DE3150540A1

DE3150540A1 - Halbleiterinjektionslaser

Info

Publication number: DE3150540A1
Application number: DE19813150540
Authority: DE
Inventors: Dan 08060 Mt. Holly N.J. Botez; Jerome Kern 75080 Richardson Tex. Butler
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1981-04-27
Filing date: 1981-12-21
Publication date: 1982-11-11
Also published as: US4383320A; GB2098385A; IT1195248B; CA1177150A; JPS57180193A; IT8125740A0; GB2098385B

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterinjektionslaser mit einem Substrat aus Halbleitermaterial mit je einem Paar einander gegenüberliegender Deck- bzw. Bodenflachen und Endflächen sowie mit in der Deckfläche sich im wesentlichen parallel zueinander zwischen den wenigstens eine teilweise transparente Fläche umfassenden Endflächen erstreckenden und zwischen sich einen Steg einschließenden Nuten; mit einer über der Deckflache des Substrats sowie über den OberfLachen der Nuten liegenden Schichtenfolge aus erster Begrenzungsschicht, Führungsschicht, Aktiv- :;chiclit, zweiter Be^renzungsschicht und erster elektrischer Kontaktschicht über wenigstens dem über dem Steg befindlichen Bereich· der zweiten Begrenzungsschicht; und mit einer zweiten elektrischen Kontaktschicht auf der Bodenfläche des Substrats, wobei das Substrat, die erste Begrenzungsschicht und die Führungsschicht den einen, ersten Leitungstyp und die zweite Begrenzungsschicht den anderen, zweiten Leitungstyp besitzen und wobei der Brechungsindex der Aktivschicht größer als derjenige der Führungsschicht und der Brechungsindex des letzteren größer als derjenige der ersten und zweiten Begrenzungsachicht ist.

Ein solcher Halbleiterlaser kann einen Einzellichtfaden emittieren. Die Strahlrichtung verläuft dabei parallel zu den Deck- und Bodenflächen und senkrecht zu den Endflächen. Das Laserlicht tritt aus der wenigstens teilweise transparenten Endfläche in der Laser-Strahlrichtung aus. Die Richtung senkrecht zur Laser-Strahlrichtung und parallel zu den Deck- und Bodenflächen wird im folgenden als "seitliche Richtung" bezeichnet.

Ein Halbleiterinjektionslaser besteht aus einem Körper ;\UK Halbleitermaterial, im allgemeinen nur; einer ΓIT-V-Vorbindung oder aus einer Legierung solcher Verbindungen von Elementen der III. und V. Gruppe des Periodensystems. Im Halbleiterkörper des Lasers befindet sich eine dünne Aktivschicht zwischen Schichten entgegengesetzten Leitungstyps, d.h., eine P-leitende Schicht befindet sich auf der einen und eine N-leitende Schicht befindet sich auf der anderen Seite der Aktivschicht. Diese Schichten werden typisch in bekannter Weise durch Flüssigphasenepitaxie niedergeschlagen. Wenn die Oberfläche eines Substrats, auf die die Schichten aufzuwachsen sind, gestört ist, z.B. durch sich in die Oberfläche des Substrats hinein erstreckende Nuten, können Schichten mit längs der Oberfläche variierender Dicke aufgewachsen werden. Diese Unterschiede rühren daher, daß sich bei der Fl U:;aigphasenepitaxie die örtliche Abscheidegeschwindigkeit mit der Oberflächenkrümmung ändert, je größer die örtliche Vertiefung der Oberfläche ist, umso schneller wird das jeweilige Material abgeschieden.

In der DE-OS 30 21 104 wird ein unter der Bezeichnung CDH-LOC-Laser. bekannter Halbleiterlaser beschrieben (CDH-LOC = constricted double heterostructure-^arge optical cavity). Zu diesem Laser gehört ein Halbleiterkörper mit einem Substrat mit in dessen Oberfläche eingebrachtem Paar auf Abstand gesetzter und im wesentlichen parallel zueinander verlaufender Nuten. Über der Substratoberfläche und der Oberfläche der Nuten liegt eine erste Begrenzungsschicht. Hierauf liegen übereinander eine Führungsschicht und eine Aktivschicht, welche wiederum von einer zweiten Begrenzungsschicht bedeckt wird. Der Brechungsindex der Führungsschicht ist kleiner als derjenige der Aktivschicht aber größer als derjenige sowohl der ersten als auch der zweiten Begrenzungsschicht. Das Sub-

