DE3230909A1

DE3230909A1 - Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE3230909A1
Application number: DE3230909A
Authority: DE
Inventors: Daniel Mount Holly N.J. Botez
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1982-08-19
Publication date: 1983-11-24
Also published as: US4426701A; FR2518819B1; FR2518819A1; GB2112201A; JPS58114480A; CA1192977A; GB2112201B

Description

— Λ —

RCA 77 6 75

RCA Corporation
New York, N.Y., V.St.ν.Α.

Halbleiterlaser

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung einen eingeschnürten Doppel-Heterostruktur-Halbleiterlaser mit Schichten verstärkter Krümmung und Dickenänderung.

Aus der US-PS 4 215 319, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, ist ein eingeschnürter Doppel-Heterostruktur-Laser bekannt, der aus A₁₁₁B -Verbindungen und Legierungen solcher Verbindungen zusammengesetzt ist und ein Substrat enthält, das in seiner einen Oberfläche ein Paar beabstandeter, im wesentlichen paralleler Nuten mit einer dazwischenliegenden Mesa, d.h. einer plateau- oder tafelbergartigen Erhöhung aufweist. Auf der Oberfläche des Substrats, der Mesa und den Oberflächen der Nuten befindet sich eine erste Confinement- oder Begrenzungsschicht, auf der Erstbegrenzungsschicht liegt eine aktive Schicht und auf der aktiven Schicht befindet sich eine zweite Begrenzungsschicht. Die aktive Schicht läuft mit zunehmender oder abnehmender Dicke in seitlicher Richtung zu, der Richtung

in der Ebene der Schichten und senkrecht zur Achse der Nuten, je nachdem welche kristallographische Orientierung die Substratfläche und die Oberflächenkrümmung einer darunterliegenden Schicht aufweisen. In der US-Anmeldung Serial No. 251,651 vom 6. April 1981, auf die hier ebenfalls ausdrücklich Bezug genommen wird, ist ein eingeschnürter Doppel-Heterostruktur-Halbleiterlaser mit einer Führungs- oder Leitschicht beschrieben, die zwischen die

erste Begrenzungsschicht und die aktive Schicht eingefügt ist und sich ebenfalls in ihrer Dicke in seitlicher Richtung ändert. In·, der US-Patentanmeldung Serial No. 257,773, ist ein Laser beschrieben,der eine Führungs- oder Leitschicht aufweist, deren die aktive Schicht berührende Fläche in seitlicher Richtung über der'Mesa zwischen den Nuten eine konkave Form hat und deren Dicke in seitlicher Richtung zunimmt.

Bei allen diesen Lasern ist das Auftragen der Schichten auf der Substratoberfläche, den Nuten und der Mesa ungleichförmig, da das Schichtenwachstum auf konkaven Teilen schneller erfolgt als auf ebenen oder konvexen Teilen der Oberfläche. Dieses ungleichförmige Wachstum erzeugt die Krümmung der niedergeschlagenen Schichten und die resultierende Dickenänderung. Der Grad der Krümmung und damit die Ausbeute an brauchbaren Einrichtungen hängen jedoch stark von der Dicke der aufgebrachten Schichten und den

Schwankungen in den Wachstumsbedingungen ab. 20

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Struktur für Einrichtungen der hier interessierenden Art anzugeben, die eine höhere Ausbeute an brauchbaren Einrichtungen liefert. 25

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Halbleiterlaser der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

³^ Bei der Struktur der vorliegenden Einrichtungen ergibt sich eine stärkere Krümmung der aufgebrachten oder niedergeschlagenen Schichten und damit'eine höhere Ausbeute an brauchbaren Einrichtungen.

Einen Halbleiterlaser gemäß der Erfindung hat nämlich die sich zwischen den beiden, im wesentlichen parallelen Nuten befindende Mesa eine andere Höhe über dem Nutengrund

als dor Rest der benachbarten .Substratoberfläche. Eine Mesa, deren Höhe kleiner int als die der Substratoberfläche liefert eine größere positive (konkave) Krümmung, während eine Mesa mit einer größeren höhe als die Substratoberfläche eino größere negative (konvexe) Krümmung der Oberfläche einer darauf aufgebrachten Schicht ergibt.

