DE2920454A1 - Halbleiterlaser und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Q 085 M3+a(Hi/we)

MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO.,LTD. Kadoma City, Osaka Pref., JAPAN

" Halbleiterlaser und Verfahren zu dessen Herstellung "

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser· gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Halbleiterlaser, der durch epitaktische Züchtungsmethoden hergestellt wird. .

Bisher sind verschiedene Vorschläge für Aufbau und Herstellungsmethoden bezüglich Halbleiterlaser für einen stabilen Grundtransversalmodenbetrieb gemacht worden. Im allgemeinen kann man den Grundtransversalbetrieb erhalten, indem man die Breite einer streifenförmigen aktiven Zone schmal macht und dadurch lediglich Licht eines niedrigsten Schwingungsmoden in der schmalen streifenförmigen aktiven Zone begrenzt.

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Ein sehr typisches Beispiel für einen herkömmlichen Grundtransversalmodenbetrieb weist eine Struktur mit vergrabenen Streifenschichten auf, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Herstellung des herkömmlichen Lasers nach Fig. 1 geschieht folgendermaßen :

Zunächst bildet man die folgenden Schichten nacheinander mit Hilfe epitaktischer Züchtungsmethoden:

auf einem Substrat 1 aus n⁺-GaAs:

eine erste Mantelschicht 2 aus n-Ga. Al_vAs,

eine aktive Schicht 3

aus n-GaAs,

eine zweite Mantel-

.schicht 4 aus p-Ga Al As und

1—χ *

eine Elektrodenkontak-

tierungsschicht 5 aus ρ -GaAs.

Zweitens wird auf der gesamten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 5 eine (nicht gezeigte) SiO„-Schicht gebildet, dann wird die SiO -Schient mittels einer bekannten Photoätzmethode geätzt, wobei ein streifenförmiger Teil zurückbleibt, und darauf werden unter Verwendung der streifenförmigen SiOp-Schicht als Ätzmaske die epitaktisch gezüchteten Schichten 2 bis 5 mesaförmig geätzt, um einen streifenförmigen Teil zu bilden.

Drittens werden in den durch die Hesaätzung entstandenen Räumen beidseits des streifenförmigen Teils Füllschichten 6, 6 gebildet, die einen hohen spezifischen Widerstand aufweisen

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und einen größeren Energiebandabstand als die Schichten 2 bis des streifenförmigen Teils.

Dann wird auf der Elektrodenkontaktierungsschicht 5 und auf den Eüllschichten 6,6 eine Ohmsche Elektrode 7 erzeugt, und eine weitere Ohmsche Elektrode 7 wird auf der Unterseite des Substrats 1 gebildet.

Der beschriebene herkömmliche Laser nach Fig. 1 weist folgende Nachteile auf.

Ein erster Nachteil ist darin zu sehen, daß die Möglichkeit einer Verschmutzung und/oder Oxydation der Seitenflächen des Streifenteils besteht, und zwar während der Zeit zwischen der Mesaätzung zur Bildung des Streifenteils und der anschließenden Erzeugung der Füllschichten 6,6. Speziell gilt: Da die Seitenflächen der aktiven Schicht 3 als Seitenflächen eines Laserresonators dienen, besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß eine solche Verschmutzung und/oder Oxydation der Seitenflächen des Streifenteils zu dunklen Flecken des Lasers führt und eine Verschlechterung des Lasers bewirkt.

Ein zweiter Nachteil ist folgender: Da die SiO2~Schicht während eines unter hoher Temperatur durchgeführten Verfahrensschrittes zur Bildung der Füllschichten 6 auf dem Streifenteil verbleibt, erzeugt eine Differenz des thermischen Koeffizienten zwischen der SiOp-Schicht und der ρ -GaAs-Schicht 5 eine mechanische Spannungsbelastung der aktiven Schicht 3, wodurch eine Ursache

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für eine Verschlechterung gebildet ist.

Ein dritter Nachteil ist darin zu sehen, daß eine Wahrscheinlichkeit besteht, daß Dotier- oder Fremdstoffe, wie Pe or Cr-, die in den Füllschichten 6,6 enthalten sind, um diesen ein tiefes Energieniveau zu geben, in die Seitenflächen der aktiven Schicht 3 diffundieren, wodurch die Eigenschaften verschlechtert werden.

Ein vierter Nachteil ist eine schlechte Wärmeabstrahlung aufgrund der Auffüllung mit den Schichten 6,6 hohen spezifischen Widerstandes, die eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweisen.

In jüngerer Zeit sind einige Verbesserungen vorgeschlagen worden, um die genannten Nachteile der herkömmlichen Halbleiterlaser mit einer eingegrabenen streifenförmigen aktiven Zone auszuschalten. Ein Beispiel eines solchen verbesserten Aufbaus ist in Fig. 2 gezeigt. Die herkömmliche Vorrichtung der Fig. 2 wird folgendermaßen hergestellt:

Als erstes bildet man die folgenden Schichten nacheinander mittels einer epitaktischen Züchtungsmethode

auf einem Substrat 8 aus η -GaAs:

eine speziell geformte

erste Mantelschicht 9

aus n-Ga₁__xAl_xAs,

eine aktive Schicht 10

aus n-GaAs,

eine zweite Kantelschicht

11 aus P-Ga^_xAl_xAs, und

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eine Elektrodenkontak-

tierungsschicht 12 aus ρ -GaAs

Die erste Mantelschicht 9 weist eine Form auf, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, d.h., sie besitzt in der Mitte einen streifenförmigen dickeren Teil 9¹ und beidseits des dickeren Teils 9' einen dünneren Teil 9".

Zweitens wird auf der gesamten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 12 eine SiQp-Schicht 13 gebildet, die dann mittels einer bekannten Photoätzmethode geätzt wird,um eine streifenförmige öffnung 13' über der Stelle auf dem streifenförmigen dickeren Teil 9¹ zu erzeugen, wodurch ein streifenförmiger Teil der Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 12 freigelegt wird.

Drittens wird eine Ohmsche Elektrode I¹J auf der Oberfläche der SiOp-Schicht 13 und auf der freigelegten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 12 gebildet.

Der herkömmliche Laser gemäß Fig. 2 kann eine Grundmodenlaserschwingung in demjenigen Teil der aktiven Schicht 10 hervorbringen, der auf dem dickeren Teil 9¹ liegt, da Lichtanteile, die aus den Seitenteilen der aktiven Schicht 10 austreten, durch die dünneren Teile 9"»9" gelangen und im Substrat 8 absorbiert werden.

Der oben beschriebene herkömmliche Laser nach Fig. 2 hat den

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Nachteil, daß die aktive Zone flach ist. Folglich besteht die Wahrscheinlichkeit, daß im Mittelteil der aktiven Schicht 10 erzeugtes Laserlicht in horizontaler Richtung (in Fig. 2 gesehen) divergiert. Deshalb wird der Lasermode in Breitenrichtung verzerrt. Ferner v/eist die Vorrichtung nach Fig. 2 eine schlechte Wärmeabstrahlung auf, da in nahezu dem ganzen Bereich die SiOp-Schicht 13 zwischen die Elektrodenkontaktierungsschicht und die Ohmsche Elektrode 14 gefügt ist.

Fig. 3 zeigt eine weitere bekannte Vorrichtung. Diese Vorrichtung nach Fig. 3 besitzt eine rippenförmige aktive Schicht 17> die im Mittenbereich einen streifenförmigen dickeren Teil 171 und beidseits von diesem dünnere Teile 17',17' aufweist. Der herkömmliche Halbleiterlaser mit rippenförmiger aktiver Schicht 17 wird folgendermaßen hergestellt:

Zunächst bildet man folgende Schichten nacheinander durch epitaktisches Züchten:

auf einem Substrat 15 aus η -GaAs:

eine erste Mantelschicht

16 aus n-Ga₁__xAl_xAs,

und

eine aktive Schicht 17 nichtdotiertem aus GaAs.

Zweitens v/erden die dünneren Teile 17" 517' gebildet, indem die aktive Schicht 17 unter Verwendung einer streifenförmigen Maske aus bekanntem Material leicht geätzt wird, wodurch die rippenförmige aktive Schicht 17 erzeugt wird.

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Drittens werden wieder durch eine epitaktische Züchtungsmethode folgende Schichten nacheinander auf der rippenförmigen aktiven Schicht 17 gebildet:

^p-^Gal-*^A1x^As

eine zweite Mantelschicht 18 aus

und

eine Elektrodenkontak- ₊

tierungsschicht 19 aus ρ -GaAs.

Viertens wird auf der gesamten Oberfläche der Elektrodenkon-

20

takierungsschicht 19 eine SiO₂-Schicht/gebildet, die dann mittels einer bekannten Photoätzmethode geätzt wird, um eine streifenförmige öffnung 201 über der Stelle auf dem streifenförmigen dickeren Teil 171 zu erzeugen, wodurch ein streifenförraiger Teil der Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 19 freigelegt wird.

Fünftens wird eine Ohmsche Elektrode 21 auf der Oberfläche der SiOp-Schicht 10 und auf der freigelegten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 19 erzeugt.

Der herkömmliche Laser nach Fig. 3 weist den Vorteil auf, daß aufgrund der teilweise verdeckten aktiven Schicht 17 der dickere Teil 171 und die dünneren Teile 17',17' unterschiedliche Werte bezüglich des effektiven Brechungsindex aufweisen. Daher kann das Laserlieht effektiv auf den dickeren Teil 17I begrenzt werden, und deshalb ist ein stabiler Transversalmodenlaserbetrieb möglich.

Der herkömmliche Laser gemäß Fig. 3 besitzt jedoch folgende Nachteile: Da das Ätzen der aktiven Schicht 17 durchgeführt wird, um die dünneren Teile 17',17' zu erzeugen, sind zwei Polgen epitaktischer Züchtungen und ein heikles Steuern des Ätzens erforderlich. Ferner besteht eine beträchtliche Möglichkeit, daß eine Anzahl nicht strahlender Zentren in die Grenzfläche zwischen der Oberfläche der aktiven Schicht 17 und der zweiten Mantelschicht 18 während des Freilegens und des Ätzens der aktiven Schicht 17 eingebracht wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Halbleiterlaseraufbau verfügbar zu machen, der einen Laserbetrieb mit einem stabilen Grundtransversalmoden ermöglicht, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben und in den Ansprüchen 2 bis 10 vorteilhaft weitergebildet.

Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Anspruch 11 angegeben und in den Ansprüchen 12 bis Ik vorteilhaft weitergebildet.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Pig. 1 bis j5 schematiscbe Schnittseitenansichten herkömmlicher streifenartiger Halbleiterlaser:

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Pig. Ma) bis Md) schematische Schnittseitenansichten verschiedener Herstellungsstadien einer ersten Ausfuhrungsform eines Halbleiterlasers mit den Merkmalen der Erfindung;

Pig. 5(a) bis 5(d) schematische Schnittseitenansichten verschiedener Herstellungsstadien einer zweiten Ausführungsform eines Halbleiterlasers mit den Merkmalen der Erfindung;

Fig. 6(a) bis 6(e) schematische Schnittseitenansichten verschiedener Herstellungsstadien einer dritten Ausführungsform eines Halbleiterlasers mit den Merkmalen der Erfindung;

Fig. 7(a) bis 7(e) schernatische Schnittseitenansichten verschiedener Herstellungsstadien einer vierten Ausführungsform eines Halbleiterlasers mit den Merkmalen der Erfindung;

Fig. 8(a) bis 8(c) schematische Schnittseitenansichten verschiedener Herstellungsstadien einer fünften Ausführungsform eines Halbleiterlasers mit den Merkmalen der Erfindung;

Fig. 9(a) bis 9(c) schematische Schnittseitenansichten verschiedener Herstellungsstadien einer sechsten Ausführungsform eines Halbleiterlasers mit den Merkmalen der Erfindung;

Fig. 10 eine graphische Darstellung von Fernfeldintensitätsverteilungen; - -

Fig« ll(a) und 11(b) je eine graphische Darstellung, die eine

Beziehung zwischen dem Injektionsstrom und der Intensität der Ausgangsenergie zeigt; und

Fig. 12 die Photographic einer Vorderansicht eines in Betrieb befindlichen Lasers nach Fig. 9.

Der Halbleiterlaser mit den Merkmalen der Erfindung umfaßt eine auf einem Halbleitersubstrat epitaktisch gebildete aktive Schicht und wenigstens eine Strombegrenzungsschicht, die eine Strominjektionszone mit Streifenform festlegt. Der Laser ist dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht zwei Knickoder Krümmungsteile aufweist, zwischen denen eine streifenförmige aktive Zone gebildet ist, die der Strominjektionszone gegenüberliegt. Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die Krümmungsteile durch Verwendung eines Halbleitersubstrats mit einem terrassenförmigen Abschnitt gebildet sind.

Beispiel 1
Es wird nun das in Fig. ¹J gezeigte Beispiel ι erläutert:

Erstens wird eine Terrasse 311 auf einer Hauptfläche eines Substrates 31 mit η-Leitfähigkeit gebildet, indem beispielsvieise ein Halbfceil der Hauptfläche zur Formung einer Stufe T geätzt wird, wie Fig.Ma) zeigt.

Zweitens bildet man gemäß Fig. h(b) die folgenden Schichten der Reihe nach durch epitaktisches Züchten:

auf das Substrat 31 mit η -Leitfähigkeit :

eine erste Mantelschicht 32 mit
η-Leitfähigkeit,

eine aktive Schicht 33» die nicht dotiert ist,

eine zweite Mantelschicht 3^ mit p-Leitfähigkeit,

und eine Elektrodenkontaktierungsschicht 35 mit p⁺-Leitfähigkeit.

Bei den erwähnten, nacheinander durchgeführten epitaktischen Züchtungen wird in der ersten Mantelschicht 32 ein dicker Teil 321 am Fuß der Stufe T gebildet.

Drittens.wird eine Isolierschicht 36 als Strombegrenzungsschicht auf der gesamten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 35 erzeugt. Dann wird die Isolierschicht 36 geätzt, um einen streifenförmigen Teil der Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 35 freizulegen, und zwar mittels einer bekannten Photoätzmethode. Somit wird über dem dicken Teil 321 eine streifenförmige Strominjektionsöffnung 361 gebildet, wie in Fig. 4£c) gezeigt ist. Die Breite der streifenförmigen Strominjektionsöffnung 36I liegt vorzugsweise unter 10,um, um in gewünschter Weise die Stromstreuung zu begrenzen.

Viertens wird nach dem Diffundieren eines Fremdstoffes, wie Zink, für einen Ohmschen Kontakt auf der freigelegten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 35 durch die Öffnung 36I hindurch eine Ohmsche Kontaktelektrode 37 auf der freigelegten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht

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wie auf der Oberfläche der Isolierschicht 36 gebildet. Eine weitere Ohmsche Kontaktelektrode 38 wird auf der Unterfläche des n⁺-leitenden Substrates 31 erzeugt, wie Fig. 4(d) zeigt.

Für die beschriebene Ausführungsform kann man beispielsweise folgende Halbleitermaterialien verwenden:

(1) Ga Al As für die aktive Schicht und

·*- y j

Ga. Al As für die Mantelschichten (O ^s y<x<l)

-L ™ A A

(2) InGaAsP für die aktive Schicht und InP für die Mantelschichten.

(3) GaInAs für die aktive Schicht und GaInP für die Mantelschichten.

(H) GaAlAsSb für die aktive Schicht und GaAlAs für die Mantelschichten.

Die nach der vorstehenden Methode hergestellte Vorrichtung weist das Strukturmerkmal auf, daß die erste Mantelschicht 32 einen dickeren Teil 321 am Fuß der Terrasse und dünnere Teile 322,322 in dem anderen Teil als dem dickeren Teil 321 aufweist. Daher absorbiert das Substrat 31 durch die dünneren Teile 322,322 hindurch Lichtanteile der außerhalb der Mitte liegenden Teile der aktiven Schicht 33. Weiterhin bildet die erste Mantelschicht eine gekrümmte Oberfläche, die aus einem oberen horizontalen Teil, einem unteren horizontalen Teil und einem schmalen streifenförmigen, schrägen Teil dazwischen besteht. Demgemäß weist

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die dünne aktive Schicht 33» die auf der gekrümmten Oberfläche der ersten Mantelschicht 32 gebildet ist, eine ähnliche Krümmungsstruktur auf, und folglich zwei Krümmungsteile auf beiden Seiten ihres strexfenförmigen schrägen Teils. Solche Krümmungsteile auf beiden Seiten des schrägen Teils der aktiven Schicht 33 dienen zur Begrenzung des Lichtes auf dem schrägen Teil, wodurch ein stabiler Grundmodenlaserbetrieb erzeugt wird.

Der Laser der Ausführungsform nach Pig. 4(d) besitzt nicht die zuvor genannten Nachteile der herkömmlichen Laser gemäß Fig. 1 bis 3· Ferner weist der Laser gemäß Ausführungsform nach Fig. 4(d) eine höhere Stabilität des Lasermoden auf. Außerdem läßt er sich einfacher herstellen als der herkömmliche Laser, da der epitaktische Züchtungsvorgang in einer Folge durchgeführt werden kann.

Ein Beispiel für die Herstellung eines Lasers gemäß Fig. bei dem die aktive Schicht aus GaAs und die Mantelschichten aus Ga, Al As bestehen, ist folgendermaßen:

JL Jx- A.

Erstens wird auf einer Hauptfläche einer (100)-Ebene eines n⁺-GaAs-Substrates 31 eine Terrasse gebildet, und zwar durch selektives chemisches Ätzen in solcher Weise, daß die vertikale Ebene der Stufe T von etwa 1 ,um der Terrasse vertikal zu einer (HO)-Ebene, d.h., einer Spaltungsebene, verläuft, wodurch das Substrat nach Fig. Ma) gebildet wird.

Zweitens werden durch eine nacheinander durchgeführte Flüssig-

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phasenepitaxiezüchtung mit einer Starttemperatur von 85O⁰C und einer Abkühlgeschwindigkeit von O,5°C/Minute auf dem Substrat 31 die folgenden in Fig. Mb) gezeigten Schichten erzeugt,

eine erste Mantelschicht 32 aus 0,2 .um dickem n-Ga₁_ Al As

durch eine Züchtungsdauer von 20 Sekunden ,

eine nicht-dotierte aktive Schicht 33 aus 0,1,um dickem GaAs

durch eine Züchtungsdauer von 1 Sekunde,

eine zweite Mantelschicht 3¹I aus 1,5/Um dickem P-Ga_1-Al As

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten, und

eine Elektrodenkontaktierungssehicht 35 aus 1 ,um dickem p-GaAs

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten.

Drittens wird mittels einer bekannten Methode auf der Elektrodenkontaktierungsschicht 35 eine 3OOO A (300 nm) dicke Si-,Nj,-Schicht 36 erzeugt, und eine streifenförmige öffnung 36I mit einer Breite von 5,um wird über einem schrägen Teil der aktiven Schicht 33 erzeugt, der über dem Fußteil der Stufe T gebildet ist (Fig. 1(c)).

Viertens wird nach dem Diffundieren von Zink auf <iie freigelegte Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 35 durch

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die Öffnung 36I hindurch eine Ohmsehe Kontaktelektrode 37 durch aufeinanderfolgendes Aufstäuben von Ti und Pt, dem ein Vakuumniederschlag von Au folgt, erzeugt. Nach dem Lappen und anschließendem chemischem Ätzen der unteren Oberfläche des Substrates 31 zu dem Zweck, die Substratdicke zu steuern, wird auf der unteren Oberfläche des Substrates 31 eine weitere Ohmsehe Kontaktelektrode 38 durch Vakuumniederschlag einer bekannten Legierung aus Au-Ge-Ni gebildet, womit die in Fig. 4(d) gezeigte Vorrichtung hergestellt wird.

Eine Anzahl von Lasern, die in einer Scheibe fortlaufend in Zeilen und Spalten gebildet worden sind, wird dann in einzelne Stücke unterteilt. Die Elektrode 37 wird dann durch Heißbondung auf einem Wärmeabführkörper befestigt, und Golddraht wird auf die Elektrode 38 gebondet.

Der auf die zuvor beschriebene Weise hergestellte GaAs-Ga₁ Al As-Halbleiterlaser zeigt bei Raumtemperatur einen zufriedenstellenden Betrieb einer stabilen kontinuierlichen Laserwelle eines Grundmoden.

Beispiel 2

Es wird nun das in Fig. 5 gezeigte Ausführungsbexspiel 2 erläutert:

Als erstes wird auf einer Hauptoberfläche eines Substrates mit η-Leitfähigkeit eine Terrasse 311 erzeugt, beispielsweise durch Ätzen eines halben Teils der Haupt-Oberfläche zum Zweck

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der Bildung einer Stufe T, wie in Fig. 5(a) gezeigt ist.

Als zweites bildet man die in Fig. 5(b) gezeigten folgenden Schichten der Reihe nach durch Flüssigphasenepitaxiezüchten:

auf dem Substrat 31 mit n⁺-Leitfähigkeit:

einedünne erste Mantelschicht 32 mit n-Leitfähigkeit,

eine aktive Schicht 33, die nicht dotiert ist,

eine zweite Mantelschicht 34 mit p-Leitfähigkeit,

eine Elektrodenkontaktierungsschicht 35 mit p⁺-Leitfähigkeit,

- und eine Strombegrenzungsschicht 46 mit n-Leitfähigkeit, die sich selektiv ätzen läßt.