strat, die erste Begrenzungsschicht und die Führungsschicht besitzen denselben Leitungstyp, während die zweite Begrenzungsschicht den entgegengesetzten Leitungstyp zeigt. Die Aktivschicht bildet die Rekombinationszone des Lasers. Das Laserlicht wird dort in dem Bereich oberhalb des Stegs des Substrats zwischen den Nuten erzeugt. Es breitet sich dann sowohl in der dünnen Aktivschicht als auch - und vor allem - in der relativ dicken Führungsschicht aus und bildet dadurch einen Laserfaden mit großem Querschnitt. Dieser Laseraufbau wirkt ausgezeichnet trennend gegenüber Oberwellen des erzeugten Laserstrahls, da die durch die Aktivschicht und die Führungsschicht in der seitlichen Richtung (die Richtung in der Ebene der Schichten und senkrecht zur Längsachse der Nuten) gebildete Wellenführung diese Oberwellen stark dämpft. Der bekannte Laser besitzt aber den Nachteil, daß sowohl der Schwellenstrom für das Lasern als auch die spontane Emission nahe der Schwelle höher als wünschenswert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen CDH-LOC-Laser zu schaffen, der einen Einzellichtfaden relativ großen Querschnitts emittiert und zugleich auf einen relativ niedrigen Laser-Schwellenstrom anspricht. Die erfindungsgemäße Lösung besteht für den Halbleiterinjektionslaser eingangs genannter Art darin, daß die Führungs— schicht mit einer in seitlicher Richtung konkaven Hauptfläche an die Aktivschicht angrenzt, daß die Dicke der Führungsf.chich t mit dem seitlichen Abstand von dem Steg zunimmt und daß die Aktivschicht ihre größte Dicke oberhalb des Stegs hat und sich in seitlicher Richtung, verjüngt. Die seitliche Richtung ist dabei wiederum die Richtung in der Ebene der Führungs— und Aktivschicht senkrecht zur Längsrichtung der Nuten.

Die erfindungsgemäße Verbesserung des CDH-LOC-Lasers besteht also darin, daß die Führungsschicht eine im Bereich des zwischen den Nuten verbleibenden Stegs konkave Formgebung in der seitlichen Richtung erhält und beginnend am Steg beiderseits in der seitlichen Richtung dicker wird und daß die Aktivschicht im Bereich oberhalb de.", ijtegs am dicksten gemacht wird und von Ui escin Zontralbereich aus beiderseits in der seitlichen Richtung dünner wird. Diese Struktur kann - wie weiter unten erläutert wird - als "seitliche Wellenschicht mit positivem Brechungsii Jex" (positive index lateral waverguide) für sich in den Aktiv- und Führungsschichten ausbreitendes Licht bezeichnet werden und hat einen verminderten Schwellenstrom für das Einsetzen des Laserns und eine verminderte spontane Emission nahe der Schwelle zur Folge.

Anhand schematischer Darstellungen in den Zeichnungen werden weitere Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterlasers, teilweise im Schnitt;

Fig. 2 das Schema der Schichten eines Halbleiterlasers auf einem Substrat mit V-förmigen Nuten;

Fig. 3 das Schema der Schichtenfolge eines Halbleiterlasers mit einem Substrat mit rechteckigen Nuten;

Fig. 4a die Änderung der Dicke der Aktiv- und Führungsschichten in seitlicher Richtung; und

Fig. 4b den Verlauf des effektiven Brechungsindex von Aktiv- und Führungsschicht.

In Fig. 1 wird ein erfindungsgemäßer Halbleiterinjektionslaser insgesamt mit 10 bezeichnet. Der Laser 10 besitzt einen Körper 12 aus einkristallinem Halbleitermaterial, typisch aus einer III-V-Verbindung oder einer Legierung aus solchen Verbindungen in Form eines Parallelepipeds. Der Körper 12 besitzt einander gegenüberliegende, parallele Endflächen 14, die Licht teilweise reflektieren. Wenigstens eine der Endflächen 14 ist gegenüber dem zu emittierenden Licht teilweise transparent. Der Halbleiterkörper 12 besitzt auch einander gegenüberliegende, parallele Seitenflächen 16, die die Endflächen 14 miteinander verbinden und senkrecht dazu verlaufen.