Im folgenden werden Ausführungnbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme r.uf die Zeichnung näher erläutert. 10

Es zeigen:

Fig. 1 und 2 perspektivische Ansichten zweier Ausführungsformen der Erfindung;
15

Fig. 3a, 3b und 3c Schnittansichten eines Teiles vom Halbleiterlaser gcmäri AusfUhrungsformen der Erfindung, die Monas unterschiedlicher Höhen aufweisen.

in Fig. 1 ist ein Halbloiter-Injektionsiaser 10 genäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt, der einen parallel epipcdförmiqcn Körper 12 aus monokristallinem Halbleitermaterial enthält, typischerweise A₁₁₁B -Vorbindungen oder Legierungen solcher Verbindungen. Dor Körper 12 hat beabstandete, parallele, Licht teilweise reflektierende Stirnflächen 14, von denen mindestens eine teilweise transparent ist, so daß Licht von ihr emittiert werden kann. Der Körper 12 weist ferner beabstandete, parallele Seitenflächen 16 auf, die sich zwischen den Stirnflächen 14 erstrecken und senkrecht r.u diesen verlaufen. Der Halbleiterkörper 12 enthält ein Substrat 18 mit beabstandeten, parallelen Hauptflächen 20 und 22, die sich zwischen den beiden Stirnflächen 14 und Seitenflächen 16 des Halbleiterkörpers 12 erstrecken und senkrecht zu diesen verlaufen.

In der Hauptfläche 20 des Substrats 18 befindet sich ein Paar beabstandeter, im wesentlichen paralleler Nuten 24, die sich zwischen den Stirnflächen 14 erstrecken. Der sich

zwischen den Nuten 24 befindende Teil des Körpers bildet eine Mesa 26 (d.h. eine plateau- oder tafelbergartige Erhöhung) , deren obere, ebene Fläche 26a eine größere Höhe über dem Grund 24a der Nuten 24 hat als die Hauptfläche 20. Auf der Hauptfläche 20 und der Oberfläche der Mesa 26a befindet sich eine Puffer- oder Trennschicht 28, die die Nuten 24 teilweise ausfüllt. Auf der Trennschicht 28 befindet sich eine erste Confinement- oder Begrenzungsschicht 30 und auf dieser wiederum eine aktive Schicht 32. Auf der aktiven Schicht 32 befindet sich eine zweite Confinement- oder Begrenzungsschicht und auf dieser wiederum eine Abdeckschicht 36 (capping layer). Auf der Abdeckschicht 36 liegt eine elektrisch isolierende Schicht 38, die eine durchgehende Öffnung in Form eines Streifens über der Mesa

I^ 26 hat und sich zwischen den Stirnflächen 14 erstreckt.

Auf der elektrisch isolierenden Schicht 38 und einem Teil der Abdeckschicht 36 und dem Bereich der Öffnung 4 0 befindet sich ein erster elektrischer Kontakt 42. Ein zweiter elektrischer Kontakt 44 ist auf der zweiten H^uptfläche

22 des Substrats 13 angeordnet.

Gleiche Elemente sind in den Figuren 1, 2 und 3 gleich bezeichnet.

Der in Fig. 2 dargestellte Halbleiter-Injektionslaser 50 unterscheidet sich von dem Injektionslaser 10 gemäß Fig. darin, daß eine Leit- oder Führungsschicht 52 zwischen der ersten Begrenzungsschicht und der aktiven Schicht angeordnet ist, und daß die Höhe der oberen Fläche 26a der Mesa 26 über dem Nutengrund 24a kleiner ist als die Höhe der Fläche 20 des Substrats. Das Substrat 18, die Pufferoder Trennschicht 28, die erste Begrenzungsschicht 30 und die Führungsschicht 52 haben einen ersten Leitungstyp, während die zweite Begrenzungsschicht 34 und die Abdeck-Schicht 36 den entgegengesetzten Leitungstyp haben. Die aktive Schicht 32 kann den einen oder anderen Leitungstyp haben und leitet typischerweise elektrisch nur wenig.

Selbstverständlich können die Leitungstypen aller dieser Schichten umgekehrt werden, solange die Relationen der Leitfähigkeiten der verschiedenen Schichten und des Substrats aufrechterhalten werden. Das Substrat 18 besteht vorzugsweise aus η-leitendem GaAs und hat eine Hauptfläche 20, die parallel zur kristallographischen (100)-Ebene verläuft. Das Substrat kann auch bezüglich dieser Ebene fehlorientiert sein, die Richtung einer etwaigen Fehlorientierung verläuft jedoch vorzugsweise parallel zu den Ach-¹^ sen der Nuten 24.