Bei den erwähnten, aufeinanderfolgenden epitaktischen Züchtungen wird in der ersten Mantelschicht 32 ein dicker Teil 321 am Fuß der Stufe T erzeugt. Auch die aktive Schicht 33 wird auf dem dicken Teil 321 dicker als auf den anderen Teilen der ersten Mantelschicht 32, wenn dies auch in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Als drittes wird auf der Oberfläche der Strombegrenzungsschicht 46 eine (nicht gezeigte) Ätzmaske erzeugt, in der dann eine streifenförmige öffnung 461 gebildet wird, um einen streifenförmigen Teil der Oberfläche der Strombegrenzungsschicht 46 mittels einer bekannten Photoätzmethode freizulegen. Dann wird durch Ätzen der freigelegten streifenförmigen Oberfläche der Strombegrenzungsschicht 46, und zwar unter Verwendung der Ätz-

maske, die öffnung 461 über dem dicken Teil 321 gebildet (Fig. 5(c)). Die Breite der streifenförmigen Strominjektionsöffnung 46l liegt vorzugsweise unter 10 ,um, um die Zerstreuung des Stroms in gewünschter Weise zu begrenzen.

Als viertes wird, nachdem ein Fremdstoff, wie Zink, für einen Ohmschen Kontakt, durch die Öffnungen der Ätzmaske und der Strombegrenzungsschicht 461 hindurch auf die freigelegte Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 35 diffundiert worden ist, auf der freigelegten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 35 sox^ie auf der Oberfläche der Strombegrenzungsschicht 46 eine Ohmsche Kontaktelektrode 37 erzeugt. Und dann wird auf der unteren Oberfläche des η -leitenden Substrates eine weitere Ohmsche Kontaktelektrode 38 gebildet (Fig. 5(d)).

Für das beschriebene Ausführungsbeispiel kann man beispielsweise folgende Halbleitersubstanzen verwenden:

(1) Ga_1- Al As für die aktive Schicht und

Ga. Al„As für die Mantelschichten (O ^s y<x<l).

(2) InGaAsP für die aktive Schicht und InP für die Mantelschichten.

(3) GaInAs für die aktive Schicht und GaInP für die Mantelschichten.

(4) GaAlAsSb für die aktive Schicht und GaAlAs für die Mantelschichten,

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Die gemäß der zuvor beschriebenen Methode hergestellte Vorrichtung weist das strukturelle Merkmal auf, daß die erste Mantelschicht 32 am Fuß der Terrasse einen dickeren Teil 321 und in dem anderen Teil als dem dickeren Teil 321 dünnere Teile 322, 322 aufweist. Daher absorbiert das Substrat 31 durch die dünneren Teile 322, 322 hindurch Lichtanteile der außerhalb der Mitte liegenden Teile der aktiven Schicht 33· Ferner bildet die erste Mantelschicht 32 eine geknickte oder gekrümmte Fläche, die aus einem oberen horizontalen Teil, einem un- · teren horizontalen Teil und einem schmalen, streifenförmigen schrägen Teil dazwischen besteht. Demgemäß weist die dünne aktive Schicht 33, die auf der gekrümmten Fläche der ersten Mantelschicht 32 gebildet ist, eine ähnliche geknickte oder gekrümmte Form auf und besitzt folglich zwei Knick- oder Krüinmungsteile auf beiden Seiten ihres streifenförmigen schrägen Teils, Solche gekrümmten Teile beidseits des schrägen Teils der aktiven Schicht 33 dienen zur Begrenzung des Lichtes auf dem schrägen Teil, wodurch ein stabiler Grundmodenlaserbotrieb erzeugt wird.

Der Laser gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5(d) weist nicht die zuvor erwähnten Nachteile der herkömmlichen Laser gemäß den Fig. 1 bis 3 auf. Der Laser des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5(d) besitzt eine höhere Stabilität des Laserschwingungsmoden und läßt sich auch einfacher herstellen als der herkömmliche Laser, da der Vorgang des epitaktischen Züchtens in einer Folge durchgeführt werden kann. Ferner v/eist der Laser· dieses Ausführungsbeispiels eine Sti'ombegrenaungsschicht kt auf,

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die durch epitaktische Züchtung anstatt aus einer SiO„-Schicht hergestellt ist. Daher ist die Wärmeabstrahlung der Vorrichtung zufriedenstellend und tritt kein Problem einer Verschlechterung aufgrund mechanischer Spannungen auf, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten in der Vorrichtung verursacht werden.

Es folgt nun ein Beispiel für die Herstellung eines Lasers nach Fig. 5(d), bei dem die aktive Schicht aus GaAs und die Mantelschichten aus Ga. Al As bestehen:

J. —X X

Als erstes wird auf einer Hauptfläche einer (1ΌΟ)-Ebene eines n⁺-GaAs-Substrates 31 eine Terrasse gebildet, und zwar durch selektives chemisches Ätzen in solcher Weise, daß die vertikale Ebene der Stufe T von etwa 1 .um der Terrasse vertikal zu einer (HO)-Ebene verläuft, d.h., einer Abspaltungsebene, wodurch das Substrat nach Fig. 5(a) erzeugt wird.

Zweitens werden auf dem Substrat 31 die folgenden Schichten, wie sie in Fig. 5(b) gezeigt sind, gebildet, und zwar durch aufeinanderfolgende Flüssigphasenepitaxiezüchtung mit einer Starttemperatur von 85O⁰C und einer Abkühlgeschwindigkeit von O,5°C pro Minute, nämlich

eine erste Mantelschicht 32 aus O.,2 ,um dickem n-Ga._ Al As

durch eine Züchtungsdauer von 20 Sekunden,

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eine nicht dotierte aktive Schicht 33 aus 0,1,um dickem GaAs

durch eine Züchtungsdauer von 1 Sekunde,

eine zweite Mantelschicht 34 aus 1,5/Um dickem

P-^Gal-x^A1x^As

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten,

eine Elektrodenkontaktierungsschicht 35 aus 1 ,um dickem p-GaAs

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten, und

eine Strombegrenzungsschicht 46 aus 1 ,urn dickem durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten.

ⁿ"^Gal-y^A1y^As

Als drittes wird auf der Strombegrenzungsschicht 46 mittels

ο einer bekannten Methode eine etwa 3000 A (300 nm) dicke Si-,N|,-Schicht (nicht gezeigt) erzeugt, und eine streifenförmige öffnung mit einer Breite von 5/um wird über einem schrägen Teil der aktiven Schicht 33 über dem Fußteil der Stufe T gebildet (Fig. 5(c)). Dann wird der freigelegte streifenförmige Teil der darunterliegenden Strombegrenzungsschicht 46 mittels einer bekannten chemischen Ätzmethode selektiv geätzt, und zwar unter Verwendung der Si,Nj.-Schicht mit der streifenförmigen Öffnung als Ätzmaske. Dadurch wird eine öffnung 461 erzeugt, durch welche die Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 3 5 freigelegt wird. Um beim selektiven Ätzen der StrombegrenKungsschicht 46 nicht die Elektrodenkontakt2erungr>schicht 35 zu ätzen, wird ein selektiv wirkendes Ätzmittel verwendet, wie

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30prozentiges HCl mit einer Temperatur von 6O°C, 30prozentiges Η,ΡΟ^ mit einer Temperatur von 13O°C oder deren Mischung mit einer Temperatur von etwa 6O⁰C.

Als viertes wird, nachdem durch die öffnung 461 Zink auf die freigelegte Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht diffundiert worden ist, eine Ohmsche Kontaktelektrode 37 durch aufeinanderfolgendes Aufstäuben von Ti und Pt, dem ein Niederschlagen von Au im Vakuum folgt, erzeugt. Nach einem Läppen und anschließendem chemischem Ätzen der unteren Oberfläche des Substrates 31 zum Zweck der Steuerung der Dicke des Substrates wird eine weitere Ohmsche Kontaktelektrode 38 auf der unteren Oberfläche des Substrates 31 gebildet, und zwar durch Niederschlagen einer bekannten Legierung von Au-Ge-Ni im Vakuum, wodurch die in Fig. 5(d) gezeigte Vorrichtung gebildet wird.

Eine Anzahl von Lasern, die in einer Scheibe fortlaufend in Zeilen und Spalten hergestellt worden sind, wird dann in einzelne Stücke zerteilt. Die Elektrode 37 wird dann mittels Heißbondung auf einem Wärmeabführungskörper befestigt, und Golddraht wird auf die Elektrode 38 gebondet.

Der mit dem beschriebenen Verfahren hergestellte GaAs-Ga. Al As·

■ J.™X X

Halbleiterlaser zeigt eine zufriedenstellende Arbeitsweise einer stabilen kontinuierlichen Laserv?elle des Grundmoden bei Raumtemperatur und besitzt zufriedenstellende Wärmeabstrahleigenschaften.

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Beispiel 3

Es wird nun das in Pig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel 3 erläutert:

Als erstes wird auf einer Hauptfläche eines Substrates 51 mit n⁺-Leitfähigkeit eine Terrasse gebildet, beispielsweise dadurch, daß ein halber Teil der Hauptfläche geätzt wird, um eine Stufe T zu erzeugen. Dann wird am Fuß der Stufe eine streifenförmige Diffusionssperrmaske 510 gebildet, und auf der gesamten Oberfläche des Substrates wird eine Diffusionssteuermaske 511 gebildet(beispielsweise eine SiO„-Maske, wie es in Fig. 6(a) gezeigt ist). Und ein p-Dotierstoff wird selektiv in das Substrat 51 diffundiert. Danach werden die Masken 511 und 510 entfernt. Dadurch werden diffundierte Schichten 52, 52 auf der Oberfläche des Substrates gebildet (Fig. 6(b)).

Als zweites werden gemäß Fig. 6(c) die folgenden Schichten der Reihe nach durch Flüssigphasenepitaxiezüchtung erzeugt:

auf dem n⁺-leitenden Substrat 51 mit selektiv diffundierten p-leitenden Zonen 52:

eine erste dünne Mantelschicht 53 mit η-Leitfähigkeit,

eine aktive Schicht 5²*> die nicht dotiert ist,

eine zweite Mantelschicht 55 roit p-Leitfähigkeit,

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eine Elektrodenkontaktierungsschicht 56 mit p⁺-Leitfähigkeit,

und eine Strombegrenzungsschicht 57 mit η-Leitfähigkeit, die sich selektiv ätzen läßt.

Bei den zuvor beschriebenen, aufeinanderfolgenden epitaktischen Züchtungen wird am Fuß der Stufe T in der ersten Mantelschicht 53 ein dicker Teil 531 gebildet. Auch die aktive Schicht ⁵⁴ wird auf dem dicken Teil 531 dicker als auf den anderen Teilen der Mantelschicht 53, wenn dies auch nicht gezeigt ist.