Zu dem Halbleiterkörper 12 gehört ein Substrat 18 mit einander gegenüberliegenden-, parallelen Hauptflächen, nämlich der Deckfläche 20 und der Bodenfläche 22. Diese Hauptflächen verbinden die Endflächen 14 und die Seitenflächen 16 und stehen senkrecht zu diesen. In der Deckfläche 20 des Substrats befindet sich mit Abstand voneinander ein Paar paralleler Nuten 24, die von einer zur anderen Endfläche 14 reichen. Ein Teil der Deckfläche 20 zwischen den Nuten 24 bildet einen Steg 20a. Eine Pufferschicht 26 liegt über der Deckfläche 20 sowie dem Steg 20a und füllt teilweise die Nuten 24. Über der Pufferschicht 26 liegt eine erste Begrenzungsschicht 28 und hierauf eine Führungsschicht 30. Die Führungsschicht 30 besitzt eine zumindest in dem Bereich des Substrats oberhalb des Stegs 20a konkave Oberfläche 32 und wird selbst in der seitlichen Richtung zunehmend dicker. Auf der Oberfläche 32 der Führungsschicht 30 liegt eine Aktivschicht 34. Der Teil der Aktivschicht 34 oberhalb des Stegs 20a setzt sich mit abnehmender Dicke in seitlicher Richtung

fort. Ferner liegt über der Aktivschicht 34 eine zweite Begrenzungsschicht 36, auf dieser eine Deckschicht 38 und hierauf eine Isolierschicht 40 aus elektrisch isolierendem Material, wie Siliziumdioxid. Die Isolierschicht 40 besitzt oberhalb des Stegs 20a eine von der einen zur anderen Endfläche 14 reichende Durchgangsöffnung 42 mit darin freigelegter Deckschicht 38. Über der Isolierschicht 40 und dem mit Hilfe der Durchgangsöffnung 32 freigelegten Teil der Deckschicht 38 liegt eine elektrische Kontaktschicht 44. Eine zweite elektrische Kontaktschicht \6 liegt auf der Bodenfläche 22 des Substrats. Die elektrischen Kontaktschichten 44 und 46 bilden die elektrischen Anschlüsse des Lasers 10.

Das Substrat 18, die Pufferschicht 26, die erste Begrenzungsschicht 28 und die Führungsschicht 30 besitzen den einen Leitungstyp also entweder P- oder N-Leitung. Die zweite Begrenzungsschicht 36 und die Deckschicht 38 sind vom jeweils anderen Leitungstyp. Die Aktivschicht 34 kann irgendeinen Leitungstyp haben; typisch wird sie aber nur schwach elektrisch leitend gemacht. Es sei darauf hingewiesen, daß der Leitungstyp joder der Schichten auszutauschen ist, wenn nur die Leitungsverhältnisse der verschiedenen Schichten in der beschriebenen Weine erhalten werden.

Gemäß Fig. 1 besitzen die Nuten 24 Schwalbenschwanz-Form. Stattdessen können die Nuten 24 auch anders geformt werden; beispielsweise sind V- oder Rechteckformen gemäß Fig. 2 oder 3 geeignet. Die einzige Forderung an die Form der Nuten besteht darin, daß die Nuten beim Aufwachsen der darüber befindlichen Schichten dazu beitragen, daß die gewünschten Verhältnisse von Schichtdicken und deren Änderung in seitlicher Richtung einzustellen sind.

Die Nuten 24 können an der Deckfläche 20 etwa 4 bis 12 Mikrometer, vorzugsweise etwa 10 Mikrometer, breit und etwa 4 Mikrometer tief sein. Der Abstand der Nuten 24 kann zwischen etwa 20 und etwa 45 Mikrometern, vorzugsweise etwa 32 Mikrometer, betragen. Die Nuten können mit Hilfe normaler Photolithographie- und Ätztechniken, z.B. gemäß US-PS Λ2 15 319 hergestellt werden.