Die Nuten 24 sind in den Figuren 1 und 2 mit einem schalbenschwanzförmigen Querschnitt dargestellt. Die Nuten können jedoch auch .eine andere Gestalt haben, z.B. die Form

¹^ eines V oder eines Rechtecks. Die einzige Bedingung, die an die Form der Nuten gestellt wird, besteht darin, daß die Nuten beim Schichtenwachstum so zusammenwirken, daß die aufgebrachten Schichten die gewünschte Krümmung und den gewünschten Verlauf (Dickenänderung, Verjüngung) be-

^O kommen. Die Form der Nuten hängt von der Kristallorientierung der Achse der Nuten und dem verwendeten speziellen ifamittel ab. Ein Ätzmittel aus einem Volumenteil H-SO., 8 Volumenteilen. H₃O₂ und 8 Volumenteilen Η_Ο erzeugt beispielsweise schwalbenschwanzförmige Nuten, wenn die Achse der Nuten parallel zur 1o11J -Richtung verläuft, rechteckige Nuten, wenn die Achse der Nuten parallel zur [010| -Richtung verläuft, und V-förmige Nuten, wenn die Achse der Nuten parallel zur [01TJ-Richtung verläuft. Die Nuten werden unter Anwendung üblicher photolithographischer

und chemischer Ätzverfahren gebildet, wie sie beispielsweise in der oben bereits erwähnten US-PS 4 2 15 319 beschrieben sind. Die Nuten 24 können an der Oberfläche 20 eine Breite zwischen etwa 4 und 12 Mikrometer (um) haben und sind typischerweise etwa 10 um breit, ihre Tiefe kann zwischen etwa 3 und 6 um liegen und ist typischerweise etwa 4 um. Der von Mitte zu Mitte gerechnete Abstand der Nuten kann zwischen.etwa 20 und etwa 45 um liegen und be-

11 * I

-9-

trägt vorzugsweise etwa 32 um.

Die verschiedenen epitaktischen Schichten werden auf dem Substrat 18 mittels bekannter Flüssigphasen-Epitaxieverfahren niedergeschlagen, wie sie z.B. in den US-PSen 4 215 319 und 3 753 801 beschrieben sind, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Bei der Flüssigphasen-Epitaxie ändert sich die örtliche Wachstumsgeschwindigkeit der verschiedenen Teile einer speziellen Schicht mit der örtlichen Krümmung der Oberfläche, auf der die betreffende Schicht gezüchtet wird. Je größer der Betrag der örtlichen positiven Krümmung der Oberfläche, d.h. ihre Konkavität ist, umso höher ist auch die örtliche Aufwachsrate.

15

Bei der in Fig. 3a dargestellten Struktur ist die Höhe der Oberseite 26a der Mesa 26 über dem Grund 24a der Nuten 24 gleich der der Fläche 20. Die Niederschlags- oder Aufwachsgeschwindigkeit wird hier am Punkt 62 der größten positiven Krümmung am größten, am Punkt 64 der größten negativen Krümmung am kleinsten sein und am Punkt 66 direkt über der Mitte der Fläche 26a einen mittleren Wert haben. Die auf .dieser Fläche aufgebrachte Schicht wird daher mit abnehmender Dicke vom Punkt 66 zum Punkt 64 zulau-

^ fen und dann mit zunehmender Dicke vom Punkt 64 zum Punkt 62 zulaufen.

Bei der in Fig. 3b dargestellten Struktur ist die Höhe der Fläche 26a der Mesa 26 über dem Grund 24a der Nuten 24 größer als die Höhe der Fläche 20; der Punkt 74 am Rand der Mesa 26 hat eine größere negative Krümmung als der entsprechende Punkt 64 bei der Struktur gemäß Figur 3a. Die Wachstumsrate am Punkt 74 wird daher kleiner sein als am Punkt 64, so daß sich ein stärkeres Zulaufen mit abnehmender Dicke vom Punkt 72 direkt über der Mesa 26 zum Punkt 74 ergibt, und ein entsprechend größeres Zulaufen in zunehmender Dicke vom Punkt 74 zum Punkt 76 über den

Nuten 24.