Als drittes wird auf der gesamten Oberfläche der Strombegrenzungsschicht 57 eine Ätzmaske 58 erzeugt, in der dann eine streifenförmige öffnung 58I gebildet wird, um einen streifenförmigen Teil der Oberfläche der Strombegrenzungsschicht 57 freizulegen, und zwar mittels einer bekannten Photoätzmethode (Fig. 6(c)). Dann wird durch Ätzen der freigelegten streifenförmigen Oberfläche der Strombegrenzungsschicht 57 unter Verwendung der Ätzmaske 58 die öffnung 571 über dem dicken Teil erzeugt. Die Breite der streifenförmigen Strominjektionsöffnung 571 liegt vorzugsweise unter 10 ,um, um in gewünschter Weise die Zerstreuung des Stroms zu begrenzen.

Als viertes wird die Ätzmaske 58 entfernt, nachdem ein Fremdstoff, wie Zink, für einen OhmschenKontakt durch die öffnungen der Ätzmaske und der Strombegrenzungsschicht hindurch auf die freigelegte Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 56 diffundiert worden ist (Fig. 6(d)).

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Als fünftes wird auf der freigelegten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 56 sowie auf der Oberfläche der Strombegrenzungsschicht 57 eine Ohmsche Kontaktelektrode 59 erzeugt. Und eine weitere Ohmsche Kontaktelektrode 60 wird auf der Unterseite des η -Substrates gebildet, wie in Fig. 6(e) gezeigt ist.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel kann man beispielsweise die folgenden Halbleitersubstanzen verwenden:

(1) Ga. Al As für die aktive Schicht und

Ga_1-AIyAs für die Mantelschichten (O ^sy<x<l).

(2) InGaAsP für die aktive Schicht und ι

InP für die Mantelschichten.

(3) GaInAs für die aktive Schicht und GaInP für die Mantelschichten.

(4) GaAlAsSb für die aktive Schicht und GaAlAs für die Mantelschichten.

Die nach der zuvor beschriebenen Methode hergestellte Vorrichtung besitzt das strukturelle Merkmal, daß die erste Mantelschicht 53 einen dickeren Teil 531 am Fuß der Terrasse und dünnere Teile im anderen Teil als dem dickeren Teil 531 aufweist Daher absorbiert das Substrat 51 durch die dünneren Teile hindurch Lichtanteile der außerhalb der Mitte liegenden Teile deraktiven Schicht 5k. Ferner bildet die erste Mantelschicht 53

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eine geknickte oder gekrümmte Oberfläche mit einem oberen horizontalen Teil, einem unteren horizontalen Teil und'einem schmalen, streif enförmigen schrägen Teil dazwischen. Demgemäß vreist die aktive Schicht 5^> die auf der geknickten oder gekrümmten Oberfläche der ersten Mantelschicht 53 gebildet ist, eine ähnliche geknickte oder gekrümmte Form auf, und hat.folglich zwei gekrümmte Teile beidseits ihres streifenförmigen schrägen Teils. Solche gekrümmten Teile auf beiden Seiten des schrägen Teils der aktiven Schicht 5^ dienen der Begrenzung des Lichtes auf dem schrägen Teil, wodurch ein stabiler Grundmode erzeugt wird. Auch wird durch das Zusammenwirken der Stromwegverengungen durch die Strombegrenzungsschicht 57 und den unter den diffundierten Schichten 52, 52 gebildeten p-n-übergang der in die aktive Schicht 5h injizierte Strom auf einen schmalen Teil konzentriert. Daher ist der Lasermode stabil.

Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist zudem die aktive Schicht 5^ im schrägen Teil zwischen den beiden gekrümmten Teilen dick, und daher wird der Grundmode leicht auf den dicken Teil der aktiven Schicht 5^ beschränkt.

Der Laser des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6(e) weist nicht die zuvor erwähnten Nachteile der herkömmlichen Laser nach den Fig. 1 bis 3 auf. Und überdies besitzt der Laser des Ausführungsbeispiels nach Fig. 6(e) eine höhere Stabilität des Lasermoden und eine zufriedenstellende Wärrneabstrahlungseigenschaft« Außerdem läßt er sich einfacher herstellen als der herkömmliche Laser, da der epitaktische Züchtungsprozeß

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in einer Folge ausgeführt werden kann. Ferner weist der Laser dieses Ausführungsbeispiels anstelle einer SiOp-Schicht eine epitaktisch gezüchtete Strombegrenzungsschicht 57 auf. Daher ist die Wärmeäbstrahlung der Vorrichtung zufriedenstellend und besteht kein Problem einer Verschlechterung durch mechanische Spannungen, die durch unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten in der Vorrichtung verursacht sind.

Ein Beispiel für die Herstellung eines Lasers nach Fig. 6(e), bei dem die aktive Schicht 5¹* aus GaAs und die Mantelschichten 53 und 55 aus Ga_1- Al As bestehen, ist folgendermaßen:

Als erstes wird auf einer Hauptfläche einer (lOO)-Ebene eines η -GaAs-Substrates 51 eine Terrasse gebildet, und zwar durch selektives chemisches Ätzen in solcher Weise, daß die vertikale Ebene der Stufe T von etwa 1,um der Terrasse vertikal zu einer (110)-Ebene, d.h., einer Abspaltungsebene, verläuft. Dann wird am Fuß der Stufe eine 5 ,um breite, streifenförmige Diffusions-

o
sperrmaske 510 aus 3000 A (300 nm) dickem Si„Nh gebildet, und eine Diffusionssteuei-maske 511 aus 1500 A (150 nm) dickem SiOp wird auf der gesamten Oberfläche des Substrates erzeugt (Fig. 6(a)). Durch die SiO₂-Schicht 511 wird bei 800°C p-Leitfähigkeit führender Zink-Dotierstoff in das Substrat 51 diffundiert, und danach werden die Masken .510 und 511 entfernt, wodurch diffundierte Schichten 52, 52 auf der Oberfläche des Substrates gebildet werden, wie in Fig. 6(b) gezeigt ist. Bei der Diffusion besteht kein Problem, daß das Zink unter die Diffusionsapei-rmaske 511 diffundiert. Die Oberi'lächenkorizentration des diffundierten Potierr.toffs betrug 10" f,toir.?/cnr

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Als zweites werden auf dem η -GaAs-Substrat 11 die folgenden Schichten gebildet (Fig. 6(b)), und zwar durch aufeinanderfolgendes Flüssigphasenepitaxiezüchten bei einer Starttemperatur von 85O^UC und einer Abkühlungsgeschwindigkeit von O,5⁰C/ Minute, nämlich

um

eine erste Mantelschicht 53 aus 0,2, dickem n-Ga. Al As

durch eine Züchtungsdauer von 20 Sekunden,

eine nicht dotierte aktive Schicht 54 aus 0,1,um dickem n-GaAs ·

durch eine Züchtungsdauer von 1 Sekunde,

eine zweite Mantelschicht 55 aus 1,5,um dickem P"^Gal-x^A1x^As

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten,

eine Elektrodenkontaktierungsschicht 56 aus 1 ,um dickem p-GaAs

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten,

und eine Strombegrenzungsschicht 57 aus 1,um dickem 11-Ga_1- Al As

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten.

Als drittes wird eine etwa 3000 A (300 nm) dicke SijN^-Schicht

mittels einer bekannten Methode als Ätzmaske auf der Strombegrensungsschieht 57 erzeugt, und eine streifenförmige öffnung mit einer Breite von 5 ,um viird über einem schrägen Teil der

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über dem Fußteil der Stufe T gebildeten aktiven Schicht 5^ erzeugt, wie in Fig. 6(c) gezeigt ist. Dann wird der freigelegte streifenförmige Teil der darunterliegenden Strombegrenzungsschicht 57 mitfcfils einer bekannten chemischen Ätzmethode selektiv geätzt, und zwar unter Verwendung der SijNj.-Maske 58 mit der streifenförmigen öffnung als Ätzmaske, wodurch eine Öffnung 571 erzeugt wird, durch welche die Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 56 freigelegt v/ird. Um nicht die Elektrodenkontaktierungsschicht 56 zu ätzen, wird beim selektiven Ätzen der Strombegrenzungsschicht 57 ein selektiv ■ wirkendes Ätzmittel, wie 30prozentiges HCl mit einer Temperatur von 6O°C, 30prozentiges H^PO₂. mit einer Temperatur von 130°C oder deren Mischung mit einer Temperatur von etwa 60⁰C verwendet.

Als viertes wird, nachdem durch die Öffnung 571 hindurch Zink auf die freigelegte Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 56 diffundiert und die Maskenschicht 58 entfernt worden ist, eine Ohmsche Kontaktelektrode 59 erzeugt_s und zwar durch aufeinanderfolgendes Aufstäuben von Ti und Pt, dem ein im Vakuum durchgeführter Niederschlag von Au folgt. Nach einem Lappen und anschließendem chemischem Ätzen der unteren Oberfläche des Substrates 51 zu dem Zweck, dessen Dicke zu steuern, wird auf der Unterfläche des Substrates 51 eine weitere Ohmsche Kontaktelektrode 60 erzeugt, und zwar durch Niederschlagen einer bekannten Legierung von Au-Ge-Ni im Vakuum, so daßdie in Fig. 6(e) gezeigte Vorrichtung hergestellt wird.

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Eine Anzahl von Lasern, die aufeinanderfolgend in Reihen und Spalten in einer Scheibe gebildet worden sind, wird dann in einzelne Stücke zerteilt. Die Elektrode 59 wird mittels Heißbondung auf einer· Wärmeab führvorri cht ung befestigt, und Golddraht wird auf die Elektrode 60 gebondet.

Der durch den beschriebenen Vorgang hergestellte GaAs-Ga. Al As-

χ—y~ χ

Halbleiterlaser zeigt einen zufriedenstellenden, stabilen kontinuierlichen Laserbetrieb eines Grundmoden bei Raumtemperatur und weist eine zufriedenstellende Wärmeabfuhreigenschaft auf.

Durch Verwendung der Diffusionssteuermaske 511 aus SiO„ kann eine Verschlechterung der Substratoberfläche, Vielehe die Eigenschaften der epitaktisch gezüchteten Schichten nachteilig beeinflussen könnte, zufriedenstellend ausgeschaltet werden.

Beispiel*!

Anschließend wird das in Fig. 7 gezeigte Ausführungsbeispiel ¹J erläutert:

Als erstes wird auf einer Hauptoberfläche eines n⁺-leitenden Substrates 51 eine Terrasse 512 erzeugt, beispielsweise durch Ätzen eines halben Teils der Hauptoberflache, um eine Stufe T zu bilden. ■

Dann wird am Fuß der Stufe eine streifenförmige Diffusionssperrmaske 510 gebildet, und eine Diffusionssteuerniaske 511 wird auf

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der gesamten Oberfläche des Substrates erzeugt (Fig.- 7Ca)). Und um das Substrat 51 wird selektiv ein zu p-Leitfähigkeit führender Fremdstoff diffundiert, und danach werden die Masken 511 und 510 der Reihe nach entfernt, wodurch diffundierte Schichten 52, 52 auf der Oberfläche des Substrates erzeugt v/erden (Fig. 7(b)).