Das Substrat 18 besteht vorzugsweise aus N-leitendern Galliumarsenid und besitzt eine parallel zur (100)-Kristallebene verlaufende Deckfläche 20. Das Substrat 18 kann gegenüber dieser Orientierung geneigt sein; eine (100)-Ebene wird jedoch bevorzugt. Die Pufferschicht 26 wird dann aus N-leitendem Galliumarsenid so gebildet, daß oberhalb des Stegs 20a eine Schichtdicke von etwa 0,5 bis 1 Mikrometer entsteht. Die erste Begrenzungsschicht 28 wird aus N-leitendem Al Ga₁ _ As bei einem Aluminiumanteil w zwischen etwa 0,25 und 0,4, vorzugsweise etwa 0,3, zusammengesetzt. Diese Schicht enthält typisch eine Dicke zwischen etwa 1,5 und etwa 2 Mikrometer. Die Führungsschicht 30 wird typisch zwischen etwa 0,5 und etwa 2 Mikrometern dick und aus N-leitendem Al Ga₁ As bei einem Aluminiumanteil χ von etwa 0,13 bis etwa 0,25, vorzugsweise etwa 0,20, hergestellt. Die Aktivschicht 34 wird typisch zwischen etwa 0,2 und etwa 0,4 Mikrometern dick gemacht und aus Al Ga₁ _ As mit einem Äluminiumanteil y zwischen 0,0 und etwa 0,1 zusammengesetzt. Die Schichtdicke der zweiten Begrenzungsschicht 36 liegt typisch zwischen etwa 1 und 2 Mikrometern. Die Schicht 36 wird aus P-leitendem Al Ga₁ As mit einem Aluminiumanteil ζ zwischen etwa 0,3 und etwa 0,4, vorzugsweise zwischen etwa 0,3 und 0,35, gebildet. Die Deckschicht 38 kann dazu benutzt werden, die Qualität des elektrischen Kontakts des

Lasers 10 zu verbessern. Die Deckschicht 38 wird typisch etwa 0,2 bis 1,5 Mikrometer dick gemacht und aus P-leitendem Galliumarsenid hergestellt.

Die die Aktivschicht 34, die Führungsschicht 30 und die erste und zweite Begrenzungsschicht 28 bzw. 36 bildenden Materialien werden so ausgewählt, daß der Brechungsindex der Aktivschicht 34 größer ist als derjenige der Führungsschicht 30 und der Brechungsindex der Führungsschicht 30 größer ist als derjenige sowohl der ersten als auch der zweiter. Begrenzungsschieht 28 bzw. 36. In dem im vorliegenden Zusammenhang in Frage kommenden Wellenlängenbereich hat eine höhere Aluminiumkonzentration einen niedrigeren Brechungsindex zur Folge.

Natürlich können auch andere Kombinationen von III-V-Legierungen zum Herstellen des erfindungsgemäßen Lasers benutzt werden.

Die die Rekombinationszone der Laserdiode bildende Aktivschicht 34 kann entweder undotiert oder leicht P- oder N-dotiert werden, so daß - abhängig vom gewählten Leitungstyp der Aktivschicht 34 - der entstehende P-N-Übergang entweder in der Nähe der Grenzschicht zur Führungsschicht 30 oder in der Nähe der Grenzschicht zur zweiten Begrenzungsschieht 36 liegt. Die verschiedenen Epitaxialschichten werden auf bekannte Weise, z.B. nach den US-Patenten 42 15 319 und 37 53 801 auf dem Substrat 18 niedergeschlagen. Bei dieser Flüssigphasenepitaxie hängt die örtliche Aufwachsgeschwindigkeit eines Teils einer individuellen Schicht von der örtlichen Krümmung der zu beschichtenden Oberfläche ab. Mit zunehmendem Betrag örtlicher, positiver Krümmung der Oberfläche nimmt die örtliche Aufwachsgeschwindigkeit zu. Im Rahmen der Erfindung

wird die erste Begrenzungsschicht 28 bis zu einer Dicke aufgewachsen, bei der die Oberfläche der Schicht, auf die die Führungsschicht 30' anschließend aufzuwachsen ist, eine konkave Form erhält. Die Führungsschicht 30 hat dann über dem Teil der ersten Begrenzungsschicht 28 mit der größten positiven Krümmung die höchste örtliche Aufwachsgeschwindigkeit. Diese Teile der ersten Begrenzungsschicht befinden sich oberhalb der Nuten 24 des Substrats 18. Hierdurch wird erreicht, daß die Führungsschicht 30 eine konkave Form mit dem Symmetriezentrum oberhalb des Stegs 20a zwischen den Nuten erhält. Die Aufwachsgeschwindigkeit der Aktivschicht 34 auf der Führungsschicht 30 wird daher oberhalb des Stegs 20a größer als oberhalb der Nuten 24, so daß eine Aktivschicht entsteht, die oberhalb des Stegs 20a am dicksten ist und sich zu einer seitlichen Richtung hin verjüngt. Dabei ergibt sich, daß die Führungsschicht 30 oberhalb des Stegs 20 a dünner wird und nach der seitlichen Richtung hin stärker werdend ausläuft.. Die Dickenverhältnisse dieser einzelnen Schichten werden in den Fig. 1 bis 3 dargestellt.