Bei der Struktur gemäß Fig. 3c ist die Höhe der Fläche 26a an der Oberseite der Mesa 26 über dem Grund 24a der Nuten 24 kleiner als die Höhe der Fläche 20, der Krümmungsradius am Punkt 84 ist kleiner als der am Punkt 64 in Fig. 3a. Das Zulaufen in abnehmender Dicke vom Punkt 82 zum Punkt 84 wird daher kleiner sein als vom Punkt 66 zum Punkt 64 in Fig. 3a. Eine niedergeschlagene Schicht wird also ein stärkeres Zulaufen in zunehmender Dicke vom Punkt 82 zum Punkt 84 und vom Punkt 84 zum Punkt 86 aufweisen. Da die Wachstumsgeschwindigkeit über dem Punkt 82 kleiner ist als die Wachstumsgeschwindigkeit über der Oberfläche 20, kann eine Fläche 86 positiver Krümmung gezüchtet werden. Wenn die Höhe der Mesa 26 kleiner ist als die Höhe der umgebenden Fläche 20 bezüglich des Nutengrundes 24a, wird der Betrag der positiven Krümmung größer sein. Dies ergibt eine auf der Fläche 88 niedergeschlagene Führungsschicht, die eine größere zunehmende seitliche Dickenän- derung hat und eine aktive Schicht, die eine größere abnehmende Dickenänderung hat.

Die jeweils geeignete Höhe der Fläche 26a der Oberseite der Mesa 26 bezüglich der Höhe der Fläche 20 hängt von ²^ dem gewünschten Verlauf oder der gewünschten Dickenänderung ab. Für den anhand von Fig. 1 beschriebenen Laser ist beispielsweise eine aktive Schicht, die eine größere Dikkenänderung in abnehmender Dicke und damit eine hohe Mesa hat, wünschenswert, während für den anhand von Fig. 2 beschriebenen Laser eine Führungsschicht wünschenswert ist, die eine größere Dickenänderung in abnehmender Dicke hat, so daß hier eine niedrigere Mesa zweckmäßig ist.

Die Nuten 24 können sich von der Fläche 20 über eine Strecke zwischen etwa 3 und etwa 6 μπι in das Substrat 18 erstrecken. Der Unterschied zwischen den Höhen der Oberfläche der Mesa und.der Fläche 20 über dem Grund 24a der

Nuten 24 kann typischerweise bis zu etwa 3 μΐη betragen und liegt vorzugsweise zwischen 1 und 2 um. Wenn die Höhe der oberen Fläche der Mesa zu weit unterhalb der der umgebenden Fläche liegt, läßt sich das gewünschte Zulaufen vom Bereich über der Mesa und der gewünschte Grad der elektrischen Begrenzung oder Einschließung nicht erhalten. Die obigen Werte sind selbstverständlich nur Beispiele und es lassen sich unter Umständen auch andere Kombinationen von Nutentiefen und relativen Höhen der Mesa zur umgebenden Oberfläche verwenden.

Die Materialien, aus denen sich die aktive Schicht 32, die Führungsschicht 52 und die erste und zweite Einschliessungs- oder Begrenzungsschicht 30 bzw. 32 zusammensetzen, !5 werden so gewählt, daß der Brechungsindex der aktiven Schicht 32 größer ist als der der Führungsschicht 52, und der Brechungsindex der Führungsschicht 52 größer ist als der der v.rsten und zweiten Begrenzungsschicht 30 bzw.

Die Puffer- oder Trennschicht 28 kann aus n-leitendem GaAs bestehen und ist über der Mesa 26 typischerweise zwischen etwa 0,5 und 1 um dick. Die erste Einschließungsoder Begrenzungsschicht 30 kann aus η-leitendem Al Ga., As bestehen, wobei der Bruchteil r der Konzentration des Aluminiums zwischen etwa 0,25 und 0,4 liegen kann und typischerweise etwa 0,35 beträgt. Diese Schicht ist über der Mesa 26 typischerweise zwischen etwa 1,5 und 2,0 um dick. Die Führungsschicht 52 ist über der Mesa 26 typischerweise zwischen etwa 0,5 und etwa 2 um dick und kann aus '·

η-leitendem Al Ga₁ As zusammengesetzt sein, wobei der r ι — s

Bruchteil s der Konzentration des Aluminiums zwischen etwa 0,13 und etwa 0,25 liegen kann und typischerweise etwa 0,20 beträgt. Die aktive Schicht 32 ist über der Mesa typischerweise zwischen etwa 0,1 und etwa 0,4 \im dick und kann aus Al .Ga.. __tAs zusammengesetzt sein, wobei der Bruchteil t der Konzentration an Aluminium zwischen etwa 0,0 und etwa 0,1 betragen kann. Die zweite Begrenzungsschicht