Als zweites werden gemäß Fig. 7(c) die folgenden Schichten der Reihe nach durch Flüssigphasenepitaxiezüchtung erzeugt:

auf dem n*-leitenden Substrat 51 mit selektiv diffundierten p-leitenden Zonen 52:

eine erste Mantelschicht 53 mit n-Leitfähigkeit,

eine aktive Schicht 5^> die nicht dotiert ist,

eine zweite Mantelschicht 55 mit p-Leitfähigkeit,

und eine Elektrodenkontaktierungsschicht 56 mit p-Leitfähigkeit.

Bei den beschriebenen nacheinander durchgeführten epitaktischen Züchtungen wird in der ersten Mantelschicht 53 ein dicker Teil 531 am Fuß der Stufe T gebildet. Auch die aktive Schicht 5^h wird auf dem dicken Teil 531 dicker als auf den anderen Teilen der ersten Mantelschicht 53> wenn dies in der Zeichnung auch nicht gezeigt ist.

Als drittes wird auf der gesamten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 56 eine Isolierschicht 67 als Stronibegren-

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zungsschicht erzeugt, und dann wird die Isolierschicht 67 unter Anwendung einer bekannten Photoätzmethode geätzt, um einen streifenförmigen Teil der Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 56 freizulegen, wodurch eine streifenförmige Strominjektionsöffnung 671 über dem dicken Teil 531 erzeugt wird
(Fig. 7(d)). Die Breite der streifenförmigen Strominjektionsöffnung 671 liegt vorzugsweise unter 10 ,um, um in gewünschter Weise die Streuung des Stroms zu begrenzen.

Als viertes wird, nachdem durch die Öffnung 671 ein Fremdstoff, wie Zink, für einen OhmschmKontakt auf die freigelegte Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 56 diffundiert worden ist, auf der freigelegten Oberfläche der Elektrodenkonta-ktierungsschicht 56 sowie auf der Oberfläche der Isolierschicht 67 eine Ohmsche Kontaktelektrode 59 erze-ugt.. Und eine weitere Ohmsche Kontaktelektrode 60 wird auf der Unterseite des n^-Substrates 51 gebildet, wie in Fig, 7(e) gezeigt ist.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel kann man beispielsweise folgende Halbleitermaterialien verwenden:

(1) Ga₁ Al As für die aktive Schicht und

* j »y

Ga_1-Al As für die Mantelsehichten (0 ^sy<x<l).

(2) InGaAsP für die aktive Schicht und
InP für die Mantelschichten.

(3) GaInAs für die aktive Schicht und
GaInP für die Mantelachichten.

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(H) GaAlAsSb für die aktive Schicht und GaAlAs für die Mantelschichten.

Die mit der zuvor beschriebenen Methode hergestellte Vorrichtung weist das strukturelle Merkmal auf, daß die erste Mantelschicht 53 einen dickeren Teil 531 am Fuß der Terrasse und dünnere Teile im anderen als dem dickeren Teil aufweist. Daher

51

absorbiert dao Substrat/durch die dünneren Teile hindurch Lichtanteile der außerhalb der Mitte liegenden Teile der aktiven Schicht 54. überdies bildet die erste Mantelschicht 53 eine gekrümmte Oberfläche mit einem oberen horizontalen Teil, einem unteren horizontalen Teil und einem schmalen, streifenförmigen schrägen Teil dazwischen. Demgemäß weist die auf der gekrümmten Oberfläche der ersten Mantelschicht 53 gebildete dünne aktive Schicht 5^ eine ähnliche gekrümmte Konfiguration auf und besitzt folglich zwei gekrümmte Teile beidseits ihres streifenförmigen schx'ägen Teils. Solche gekrümmten Teile auf beiden Seiten des schrägen Teils der aktiven Schicht 5'I dienen zur Begrenzung des Lichtes auf dem schrägen Teil, wodurch ein stabiler Grundraodenlaser erzeugt wird. Auch wird durch das Zusammenwirken der Stromv/egverengungen aufgrund der Strombegrenzungsschicht 57 und des unter den diffundierten Schichten 52, 52 gebildeten pn-über'gangs der in die aktive Schicht 5^ injizierte Strom auf einen schmalen Teil konzentriert. Deshalb ist der Mode des Laserbetriebs stabil.

Der Laser gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7(e) weist nicht die zuvor beschriebenen Nachteile der herkömmlichen Laser

909848/073S

nach den Pig. 1 bis 3 auf. Und überdies besitzt der Laser des Ausführungsbeispiels nach Fig. 7(e) eine höhere Stabilität des Lasermoden und außerdem ist er einfacher herzustellen als der herkömmliche Laser, da der epitaktische Züchtungssvorgang in einer Folge durchgeführt werden kann.

Ein Beispiel für die Herstellung eines Lasers nach Fig. 7(e), bei dem die aktive Schicht aus GaAs und die Mantelschichten, aus Ga_1- Al As bestehen, ist folgendermaßen:

Als erstes wird auf einer Hauptfläche einer (100)-Ebene eines n⁺-GaAs-Substrates 51 eine Terrasse gebildet, und zwar durch selektives chemisches Ätzen in einer solchen Weise, daß die vertikale Ebene der Stufe T mit etwa 1.um der Terrasse vertikal zu einer (HO)--Ebene, d.h., einer Abspaltungsebene, verläuft. Dann wird eine 5/Um breite, streifenförmige Diffusions-

sperrmaske 510 aus 3000 A (300 nra) dickem Si-ZN₁. am Fuß der Stufe gebildet, und eine Diffusionssteuermaske 511 aus 1500 A (150 nra) dickem Si0„ wird auf der gesamten Oberfläche des Substrates erzeugt, wie es in Fig. 7(a) gezeigt ist. Durch die SiO₂-Schicht 511 wird bei 80O⁰C ein zu p-Leitfähigkeit führender Zink-Dotierstoff selektiv in das Substrat 51 diffundiert, und danach werden die Masken 511 und 510 entfernt, wodurch diffundierte Schichten 52, 52 auf der Oberfläche des Substrates gebildet werden (Pig. 7(b)). Bei der Diffusion besteht kein Problem, daß das Zink unter die Diffusionssperrmaske 511 diffundiert. Die Oberflächenkonzentration des diffundierten Dotierstoffs betrug 10 Atome/cm-⁵.

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Als zweites werden auf dem Substrat 51 durch eine nacheinander erfolgende Flüssigphasenepitaxiezüchtung mit einer Starttemperatur von 85O⁰C und einer Abkühlungsgeschwindigkeit von O,5°C/Minute die folgenden Schichten erzeugt, nämlich

eine erste Mantelschicht 53 aus O,2,um dickem ⁿ-^Gal-x^A1x^As

durch eine Züchtungsdauer von 20 Sekunden,

eine nicht dotierte aktive Schicht 5^ aus 0,1,um dickem GaAs

durch eine Züchtungsdauer von 1 Sekunde,

eine zweite Mantelschicht 55 aus l,5^um dickem P-Ga₁^_xAl_xAs

durch eine Züchtungsdauer von 1J5 Minuten,

und eine Elektrodenkontaktierungsschicht 56 aus 1 ,um dickern p-GaAs

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten.

Als drittes wird eine 3000 X (300 nm) dicke Si^-Schicht mittels einer bekannten Methode auf der Elektrodenkontaktierungnschicht 56 erzeugt, und eine streifenförmige Öffnung 67I mit einer Breite von 5/Um wird über einem schrägen Tail der* aktiven Schicht 54, der über dem Fußteil der Stufe ΐ gebildet ist, erzeugt (Fig. 7(d)).

Als viertes wird, nachdem durch dia Öffnung 67.1 Zink auf die freigelegte Oberfläche der Elektroäenkontaktierungssehicht

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diffundiert worden ist, eine Ohmsche Kontaktelektrode 59 erzeugt, und zwar durch aufeinanderfolgendes Aufstäuben von Ti und Pt, dem ein im Vakuum durchgeführtes Niederschlagen von Au folgt. Nach einem Läppen und anschließendem chemischem Ätzen der Unterfläche des Substrates 51 zur Steuerung von dessen Dicke wird außerdem eine weitere Ohmsche Kontaktelektrode 60 auf der Unterfläche des Substrates 51 gebildet, und zwar durch Vakuuinniederschlag einer bekannten Legierung aus Au-Ge-Ni, wodurch die in Fig. 7(^G) gezeigte Vorrichtung hergestellt wird.

Eine Anzahl von Lasern, die aufeinanderfolgend in Reihen und Spalten in einer Scheibe hergestellt worden sind, wird dann in einzelne Stücke zerteilt. Die Elektrode 59 wird durch Heißbonden auf einer Wärmeabführvorrichtung befestigt, und Golddraht wird auf die Elektrode 60 gebondet. .

Der durch das zuvor beschriebene Verfahren hergestellte GaAs-Ga_1-rAl As-Laser zeigt einen zufriedenstellenden, stabilen kontinuierlichen Laserbetrieb eines Grundmoden bei Raumtemperatur.

Eine Abwandlung des Lasers dieses Ausführungsbeispiels erhält man dadurch, daß man die diffundierten Schichten 52, 52 durch eine einen hohen spezifischen Widerstand aufweisende Schicht auf dem Halbleitersubstrat mit einem Terrassenabschnitt ersetzt.

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Beispiel 5

Nachfolgend wird ein in Fig. 8 gezeigtes Ausführungsbeispiel 5 erläutert:

Als erstes wird eine Terrasse 711 auf einer Hauptfläche eines Substrates 71 mit η-Leitfähigkeit erzeugt, indem beispielsweise ein halber Teil der Hauptebene zur Bildung einer Stufe T geätzt wird, wie es in Fig. 8(a) gezeigt ist.

Als zweites werden, wie in Fig. 8(b) gezeigt ist, die folgenden Schichten der Reihe nach durch Flüssigphasenepitaxiesüchten erzeugt:

auf dem Substrat 71 mit n⁺-Leitfähigkeit:

eine dünne erste Mantelschicht 72 mit n-Leitfähigkoit,

eine aktive Schicht 73, die nicht dotiert ist,

eine zweite Mantelschicht 7^ mit p-Leitfähigkeit,

und eine Elektrodenkontaktierungsschieht 75 mit p⁺-Leitfähigkeit.

Bei den zuvor beschriebenen, der Reihe nach durchgeführten epitaktischen Züchtungen ist in der ersten Mantelschicht 72 ein dicker Teil 721 am Fuß der Stufe T gebildet worden.

Als drittes wird eine Isolierschicht 76 als Strombegrenzung^;-

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schicht auf der gesamten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 75 erzeugt. Dann wird die Isolierschicht 76 mittels einer bekannten Photoätzmethode geätzt, um einen streifenförmigen Teil der Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht freizulegen. Damit-wird eine streifenförmige Strominjektionsöffnung. 761 über dem dicken Teil 721 erzeugt (Fig. 8(c)). Die Breite der streifenförmigen Strominjektionsöffnung 76l liegt vorzugsweise unter 10 ,um, um wunschgemäß die Stromstreuung zu begrenzen.