Erfindungsgemäß hergestellte Bauelemente besaßen folgende Zusammensetzung: N -leitende GaAs-Pufferschicht; N-leitende erste Begrenzungsschicht aus A1_Q Q₀Ga₀ 7₀ ^As '■> N-leifende Führungsschicht aus Al_{n ?}.Ga_{fl 7}qAs; undotierte Aktivschicht aus Al_{0 Ofi}Ga_o O₄As; P-leitende zweite Begrenzungsschicht aus Al„ O₇₁Ga_{n cc}As und P -leitende GaAs-Deck-

U , o4 U,DD

schicht. Die Aktivschicht verjüngte sich zu den Seiten hin beginnend mit einem Dickenmaximum von 0,27 Mikrometern über der Mitte des Stegs bis zu etwa 0,2 Mikrometern in einem Abstand von etwa 15 Mikrometern von dem Mittelpunkt nach jeder Seite. Die Führungsschicht nahm von einem Dickenminimum von etwa 1,8 Mikrometern oberhalb der Mitte des Stegs zu den Seiten hin an Dicke bis zu etwa 2,1 Mikrometern in einem Abstand von 15 Mikrometern vom Mittelpunkt des Stegs nach beiden Seiten hin zu.

Die elektrisch isolierende Schicht 40 wird vorzugsweise aus Siliziumdioxid hergestellt, das durch pyrolytische Zersetzung eines Siliziums enthaltenden Gases, wie Silan, in Sauerstoff oder Wasserdampf niedergeschlagen wird. Mit Hilfe üblicher photolithographischer Maskentechniken und Ätzverfahren wird eine oberhalb des Slogs ;.'üa '/.wischen den Nuten 24 durch die Isolierschicht 40 hindurch bis zur Deckschicht 38 reichende Öffnung 42 hergestellt. Daraufhin wird eine elektrische Kontaktschicht 44 auf die Isolierschicht 40 und auf die Deckschicht 38 innerhalb der Öffnung 42 der Isolierschicht 40 niedergeschlagen. Die elektrische Kontaktschicht 44 wird vorzugsweise durch aufeinanderfolgendes Aufdampfen von Titan, Platin und Gold gebildet. Die elektrische Kontaktschicht 46 auf der Bodenfläche 22 des Substrats 18 kann durch Vakuum-Abscheiden und Sintern von Zinn und Gold hergestellt werden.

Eine Endfläche 14 des Halbleiterkörpers 12 wird typisch mit einer Schicht aus Aluminiumoxid oder einem ähnlichen Material mit einer Dicke von etwa der halben Wellenlänge des verwendeten Laserlichts bedeckt. Eine soLche Schicht wird in der US-PS 41 78 564 beschrieben. Die gegenüberliegende Endfläche 14 kann mit einem bei der Laserwellenlänge reflektierenden Spiegel beschichtet werden. Dieser Spiegel kann aus einer Schicht eines elektrischen Isolators, z.B. mit einer Goldschicht bedecktem Siliziumdioxid, bestehen. Als Spiegel kann aber auch ein Mehrschichtreflektor, wie er beispielsweise in der US-PS 40 92 659 beschrieben wird, benutzt werden.