-12-

34 ist über der Mesa 26 typischerweise zwischen etwa 1 und

etwa 2 μη dick und kann aus p-leitendem AIyGa^__vAs zusam- /{

mengesetzt sein, wobei der Bruchteil ν der Konzentration J

an Aluminium sich zwischen etwa 0,3 und etwa 0,4 ändert |

und typischerweise etwa 0,35 beträgt. Die Abdeckschicht

36 ist typischerweise zwischen etwa 0,2 und 1,5 μπι dick ^:

und kann aus p-leitendem GaAs bestehen. :

Selbstverständlich können bei den vorliegenden Lasern auch andere binäre A ^..-Verbinduni
Verbindungen verwendet werden.

andere binäre A ^-Verbindungen und Legierungen solcher

Die elektrisch isolierende Schicht 38 besteht vorzugsweise aus Siliziumdioxid, das auf der Abdeckschicht 36 durch pyrolytische Zersetzung eines siliziumhaltigen Gases, wie Silan und Sauerstoff oder Wasserdampf niedergeschlagen wird. In der elektrisch isolierenden Schicht 38 wird über der Mesa 26 zwischen den Nuten 24 eine bis zur Abdeckschicht 36 durchgehende öffnung 4 0 unter Verwendung übli-

²^ eher photolithographischer Maskier- und fitzverfahren gebildet. Der erste elektrische Kontakt 42 wird dann auf der elektrisch isolierenden Schicht 38 und der Abdeckschicht 36 im B.ereich der öffnung 4 0 niedergeschlagen, er besteht vorzugsweise aus Titan, Platin und Gold, die ° nacheinander im Vakuum aufgedampft werden. Der zweite ■ elektrische Kontakt 44 an Substrat 18 kann durch Vakuumaufdampfen und Sintern von Zinn und Gold gebildet werden.

Die eine der Stirnflächen 14 des Körpers 12, aus der die

Laserstrahlung emittiert wird, wird typischerweise mit einer Schicht aus Al-O₃ oder einem ähnlichen Material mit einer Dicke von etwa einer halben Wellenlänge der Laserstrahlung überzogen. Solche Schichten sind beispielsweise in der US-PS 4 178 564 beschrieben, auf die hier ausdrücklieh Bezug genommen wird. Die entgegengesetzte Stirnfläche 14 kann mit einem Spiegel beschichtet werden, der bei der Laserwellenlänge reflektiert. Geeignete Verspiegelungen

sind in den US-PSen 3 701 047 und 4 092 659 beschrieben, auf die hier ebenfalls Bezug genommen wird.

Eine Mesa, die eine andere Höhe hat als die umgebende Substratflache, kann durch übliche photolithographische und chemische Ätzverfahren gebildet werden. Um eine Mesa zu bilden, die niedriger ist als die umgebende Substratfläche, wird die gesamte Oberfläche einschließlich der Nuten und der Mesa mit einer Schicht aus SiO- und einer Schicht aus photoresist oder Photolack überzogen. In der SiO.-Schicht wird dann über der Mesa eine öffnung gebildet und die freigelegte Oberfläche wird geätzt, z.B. mit einem Ätzmittel, wie es oben für die Bildung der Nuten beschrieben wurde. Wenn man umgekehrt eine Mesa bilden will, die höher

¹^ als die umgebende Substratfläche ist, wird die SiO_-Schicht von dieser Fläche anstatt von der Oberfläche der Mesa entfernt und die freigelegte Fläche wird dann geätzt.

Alternativ kann man bei Nuten spezieller Formen, wie V-förmigen Nuten, die Mesa zwischen den Nuten beim anfänglichen In-Berührung-Kommen mit der flüssigen Lösung, aus der die erste Schicht niedergeschlagen wird, schmelzätzen und dadurch die Höhe der Mesa bezüglich der umgebenden Oberfläche verringern.
25

Die seitliche Begrenzung und Schwingungstyp-Kontrolle des Laserstrahlungsbündels im Laser erfolgt durch die Änderung des effektiven Brechungsindex N „, die sich aus der sich

ändernden Dicke der Schichten ergibt. Die laterale oder 30

seitliche Dickenänderung hängt mit N _ff wie folgt zusammen:

₊ b_a(x) (N_a-N_c) ₊ b_g(x) (N_g - N_c)

wobei N , N und N die Massen-Brechungsindices der Begrenzungsschichten, der aktiven Schicht bzw. der Führungs-

schicht bedeuten und N > N ">Ν sind_/und b (χ) und b (χ) die Feldamplituden-Füllfaktoren der aktiven Schicht bzw. der Führungsschicht als Funktion des Abstandes χ in seitlicher Richtung vom Mittelpunkt der Mesa bedeuten. Für den Laser 10 gemäß Fig. 1 ist b (x) = 0, da dieser Laser keine Führungsschicht enthält.