Als viertes wird, nachdem durch die Öffnung 761 ein Dotierstoff, wie Zink, für einen Ohmschen Kontakt auf die freigelegte Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 75 diffundiert worden ist, eine Ohrasche Kontaktelektrode 77 auf der freigelegten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 75 sowie auf der Oberfläche der Isolierschicht 76 gebildet. Und eine weitere Ohmsche Kontaktelektrode 78-wird auf der Unterfläche des η -leitenden Substrates 71 erzeugt, wie in Fig. 7(c) gezeigt ist. An die Stelle der zuvor erwähnten Isolierschicht 76 kann eine Strombegrenzungsschicht des Leitfähigkeitstyps des Substrates 71 treten.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel können beispielsweise folgende Halbleitermaterialien verwendet werden:

(1) Ga₁ ,AIyAs für die aktive Schicht und Ga. Al^As für die Mantelschichten (O ^s y<x<l).

X '"* X X

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(2) InGaAsP für die aktive Schicht und InP für die Mantelschichten.

(3) GaInAs für die aktive Schicht und GaInP für die Mantelschichten.

(4) GaAlAsSb für die aktive Schicht und GaAlAs für die Mantelschichten.

Allgemein gilt: Wenn eine epitaktisch gezüchtete Schicht auf einem Substrat mit einem Terrassenteil gebildet wird, ist in einer Anfangsstufe des epitaktischen Züchtens die Züchtgeschwindigkeit des konkaven Eckenteils, d.h., des Teils am Fuß der Terrassenstufe, größer als bei anderen Teilen, und diese Erscheinung herrscht speziell in der ersten gezüchteten Schicht, d.h., der ersten Mantelschicht 72, vor. Demgemäß ist es durch Auswahl der Zuchtungsbedingung möglich, daß die erste Mantelschicht 72 einen dicken Teil 721 aufweist, der die Stufe umrundet und ausreichend dick ist, um eine Lichtabsorption durch das Substrat 71 zu verhindern, sowie dünnere Teile, die fern vom Stufenteil liegen und ausreichend dünn sind, um eine Lichtabsorption durch sie hindurch in das Substrat 71 zu erlauben.

Wenn der Laser dieses Ausführungsbeispiels ein GaAs-GaAlAf--Laser ist und die erste Mantelschicht 72 n-leitendes Ga_{Q 7}A1_Q ,As ist, sind die Lichtabsorptionskoeffizienten für einige verschiedene Dicken der ersten Mantelschicht folgendermaßen:

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1 ,um dick 10 cm"

0,5 ,um dick 100 cm"

0,3,um dick 300 cm

0,2/Um dick 1000 cm"¹.

Wenn man also die Dicke des dicken Teils 721 größer als 1 ,um macht, wird eine Absorption von Licht im schrägen Teil der aktiven Schicht 73 durch den dicken Teil 721 hindurch in das Substrat 71 im wesentlichen verhindert. Wenn man außerdem den fernab liegenden dünnen Teil weniger als 0,5,um dick macht, wird das Licht im fernab liegenden Teil (dem horizontalen Teil der aktiven Schicht 73) durch den dünnen Teil der ersten Mantelschicht 72 hindurch in das Substrat hinein beträchtlich absorbiert .

Ferner bildet die erste Mantelschicht 72 eine gekrümmte Oberfläche mit einem oberen horizontalen Teil, einem unteren horizontalen Teil und einem schmalen streifenförmigen schrägen Teil dazwischen, wie in Fig. 8(c) gezeigt ist. Demgemäß weist die dünne aktive Schicht 73> die auf der gekrümmten Oberfläche der ersten Mantelschicht 72 gebildet ist, eine ähnliche gekrümmte Konfiguration auf, und besitzt folglich zwei gekrümmte Teile 80 und 81 beidseits ihres streifenförmigen schrägen Teils. Solche gekrümmten Teile auf beiden Teilen des schrägen Teils der aktiven Schicht 73 verhindern, daß Licht durch sie hindurch entweicht. Daher ist der schräge Teil zwischen dem paar gekrümmter Teile 80 und 81 optisch von den horizontalen Teilen isoliert, wodurch er einen Lasermoden aufweist, der von dem der letzteren verschieden ist. Demgemäß wird im schrägen Teil

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- ^kk ' 2920A5A

der aktiven Schicht 73 ein Grundmodenlaserbetrieb erzeugt.

Ferner hat es sich erwiesen, daß die aktive Schicht 73 am schrägen Teil zwischen den gekrümmten Teilen 80 und 8l 10 bis 20 % dicker als an den anderen Teilen (d.h. ddn horizontalen Teilen) wird. Daher bildet die aktive Schicht 73 eine rippenförmige Wellenleiterkonfiguration, und das Laserlicht v/ird auf den schrägen Teil zwischen den beiden gekrümmten Teilen 80 und 8l begrenzt. Der Unterschied der effektiven Brechungsindices für Licht des dickeren Teils und für Licht des dünneren Teils der aktiven Schicht 73 liegt im Größenordnungsbereich von 10 Um einen Laserbetrieb im TE₀₀~Moden für einen solchen Differenzwert zu erhalten, muß die Breite der Laserlicht ausstrahlenden Zone vorzugsweise unter 3/Um liegen. Für eine Breite von etwa 5,um besteht die Möglichkeit einer Laserstrahlung im TE_Q1-Moden. Da beim Aufbau gemäß Fig. 8(c) die Dicke der aktiven Schicht mit zunehmender Entfernung von der Mitte des schrägen Teils der aktiven Zone kontinuierlich abnimmt, wird die Lichtabsorption durch das Substrat groß, wenn die betrachtete Position von der Mitte ab liegt. Demgemäß wird der Laserstrahlungsmode bei oder um die Mitte ein Grundmode. Daher kann der vorliegende Laser einen stabilen Grundmoden der Laserstrahlung erzeugen.

Der Laser gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8(c) v/eist die zuvor erwähnten Nachteile der herkömmlichen Laser nach den Fig. 1 bis 3 nicht auf. Zudem läßt sich der Laser gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8(c) leichter herstellen als der herkömmliche Laser, da das epitaktische Züchten in

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einer Folge durchgeführt werden kann.

Ein Herstellungsbeispiel eines Lasers nach Fig. 8 (c)_s bei dem die aktive Schicht aus GaAs und die Mantelschichten aus Ga_1- Al As bestehen, ist folgendermaßen:

Als erstes wird auf einer Hauptfläche einer (lOO)-Ebene eines n⁺-GaAs~Substrates 71 eine Terrasse gebildet, indem eine selektive chemische Ätzung in solcher Weise durchgeführt wird, daß die vertikale Ebene der Stufe T von etwa 2 ,um der Terrasse vertikal zu einer (HO)-Ebene, d.h., einer Abspaltungsebene, verläuft, wodurch das Substrat nach Fig. 8(a) erzeugt wird.

Als zweites werden auf dem Substrat 71 durch eine sequentielle Flüssigphasenepitaxiezüchtung mit einer Starttemperatur von 845°C und einer Abkühlungsgeschwindigkeit von O,5°C/MinutG die folgenden Schichten erzeugt, wie sie in Fig. 8Cb) gezeigt sind, nämlich

eine erste Mantelschicht 72 aus n-Ga, Al As

J. "* Λ A.

mit einer Dicke von 0,2,um am horizontalen Teil,

gebildet durch eine Züchtungsdauer von 20 Sekunden,

eine nicht dotierte aktive Schicht 73 aus Ga., Al As von 0,1 ,um am horizontalen Teil,

gebildet durch eine Züchtungfdauer von 1 Sekunde,

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- J| 6 -

eine zweite Mantelschicht 7^ aus 1,5,um dickem P"^Gal-x^A1x^As

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten,

und eine Elekfcrodenkontaktiei-ungsnchioht 75 aus l,um dickem ρ -GaAs

durch eine Zuchtungsdauer von 1,5 Minuten.

Bei der epitaktischen Züchtung werdender dickere Teil und die dünneren Teile der aktiven Schicht l.ura bzw. O,12,um.

ο Als drittes wird mittels einer bekannten Methode eine 3000 A (300 mti) dicke SiO^-Schicht 76 auf der· Elektrodenkontaktierungsschicht 75 erzeugt, und eine streifonformige öffnung 761 mit einer Breite von 5/um wird über einem schrägen Teil der aktiven Schicht 73, der über dem Fußteil der Stufe T gebildet ist, erzeugt, wie in Fig. 8(c) gezeigt ist.

Als viertes wird, nachdem durch die Öffnung 761 Zink auf die freigelegte Oberfläche der Elektrodenkontaktierungaschicht 75 diffundiert worden ist, eine Ohmoche Kontaktelektrode 77 erzeugt, und zwar durch aufeinanderfolgendes Aufstäuben von Ti und Pt, dem ein im Vakuum durchgeführtes Niederschlagen von Au folgt. Nach einem Läppen und anschließendem chemischem Ätzen der Unterseite- des Substrates 71 zur Steuerung der Subytratdicka wird eine weitere Ohmache Kontaktelektrode 7 ti auf der Unterseite der. i?ub3trater> 71 durch im Vakuum stattfindendes MJocIersehlagen einer bekannten Legierung aus Au-G-S-IJi ciurohgofü.jrt,

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- ^ - 2920A54

wodurch die in Fig. 8(c) gezeigte Vorrichtung gebildet wird.

Eine Anzahl von Lasern, die aneinanderhängend in Reihen und Spalten in einer Seheibe hergestellt worden sind, wird dann in einzelne Stücke zerteilt. Die Elektrode 77 wird mittels Heißbondung auf einem Wärmeabführungskörper befestigt, und Golddraht wird auf die Elektrode 78 gebondet.

Der durch den beschriebenen Herstellungsvorgang erzeugte GaAs-Ga. Al As-Halbleiterlaser zeigt bei Raumtemperatur

J."X X

einen zufriedenstellenden Betrieb einer stabilen kontinuierlichen Grundmodenlaserstrahlung. Der Transversalmode bleibt selbst für Betriebszustände bei einem Strom, der sogar fünfmal so groß wie der Schwellenwert des Lasers ist, stabil.

Eine Abwandlung des Lasers dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die SiO₂-Schichten 76,76 durch eine einen hohen spezifischen Widerstand aufweisende Schicht auf dem Halbleitersubstrat mit einem Terrassenabschnitt ersetzt werden.

Beispiel 6

Nachfolgend wird das in Fig. 9 gezeigte Ausführungsbeispiel 6 erläutert..