Bei Anlegen einer Spannung geeigneter Polarität an die Kontaktschichten 44 und 46 des Injektionülasers 10 fließt ein elektrischer Strom durch die streifenförmige Öffnung 42 der Isolierschicht 40 und die Übergangszone. Wenn der

Strom den Laser-Schwellenwert überschreitet, zündet bzw. unterstützt das durch Rekombination von in die Aktivschicht injizierten Elektronen und Löchern erzeugte Licht die Laserwirkung. Das Lasern tritt in dem direkt oberhalb des Stegs 20a zwischen den Nuten 24 liegenden Teil der Aktivschicht 34 auf. Da die·Differenz im Brechungsindex von B'ührungsschicht 30 und Aktivschicht 34 klein sein soll, breitet sich das in der Aktivschicht erzeugte Licht in die Führungsschicht 30 aus. Das Licht wird dann in der Ebene quer zu der Ebene des PN-Übergangs sowohl in der Führungsschicht 30 als auch in der Aktivsschicht 34 durch den HeteroÜbergang zwischen der ersten Begrenzungsschicht 28 und der Führungsschicht 30 einerseits und zwischen der Aktivschicht 34 und der zweiten Begrenzungsschicht 36 andererseits eingeschlossen.

Das Begrenzen des sich ausbreitenden Strahls in seitlicher Richtung wird durch eine von der Struktur der Schichten des Bauelements herrührende örtliche Änderung des effektiven Brechungsindexes erreicht. Die Dickenänderung in seitlicher Richtung der Aktivschicht und der Führungsschicht kann in eine seitliche Änderung eines effektiven Brechungsindexes der Schichten transponiert werden. Für ein Dreischichtensystem wird eine Methode hierzu von Botez in der Zeitschrift "IEEE Journal of Quantum Electronics", QE-17, 178(1981) beschrieben. Der effektive Brechungsindex einer Vier-Schicht-Struktur (einschließlich Führungsschicht) läßt sich folgendermaßen berechnen:

^Neff"ⁿc ^{+ G}a^(r)(na " ⁿc^{} + G}g^{(r) (n}g " ⁿc⁾

Darin bedeuten η , η und η die Brechungsindices der Aktiv-, Führungs- bzw. Begrenzungsschichten und G (r) so-

3.

wie G (r) die Anteile der Laserstrahlenergie in den Aktiv- bzw. Führungsschichten als Funktion des Abstands r in der seitlichen Richtung vom Mittelpunkt des Stegs.

Im dicksten Bereich der Aktivschicht oberhalb des Mittelpunkts des Stegs überwiegt die in der Aktivschicht befindliche Energie. Daher dominiert hier der Brechungsindex der Aktivschicht. In gewisser Entfernung von dem Mittelpunkt in seitlicher Richtung wird die Aktivschicht dünner, so daß sich ein kleinerer Anteil in dieser Schicht und ein größerer Anteil in der Führungsschicht ausbreitet. Daher beginnt der Brechungsindex der Führungsschicht zu dominieren. In Fig. 4 wird dieser Effekt graphisch dargestellt.

Fig. 4a zeigt die relativen Formen von Aktiv- und Führungsschichten in seitlicher Richtung. Fig. 4b ist eine graphische Darstellung der relativen Beiträge der Aktiv- und Führungsschichten zum effektiven seitlichen Brechungsindex N „.p. 'Der Beitrag der Aktivschicht nimmt mit zunehmendem Abstand in seitlicher Richtung ab, während derjenige der Führungsschicht zunimmt. Die durchgezogene Linie in Fig. 4b, nämlich der effektive seitliche Brechungsindex, ist die Summe des Beitrags der Aktiv- und Führungsschicht zum Gesamt-Brechungsindex. Strukturen mit einem solchen Profil des effektiven seitlichen Brechungsindex werden "W-förmige Führungsstrukturen" genannt. Wenn der Zentralteil des effektiven Brechungsindex-Profils größer als die seitlichen Bereiche ist, wird eine sogenannte Wellenführung mit positivem Brechungsindex erhalten (positive index guide structure). Solche Strukturen unterscheiden sich von bekannten Strukturen dadurch, daß sich ein großer Anteil des Lichtstrahls in der vergleichsweise dicken Aktivschicht ausbreitet und so den positiven Verlauf des Brechungsindex herstellt. Demgegenüber breitet sich der Lichtstrahl bei bekannten Vorrichtungen in erster Linie in der Führungsschicht aus, so daß sich nur ein sehr geringer oder gar kein Beitrag der Aktivschicht zum effektiven Brechungsindex ergibt.