Für den Laser 10 gemäß Fig. 1 hat b (x) seinen Maximalwert

bei x=0 und nimmt mit zunehmendem Abstand χ ab, da die Dicke der aktiven Schicht abnimmt und daher der Anteil des optischen Feldes in der aktiven Schicht kleiner wird. Der effektive Brechungsindex nimmt daher mit zunehmendem seitlichen Abstand ab, was eine positive Indexführung erzeugt, die das sich ausbreitende Strahlungsbündel einschließt. I^ Ein stärkeres Zulaufen mit abnehmender Dicke der aktiven Schicht wird eine stärkere positive Index-Führung und damit eine bessere Einschließung des Grundschwingungstyps der Schwingungen ergeben.

Beim Laser 50 gemäß Fig. 2 verläuft die aktive Schicht mit abnehmender Dicke, die Führungsschicht mit zunehmender Dicke und das Strahlungsbündel breitet sich sowohl in der aktiven als auch in der Führungsschicht aus. Am Mittelpunkt der aktiven Schicht über der Mesa ist b (x) groß

el

die aktive Schicht dünner, b (x) nimmt ab, während die

Führungsschicht dicker wird und b (x) zunimmt. N _rc nimmt

g er χ

also anfänglich mit zunehmendem seitlichen Abstand ab und nimmt dann zu, so daß sich aus der Form des effektiven

Indexprofils eine sogenannte W-Führung ergibt. Ein stärkerer Verlauf in abnehmender Dicke der aktiven Schicht und zunehmender Dicke der Führungsschicht wird einen stärkeren Positiv-Index-Beitrag von der aktiven Schicht in dieser Struktur ergeben. Dies hat verringerte Strahlungsver-

luste für den Grundschwingungstyp infolge der seitlichen Anti-Führung in der Führungsschicht und erhöhte Verluste für Schwingungstypen höherer Ordnung zur Folge, die gegen

und dominiert. Mit zunehmendem seitlichen Abstand χ wird

ι · · » ■ · Ii

-15-

den Anti-Führungseffekt der Zunahme von N_eff mit zunehmender Führungsschichtdicke mehr empfindlich sind.

Aus einer Scheibe oder einem Plättchen, die entsprechend den Prinzipien der oben erläuterten Erfindung hergestellt worden waren, wurden Halbleiterlaser hergestellt. In einer (100)-Hauptfläche eines η-leitenden Galliumarsenid-Substrats wurden schwalbenschwanzförmige Nuten gebildet, deren Achsen in der Ppi i] -Richtung verliefen. Die Nuten waren an der Oberfläche 10 um breit, hatten einen Abstand von 32 μΐη und eine Tiefe von 4 μπι. Die Oberfläche der Mesa lag 1 um unter der Oberfläche des umgebenden Substrats. Auf der Oberfläche der Mesa, des Substrats und der Nuten befand sich eine n. -leitende GaAs-Pufferschicht, die über der Mesa 1 um dick war. Auf der Pufferschicht befanden sich eine 3 um dicke, η-leitende erste Begrenzungsschicht aus Al,. 3o^Gao 7o^'^e^^ne über ^er Mesa 1,1 um dicke, n-leitende Führungsschicht aus Α1_Λ ..Ga_{n no}As; eine über der

Mesa 0,2 um dicke undotierte aktive Schicht aus Al_{n nc}

on °'⁰⁶

^u Ga- 94^As» eine über der Mesa 1,5 um dicke, p-leitende zweite Begrenzungsschicht aus Al_n O₄Ga_n ggAs und eine 0,5 um dicke ρ -leitende GaAs-Abdeckschicht. Die aktive Schicht lief in· seitlicher Richtung von einer maximalen Dicke von etwa 0,2 um über der Mitte der Mesa auf etwa

0,15 um in einem Abstand von etwa 15 um in seitlicher Richtung zu. Die Dicke dei. Führungsschicht änderte sich in seitlicher Richtung von einem Minimalwert von etwa 1,1 um über der Mitte der Mesa bis zu einem Wert von etwa 1,7 um

in einem seitlichen Abstand von etwa 20 um. 30

Aus einer solchen Scheibe hergestellte Laser wurden mit Stromimpulsen von 50 Nanosekunden und einem Tastverhältnis von 50% geprüft. Es wurden Schnellwertströme von etwa

9 0 Milliampere und Ausgangsleistungen von 50 Milliwatt 35

bei 170 Milliampere festgestellt.