Als erstes wird eine Terrasse 711 auf einer· Hauptfläche eines Substrates 71 mit η-Leitfähigkeit erzeugt_} und zwar beispielsweise dadurch, daß e;in halber Teil der Hauptfläche zur Bildung

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einer Stufe T geätzt wird, wie in Fig. 9(a) gezeigt ist.

Als zweites werden durch Flüssigphasenepitaxiezüchtung die folgenden Schichten der Reihe nach erzeugt (Fig. 9(b)):

auf dem Substi'at 71 mit n⁺-Leitfähigkeit:

eine erste Mantelschicht 72 mit n-Leitfähigkeit,

eine aktive Schicht 73, die nicht dotiert ist,

eine zweite Mantelschicht 7¹* mit p-Leitfähigkeit,

und eine Elektrodenkontaktierungsschicht 75 mit p⁺-Leitfähigkeit.

Bei den zuvor erwähnten sequentiellen epitaktischen Züchtungen wird in der ersten Mantelschicht 72 ein dicker Teil 721 am Fuß der Stufe T erzeugt.

Als drittes wird eine Strombegrenzungsschicht 86 mit n--Leitfähig~ keit auf der gesamten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 75 gebildet und wird eine (nicht gezeigte) Ätzmaske erzeugt. Die Ätzmaske wird derart geätzt, daß eine streifenförmige Öffnung entsteht, durch welche ein Teil der Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 75 freigelegt wird. Dann wird unter Verwendung der Ätzmaske die Strombegrennungsschieht mittels einer bekannten Photoätznethode geätzt, so daß eine streifenförmige Strominjektionsöffmug 861 über dem dicken Teil 7?i gebildet wird (Fig. 9(c)). Die Breite der streifenförndgen Strom-

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injektionsöffnung 861 liegt vorzugsweise unter 10 ,um, urn auf gewünschte Weise die Stromstreuung zn begrenzen.

Als viertes wird, nachdem durch die Öffnungen der Ätzmaske und der Strombegrenzungsschicht 861 ein Dotierstoff, wie Zink, für einen Ohmschen Kontakt auf die freigelegte Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 75 diffundiert worden ist, eine Ohmsche Kontaktelektrode 77 auf der freigelegten Oberfläche der Elektrodenkontaktierungssehicht 75 sowie auf der Oberfläche der Isolierschicht 86 erzeugt. Und eine weitere Ohmsche Kontaktelektrode 78 wird auf der Unterfläche des n⁺-leitenden Substrates 71 gebildet, wie in Fig. 7(c) gezeigt ist.

Beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel können beispielsweise die folgenden Halbleitermaterialien verwendet werden:

(1) Ga. Al As für die aktive Schicht und

i~y y

Ga. Al As für die Mantelschichten (0 ^Ä y<x<l),

(2) InGaAsP für die aktive Schicht und InP für die Mantelschichten.

(3) GaInAs für die aktive Schicht, und GaInP für die Mantelschichten.'

GaAlAsSb für die aktive Schicht und GaAlAs für die Mantelsehichten.

Generell gilt: Wenn eine epitaktisch gefeuchtete Schicht auf ei no in Substrat mit einem Terranuenteil erzeugt wird, ist bei

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einer Anfangsstufe der epitaktischen Züchtung die Züchtungsgeschwindigkeit des konkaven Eckenteils, d.h., des Teils am Fuß der Stufe der Terrasse, größer als bei anderen Teilen, und diese Erscheinung herrscht speziell in der ersten gezüchteten Schicht, d.h., der ersten Mantelschicht 72, vor. Demgemäß ist es durch Auswahl der Züchtungsbedingung möglich, daß die erste Mantelschicht 72 einen dicken Teil 721 aufweist, der um die Stufe herum liegt und ausreichend dick ist, um eine Lichtabsorption durch das Substrat 71 zu verhindern, und dünnere Teile, die fern vom Stufenteil liegen und ausreichend dünn sind, um eine Absorption von Licht durch sie hindurch in das Substrat Jl zu ermöglichen.

Wenn der Laser dieses Ausführungsbeispiels ein GaAs-GaAlAs-Laser ist und die erste Mantelschicht 72 eine n-leitende

Ga ,-,Al .,As-Schicht, sind die Lichtabsorptionskoeffizienten o, 7 o, 3

für einige verschiedene Dicken der ersten Mantelschicht folgendermaßen:

l.um dick 10 cm"

0,5,um dick 100 cm"¹

0,3,um dick 300 cm

0,2,um dick 1000 cm"¹.

Wenn man die Dicke des dicken Teils 721 größer als l,um macht, wird daher* die Absorption von Licht im schrägen Teil der aktiven Schicht 73 durch den dicken Teil 721 hindurch in dar; Substrat 7i wesentlich verhindert. Wenn man außerdem den fernab

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liegenden dünnen Teil dünner als 0,5/Um macht, wird das Licht im fernab liegenden Teil (dem horizontalen Teil der aktiven Schicht 73) beträchtlich durch den dünnen Teil der ersten Mantelschicht 72 hindurch in das Substrat absorbiert.

Ferner bildet die erste Mantelschicht 72 eine geknickte oder gekrümmte Oberfläche mit einem oberen horizontalen Teil, einem unteren horizontalen Teil und einem schmalen, streifenförmigen schrägen Teil dazwischen (Fig. 9(c)). Demgemäß v/eist die dünne aktive Schicht 73> die auf- der gekrümmten Oberfläche der ersten Mantelschicht 72 gebildet ist, eine ähnliche gekrümmte Konfiguration auf. und besitzt folglich zv/ei gekrümmte Teile 80 und 81 auf beiden Seiten ihres streifenförmigen schrägen Teils. Solche gekrümmten Teile auf beiden Seiten des schrägen Teils der aktiven Schicht 73 verhindern, daß Licht durch sie hindurch entweicht. Daher ist der schräge Teil zwischen dem Paar der Krüiamungsteile 80 und 8l optisch von den horizontalen Teilen isoliert, wodurch man einen vom letzteren unterschiedlichen Laserstrahlenmoden erhält. Demgemäß wird im schrägen Teil der aktiven Schicht 73 eine Grundmodenlaserstrahlung erzeugt.

Ferner hat es sich erwiesen, daß die Dicke der aktiven Schicht 73 am schrägen Teil zwischen den gekrümmten Teilen 80 und 81 10 bis 20 % dicker wird als bei den anderen Teilen (d.h. den horizontalen Teilen) der aktiven Schicht 73. Daher bildet die aktive Schicht 73 eine rippenförmige Wellenleiterkonfiguration, und das Laserstrahlungslicht wird auf den schrägen Teil zwischen den beiden gekrümmten Teilen 80 und 81 beschränkt.

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Der Unterschied der effektiven Brechungsindices für Licht des dickeren Teils und des dünneren Teils der aktiven Schicht 73 liegt im Größenordnungsbereich von 1O~ . Um für einen solchen Differenzwert eine Laserstrahlung im TE₀₀~Moden zu erhalten, ist es erforderlich, daß die Breite der Laserstrahlungszone vorzugsweise unter 3,um liegt. Für eine Breite von et v/a 5/Um besteht die Möglichkeit einer Laserstrahlung im TE .-Moden. Da beim Aufbau nach Fig. 9(c) die Dicke der aktiven Schicht mit zunehmendem Abstand von der Mitte des schrägen Teils der aktiven Zone kontinuierlich abnimmt, wird die Lichtabsorption durch das Substrat mit zunehmendem Abstand von der Mitte größer. Demgemäß wird der Schwingungsmode der Laserstrahlung bei oder um die Mitte herum ein Grundmode. Daher kann der vorliegende Laser einen stabilen Laserstrahlungsgrundmoden erzeugen.

Der Laser nach Fig. 9(c) weist eine zufriedenstellende VJärmeabführungseigenschaft auf, und zwar aufgrund dessen, daß bei ihm eine Halbleiter-Strombegrenzungsschicht 86 verwendet wird.

Der Laser des Ausführungsbeispiels nach Fig. 9(c) weist nicht die zuvor erwähnten Nachteile der herkömmlichen Laser nach den Fig. 1 bis 3 auf. Und ferner ist der Laser des Ausführungsbeispiels nach Fig. 9(c) einfacher herzustellen als der herkömmliche Laser, da der epitaktische Züchtungsvorgang in einer Folge durchgeführt werden kann.

Ein Beispiel für die Herstellung eines Lasers nach Fig. 9(c),

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bei dem die aktive Schicht aus GaAs und die Mantelschichten aus Ga_1- Al As bestehen, ist folgendermaßen:

Als erstes wird auf einer Hauptoberfläche einer (100)-Ebene eines n⁺-GaAs-Substrates 71 eine Terrasse erzeugt, und zwar durch selektives Ätzen in solcher Weise, daß die vertikale Ebene der Stufe T von etwa 2,um der Terrasse vertikal zu einer (HO)-Ebene, d.h., einer Abspaltungsebene, verläuft, wodurch das Substrat nach Fig. 9(a) gebildet wird.

Als zweites werden auf dem Substrat 71 durch eine sequentielle Flüssigphasenepitaxiezüchtung mit einer Starttemperatur von 9^5°C und einer Abkühlungsgeschwindigkeit von O,5°C/Minute die in Fig. 9(b) gezeigten folgenden Schichten erzeugt, nämlich

eine erste Mantelschicht 72 aus n-Ga., Al As mit

j.~x χ

einer Dicke von 0,2,um am horizontalen Teil,

durch eine Züchtungsdauer von 20 Sekunden,

eine nicht dotierte aktive Schicht 73 aus Ga, Al As mit einer Dicke von 0,1,um am horizontalen Teil,

durch eine Züchtungsdauer von 1 Sekunde,

eine zweite Mantelschicht 7^ aus 1,5/um dickem P-^Gal-x^A1x^As

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten,-

eine Elektrodenkontaktierungsschicht 75 aus 1 ,um dickem p -GaAs

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten,

und eine Strombegrenaungsschicht 86 aus l,um

dickem n-Ga^ Al As
j. *™ ζ ζ

durch eine Züchtungsdauer von 1,5 Minuten (O ^£ y<x <1, 0 ^ z<x <1).

Beim epitaktischen Züchten werden der dickere Teil und die dünneren Teile der ersten Mantelschicht 72 l,um bzw. 0,12 .um dick, und der dickere Teil der aktiven Schicht 73 ist etwa 0,2 ,um dick.. Die Breite zwischen den parallelen Krümmungen 80 und 81 der aktiven Schicht 72 beträgt etwa 6 bis 7/Um, und die Resonatorlänge beträgt 250,um.

Als drittes wird mittels einer bekannten Methode eine 3000 A (300 nm) dicke SiO₂-Schicht 76 auf der Elektrodenkontaktierungsschicht 75 erzeugt. Und eine streifenförmige öffnung 761 mit einer Breite von 11,um wird über einem schrägen Teil der aktiven Schicht 73, der über dem Fußteil der Stufe T erzeugt ist, gebildet, wie in Fig. 9(c) gezeigt ist.