Der erfindungsgemäße Aufbau des Halbleiterinjektionslasers mit seitlicher Wellenführung mit positivem Brechungsindex hat eine starke Einschnürung des sich ausbreitenden Lichtstrahls in seitlicher Richtung zur Folge, so daß die Diskriminierung gegenüber sich ausbreitenden Wellen höherer Ordnung, die in anderen CDH-Injektionslasern vorkommt, vermindert wird. Der CDH-LOC-Laser mit positivem Brechungsindex hat jedoch die Vorteile, daß wegen des verminderten Lichtverlustes der Schwellenstrom für das Einsetzen des Laserns herabgesetzt wird. Es wurde eine Verminderung des Schwellenstroms um den Faktor 1/3 oder mehr und eine Verminderung um mehr als einen Faktor 2 in der spontanen Emission des, Lasers in der Nähe des Schwellenstroms beobachtet. Es wurde ferner festgestellt, daß die von Beugungseffekten und Wellenformen höherer Ordnung herrührenden Seitenzipfel bzw. außeraxialen Inten— sitätswerte der Gaußverteilung des lateralen Fernfeldes bei Anwendung der seitlichen Wellenführung mit positivem Brechungsindex stark vermindert werden.

9 fu/br

Leerseite

Claims

Dr.-lng. Reirriar Konig^ '·- -QipK-lng. Klaus Bergen

Cecilienallee VG A Düsseldorf 3O Telefon 452QÜB Patentanwälte

18. Dezember 1981 34 296 B

RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza,
New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

"Halbleiterinjektionslaser" Patentansprüche:

il.) Halbleiterinjektionslaser (10) mit einem Substrat (18) aus Halbleitermaterial mit je einem Paar einander gegenüberliegender Deck- bzw. Bodenflächen (20, 22) und Endflächen (14) sowie mit in der Deckfläche (20) sich im wesentlichen parallel zueinander zwischen den wenigstens eine teilweise transparente Fläche umfassenden Endflächen (14) erstreckenden und zwischen sich einen Steg (20a) einschließenden Nut (24); mit einer über der Deckfläche (20) des Substrats (18) sowie über den Oberflächen der Nuten (24) liegenden Schichtenfolge von erster Begrenzungsschicht (28), Führungsschicht (30), Aktivschicht (34), zweiter Begrenzungsschicht (36) und erster elektrischer Kontaktschicht (44) über wenigstens dem über dem Steg (20a) befindlichen Bereich der zweiten Begrenzungsschicht (36); und mit einer zweiten elektrischen Kontaktschicht (46) auf der Bodenfläche (22) des Substrats (18), wobei das Substrat (18), die erste Begrenzungsschicht (28) und die Führungsschicht (30) den einen, ersten Leitungstyp und die zweite Begrenzungsschicht (36) den anderen, zweiten Leitungstyp besitzen und wobei der Brechungsindex der Aktivschicht (34) größer al κ derjenige der Führungnschicht (30) und der Dre.

chungsindex der Führungsschicht größer als derjenige der ersten und zweiten Begrenzungsschicht (28, 36) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschicht (30) mit einer in seitlicher Richtung konkaven Hauptfläche (32) an die Aktivschicht (34) grenzt, daß die Dicke der Führungsschicht (30) mit dem seitlichen Abstand von dem Steg (2Oa) zunimmt und daß die Aktivschicht (34) ihre größte Dicke oberhalb des Stegs (20a) hat und sich in seitlicher Richtung verjüngt.
2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (24) schwalbenschwanzförmigen Querschnitt besitzen (Fig. 1).
3. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (24) V-förmigen Querschnitt besitzen (Fig. 2).
4. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (24) rechteckförmigen Querschnitt besitzen (Fig.3).
'>. Lasor nach einem odor mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Begrenzungsschicht (36) eine Deckschicht (38) und auf dieser eine elektrisch isolierende Schicht (40) liegt, daß die Isolierschicht (40) eine einen Streifen der Oberfläche der Deckschicht (38) oberhalb des Stegs (20a) freilegende Durchgangsöffnung (42) aufweist und daß die erste elektrische Kontaktschicht (44) sowohl auf der Isolierschicht (40) als auch auf dem innerhalb der Durchgangsöffnung (42) freigelegten Teil der Deckschicht (38) liegt.
6. Laser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht aus Halbleitermaterial des zweiten Leitungstyps besteht.
7. Laser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine zwischen das Substrat (18) und die erste Begrenzungsschicht (28) eingefügte Pufferschicht (26) des ersten Leitungstyps.