Claims

Patentansprüche

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Halbleiterlaser mit einem Substrat (18), das zwei entgegengesetzte Hauptflächen (20, 22) aufweist, in deren einer, erster sich zwei im wesentlichen parallele Nuten (24) mit einer dazwischenliegenden Mesa befinden, und mit einer über der ersten Hauptfläche (20), den Nuten (24) und der Oberfläche der Mesa (26) liegenden aktiven Schicht (32), dadurch gekennzeichnet, daß die Mesa (26) eine Höhe über dem Grund (24a) der Nuten (24) hat, die von der Höhe der ersten Hauptfläche (20) des Substrats (18) über dem Grund (24a) der Nuten (24) verschieden ist.

-2-
2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß die Höhe der Mesa (26) über dem Grund (24a) der Nuten (24) größer ist als die der ersten Hauptfläche (20) des Substrats (18).
3. Halbleiterlaser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die aktive Schicht (32) mit abnehmender Dicke von ihren sich über der Mesa (26) befindenden Teil in seitlicher Richtung zuläuft.
4. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, d a du r c h gekennzeichnet , daß die Höhe der Mesa (26) über den Grund (24a) der Nuten (24) kleiner ist als die der ersten Hauptfläche (20) der, Substrats (18).
5. Halbleiterlaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungsschicht (52) zwischen dem Substrat (18) und der aktiven Schicht (32) angeordnet ist.
6. Halbleiterlaser nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der Führungsschicht in seitlicher Richtung von ihrem sich über der Mesa (26) befindenden Teil zunimmt und daß die aktive Schicht (3 2) mit abnehmender Dicke von ihrem sich über der Mesa (26) befindenden Teil zuläuft.
7. Halbleiterlaser nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Unterschied der Hö-

^ou hen der Mesa (26) und dor ersten Hauptfläche (20) des Substrats (18) über dem Grund (24a) der Nuten (24) kleiner als 3 Mikrometer ist.
8. Halbleiterlaser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Unterschied der Höhen der Oberfläche (26a) der Mesa (26) und der ersten Hauptfläche (20) des Substrats (18) t'oer dem Grund (24a) der

-3-Muten (24) zwischen etwa 1 und etwa 2 Mikrometer ist.
9. Halbleiterlaser nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen dem Substrat

(18) und der aktiven Schicht (32) eine erste Begrenzungsschicht (30) angeordnet ist;"daß auf der der ersten Begrenzungsschicht (30) entgegengesetzten Seite der aktiven Schicht (32) eine zweite Begrenzungsschicht (34) angeordnet ist, und daß ein erster (42) sowie ein zweiter (44) elektrischer Kontakt mindestens einen Teil der zweiten Begrenzungsschicht (34) bzw. der zweiten Hauptfläche (22) des Substrats (18) überdecken.
10. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß zwischen dem Substrat (18) und dor ersten Begrenzungsschicht (30) eine Puffer- oder Trennschicht (28) angeordnet ist; daß auf der zweiten Begrenzungsschicht (34) eir3 Abdeckschicht (36) liegt und daß sich auf der Abdeckschicht (26) eine elektrisch isolierende Schicht (38) mit einer öffnung (40) befindet, und daß der erste elektrische Kontakt (42) in der öffnung (40) der elektrisch isolierenden Schicht (38) auf der Abdeckschicht (36) liegt.
11. Halbleiterlaser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat (18) aus η-leitendem GaAs besteht, daß die erste Begrenzungsschicht (30) aus einer η-leitenden AlGaAs-Legierung zusammengesetzt ist, daß die zweite Begrenzungsschicht (34) aus einer p-

^® leitenden AlGaAs-Legierung zusammengesetzt ist und daß die Abdeckschicht (36) aus p-leitendem GaAs zusammengesetzt ist.