Als viertes wird, nachdem durch die öffnung 76l hindurch Zink auf die freigelegte Oberfläche der Elektrodenkontaktierungsschicht 75 diffundiert worden ist, eine Ohmsche Kontaktelektrode 77 erzeugt, und zv/ar durch sequentielles Aufstäuben von Ti und Pt, dem ein im Vakuum durchgeführtes Niederschlagen von

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Au und deren Legierung folgen. Nach einem Läppen und anschließendem .chemischem Ätzen der Unterseite des Substrates 71 zur Steuerung der Substratdicke wird außerdem eine v/eitere Ohmsche Kontaktelektrode 78 an der Unterseite des Substrates 71 erzeugt, und zwar durch im Vakuum durchgeführtes Niederschlagen einer bekannten Legierung von Au-Ge-Ni, wodurch die Vorrichtung erzeugt wird, die in Fig. 9(c) gezeigt ist.

Eine Anzahl von Lasern, die zusammenhängend in Reihen und Spaltenin einer Scheibe hergestellt worden sind, wird dann in einzelne Stücke zerteilt. Die Elektrode 77 wird mittels Heißbondung an einem Wärmeabführungskorper befestigt, und Golddraht wird auf die Elektrode 78 gebondet.

Der durch das zuvor beschriebene Verfahren hergestellte GaAs-Ga_1- Al As-Halbleiterlaser nach Fig. 9(c) zeigt bei Raumtemperatur einen zufriedenstellenden Betrieb einer stabilen kontinuierlichen Laserstrahlung eines Grundmoden. Und der Transversalmode bleibt selbst dann stabil, wenn man mit einem Strom arbeitet, der sogar fünfmal so groß wie der Schwellenwert des Lasers ist.

Fig. 10 zeigt eine graphische Darstellung von "Fernfeldintensitätsverteilungen" des Lasers nach Fig. 9· Die linken Kurven zeigen Verteilungen in einer Ebene des Zonenübergangs zwischen der ersten Mantelschicht 72 und der aktiven Schicht 73. Die rechten Kurven zeigen Verteilungen in einer Ebene senkrecht zur genannten Zonenübergangsebene und in der Mitte des schrägen

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Teils der aktiven Schicht 73·

Die Eigenschaften des Lasers nach Fig. 9 sind durch die Figuren 10 bis 12 gezeigt. Gemäß Fig. 10 ändert sich das Verteilungsmuster selbst dann nicht, wenn der injizierte Strom in einem weiten Bereich geändert wird. Mit anderen V/orten, selbst für einen erhöhten Injektionsstrom teilt sich der Laserstrahlungsmode nicht auf, und ein Grundmode bleibt stabil. (Wenn sich der Laserstrahlungsmode aufteilt, ändern sich die Kurven der Fernfeldintensitätsverteilung derart, daß sie mehrere Spitzen aufweisen.)

Die Figuren ll(a) und ll(b) zeigen Beziehungen zwischen dem Injektionsstrom und der Ausgangsleistungsintensität des Lasers nach Fig. 9 für Gleichstrombetrieb und Impulsstrombetrieb. Wie man aus diesen graphischen Darstellungen ersehen kann, weisen die Kurven keine Knickerscheinung auf (die Erscheinung, daß die Erhöhung des Ausgangssignals bei einer Erhöhung des Stroms bei einem bestimmten Stromwert aufhört), und es sind eine gute Linearität der Injektionsstrom-Ausgangssignal-Kennlinie und ein stabiler Laserstrahlungsmode erhältlich. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, kann durch einen Impulsbetrieb ein großer Injektionsstrom eingegeben werden. In den Kurven zeigen Niedriggradiententeile am Niedriginjektionsteil Bereiche spontaner Emission (nicht kohärenter Emission).

Fig. 12 ist eine Photographic einer Frontansicht des Lasers nach Fig. 9 in Betrieb. Die Photographic zeigt, daß der Laser

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im schi'ägen Teil der aktiven Schicht 73 in einem Grundmoden (mit einem einzigen Lichtstrahlenbündel) arbeitet.

Aus der Beschreibung der vorausgeh.endt.-n mehreren Auäführ-uugsbeispiele wird ersichtlich, daß der Laser mit den Merkmalen der Erfindung folgende prinzipielle Vorteile aufweist:

Die erste Mantelschicht zwischen dem Halbleitersubstrat und der aktiven Schicht weist einen dreieckigen dickeren Teil am Fußteil der Terrassenstufe und horizontale dünnere Teile auf der erhöhten ebenen Fläche auf der Terrasse und auf der niedrigeren ebenen Fläche auf.Demgemäß werden die Lichtanteile in den Teilen der aktiven Schicht, die sich auf den dünneren Teilen der ersten Mantelschicht befinden, durch die dünneren Teile hindurch vom Substrat absorbiert, während das Licht in dem Teil der aktiven Schicht, der sich auf den dickeren Teilen der ersten Mantelschicht befindet, vom dickeren Teil daran gehindert wird» in das Substrat zu entweichen. Daher wird in dem Teil der aktiven Schicht, der sich auf dem dickeren Teil befindet, lediglich der Grundlaserstrahlungsmode beibehalten.

Die aktive Schicht weist einen schmalen, streifenförmiges schrägen Teil zwischen einem Paar paralleler Krümmungen auf. Der schräge Teil ist 10 bis 20 % dicker als die damit verbundenen horizontalen dünneren Teile. Der dickere Teil der aktiven Schicht bildet eine Art rippenförmiger Wellenleiter, der zusammen mit den parallelen Krümmungen das Licht im dxK-keren Teil der aktiven Schicht begrenzt.

Aus der Beschreibung der vorausgehenden mehreren Ausführungsbeispiele wird ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren folgende Hauptvorteile aufweist:

Bei dem Verfahren wird nur eine epitaktische Züchtung benutzt, und daher besteht weder das Problem einer Verschmutzung der aktiven Schicht und einer daraus resultierenden Kristallunvollkommenheit der aktiven Schicht, noch besteht die Notwendigkeit einer kritischen oder heiklen Steuerung des Ätzens für die Herstellung eines Rippenteils.

Man kann folgendermaßen zusammenfassen:

Mit der Erfindung ist ein Halbleiterlaser verfügbar gemacht worden, der eine epitaktisch erzeugte aktive Schicht auf. einem Halbleitersubstrat und wenigstens eine Strombegrenzungsschicht, die eine Strominjektionszone mit Streifenform bildet, aufweist und der sich dadurch auszeichnet, daß das Substrat auf seiner Hauptoberfläche einen Terrassenteil aufweist, daß die aktive Schicht zwei parallele Knick- oder Krümmungsteile besitzt, die zwischen sich eine streifenförmige aktive Zone festlegen, die der Strominjektionszone gegenüberliegt, und daß die s'treifenförmige aktive Zone unter einem bestimmten Winkel gegenüber der Hauptfläche angeordnet ist.

Claims (13)

Patentansprüche

1) Halbleiterlaser mit einer auf einem Halbleitersubstrat epitaktisch gebildeten aktiven Schicht und vienigstens einer
Strombegrenzungsschicht, die eine streifenförmige Strominjektionszone festlegt, dadurch gekennzeichnet ,
daß die aktive Schicht (33; 5²J; 73) zwei parallele Krümmungsteile (80, 81) aufweist, zwischen denen eine streifenförraige aktive Zone gebildet ist, die der Strominjektionszone gegenüberliegt.

2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (31; 51; 71) auf seiner Hauptoberfläche einen Terrassenteil aufweist und daß die streifenförmige aktive Zone unter einem bestimmten Viinkel gegenüber der Hauptoberfläche
angeordnet ist.

3. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenaungsschicht eine Isolierschicht

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- d -(36; 67; 76) ist.

4. Halbleiterlaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsschicht (36; 67; 76) eine streifenförmige Öffnung (361; 67I; 761) aufweist.

5. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strorabegrenzungsschicht eine Schicht (46; 57; 86) ist, welche die gleiche Leitfähigkeit wie das Substrat aufweist.

6. Halbleiterlaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strombegrenzungsschicht (¹Io; 57; 86) eine streif enförraige Öffnung (461; 57I; 86I) aufweist.

7. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter eine Schicht (52) aufweist, deren Leitfähigkeit entgegengesetzt derjenigen des Substrates ist, mit Ausnahme des Teils am Fuß der Stufe (T) der Terrasse.

8. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter eine Schicht (32) aufweist, die eine Schicht hohen spezifischen Widerstandes mit Ausnahme des Teils am Fuß der Stufe (T) der Terrasse aufweist.

9. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 2 bis 8, da-

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durch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (33; 5^; TT) ernenn ^ dickeren Teil über dem Teil des Fußes der Stufe (T) aufweist.

10. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Mantelschicht (32; 53; 72) unter der aktiven Zone dicker als bei anderen Teilen ist»

11. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Hauptfläche eines Halbleitersubstrates ein Terrassenteil mit einer bestimmten Stufe gebildet wird,

daß eine aktive Schicht gezüchtet wird mit einem schrägen Teil, der auf dem Fußteil der Stufe angeordnet ist, derart, daß sie ein Paar paralleler Krümmungsteile zwischen dem schrägen Teil und oberen und unteren horizontalen Teilen aufweist, und daß eine Strombegrenzungsschicht erzeugt wird, welche den Injektionsstrom auf den Bereich des schrägen Teils begrenzt.

12. Verfahren zur Herstelung eines Halbleiterlasers nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß auf einem bestimmten Teil der Hauptfläche des Halbleitersubstrates am Fuß der Stufe eine Diffusionssperrmaske erzeugt wird,

daß eine Diffusionssteuerschicht auf der Hauptfläche des Substrates gebildet ist,

daß durch die Diffusionssteuerschicht hindurch auf die Hauptfläche des Halbleitersubstrates ein Dotierstoff diffundiert wird, der zu einem Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt dem des

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-H-

Substrates führt,

und daß die Diffusionssteuerschicht und die Diffusionssperrmaske entfernt werden.

13. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Erzeugung der Strombegrenzungsschicht eine Isolierschicht auf der gesamten Oberfläche der unter die Isolierschicht zu liegen kommenden Schicht gebildet wird, und daß die Isolierschicht photochemisch geätzt wird, um eine streifenförmige öffnung über dem schrägen Teil zu erzeugen.

m. " Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Rahmen der Erzeugung der Strombegrenzungsschicht eine epitaktische Schicht mit demselben Leitfähigkeitstyp wie das Substrat erzeugt wird,

auf der gesamten Oberfläche der epitaktischen Schicht eine Ätzmaske gebildet wird,

die Ätzmaske zur Erzeugung einer streifenförmigen öffnung über dem schrägen Teil photochemisch geätzt wird, die epitaktische Schicht unter Verwendung der Ätzmaske zur Bildung einer streifenförmigen öffnung über dem schrägen Teil chemisch geätzt wird,
und die Ätzmaske entfernt wird.

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