläche mit einer leitenden Schicht bedeckt werden. Aus einem auf diese

ίο Weise bearbeiteten Halbleiterkörper können eine Anzahl von Lasern durch Spaltung des Körpers quer zu den Öffnungen und durch die öffnungen erhalten werden, in der Weise, daß jeder Laser mindestens zwei öffnungen 93 und 94 aufweist. Zum Beispiel kann längs der gestrichelten Linien % gespaltet werden. In einer Richtung parallel zu den Reihen von öffnungen Kann der Halbleiterkörper z. B. durch Kratzen und Brechen in eine Anzahl gerader Streifen /.. B. längs der strichpunktierten Linien 97 unterteilt werden. Dabei ist die Unterteilung in gerade praktisch senkrecht auf den Spiegeln, somit senkrecht auf den Linien % stehende Streifen einfacher als die Unterteilung in schräg in bezug auf die Spiegel angeordnete Streifen.

Für mit Protonen beschossene Laser können auf ähnliche Weise gegeneinander versetzte Streifen aus einem maskierenden Material ausgeätzt werden.

Bei dieser wichtigen Ausführungsform weist der zu dem ersten Kontaktglied gehörende strombegrenzende Querschnitt mindestens zwei praktisch rechteckige.

praktisch senkrecht auf den Spiegelseitenflächen stehende Teile auf. die je eine Länge haben, die kleiner als der Abstand zwischen den Spiegelseitenflächen ist. wobei die praktisch zueinander parallelen Mittellinien 98 bzw. 99 dieser beiden rechteckigen Teile nicht miteinander zusammenfallen, sondern in einiger Entfernung voneinander liegen. Vorzugsweise ist die Summe der Längen der rechteckigen Teile mindestens gleich dem Abstand zwischen den SpiegelseiienP.ächen. wobei diese Summe vorteilhafterweise größer als der genannte Abstand gewählt wird Der Abstand zwischen den Mittellinien 98 und 99 liegt in der Größenordnung der quer zu den Mittellinien gemessenen Breite der rechteckigen Teile des strombegrenzenden Querschnittes des Kontaktgliedes und wird, je nach der

auftretenden Stromstreuung und der seitlichen Diffusion injizierter Ladungsträger, etwas größer als die Breite sein, wie in den F i g. 6b und 7b. oder gleich dieser Breite sein, wie in Fig.7c. oder etwas kleiner als diese Breite sein. In beiden letzteren Fällen werden die rechteckigen Teile einander örtlich überlappen oder wenigstens aneinander grenzen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

27 27 7*3 Patentansprüche:

1. Injektionslaser mit einem Halbleiterkörper mit zwei praktisch parallelen Se'tenflächen, die den Spiegel des Lasers bilden, mit einem pn-Obergang, der sich quer zu den Spiegelseitenflächen in dem Halbleiterkörper erstreckt und mit einer in der Nähe dieses pn-Oberganges liegenden aktiven Laserschicht bei dem auf den beiden zur Fläche des pn-Oberganges parallelen Oberflächen des HaIbieiterkörpers je eme Kontaktelektrode vorhanden ist. die den Abstand zwischen den Spiegelseitenflächen praktisch völlig überbrückt bei dem die erste dieser Kontaktelektroden in einer geringeren Entfernung von dem pn-Übergang liegt als die zweite Kontaktelektrode, und auf der Seite des pn-Überganges, auf der die erste Kontaktelektrode vorhanden ist ein sich zwischen den beiden Spiegelfläcnen erstreckendes, streifenförmiges, für Stromdurr! gang verfügbares Halbleitergebiet definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß das streifenförmige Gebiet zwei praktisch parallele, gerade Seiten aufweist, die sich praktisch von einer Spiegelseitenfläche (2) zu der anderen (3) erstrecken, einen Winkel («) von mindestens 1° mit der Normalen auf den beiden Spiegelseitenflächen einschließen, und einen genügend kleinen Abstand voneinander aufweisen, so daß im Betrieb nur ein einziger Laserstrahl erhalten wird (F i g. 1.2).

2. Injektionslaser mit einem Halbleiterkörper mit zwei praktisch parallelen Seitenflächen, die den Spiegel des Lasers bilden, mit einem pn-Obergang, der sich quer zu den SpiegCiseitenflächen in dem Halbleiterkörper erstreckt u: d mit einer in der Nähe dieses pn-Oberganges liegenden aktiven Laserschicht, bei dem auf den beiden zur Fläche des pn-Überganges parallelen Oberflächen des HaIbleiterkörpers je eine Kontaktelektrode vorhanden ist, die den Abstand zwischen den Spiegelseitenflächen praktisch völlig überbrückt, bei dem die erste dieser Kontaktelektroden in einer geringeren Entfernung von dem pn-Obergang liegt als die zweite Kontaktelektrode und auf der Seite des pn-Uberganges, auf der die erste Kontaktelektrode vorhanden ist, ein sich zwischen den beiden Spiegelflächen erstreckendes, streifenförmiges, für Stromdurchgang verfügbares Halbleitergebiet definiert ist dadurch gekennzeichnet, daß das streifenförmige Gebiet mindestens zwei rechteckige, praktisch senkrecht auf dem Spiegelseitenflächen stehende Teilgebiete (83, 84; 93, 94) umfaßt die je eine Länge aufweisen, die kleiner als der Abstand zwischen den Spiegelseitenflächen ist, wobei die praktisch zueinander parallelen Mittellinien (98, 99)