DE3322388A1

DE3322388A1 - Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE3322388A1
Application number: DE19833322388
Authority: DE
Inventors: Dan 08060 Mount Holly N.J. Botez
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1982-10-29
Filing date: 1983-06-22
Publication date: 1984-05-03
Anticipated expiration: 2003-06-23
Also published as: DE3322388C2; US4523316A; CA1206572A; JPS5984577A; GB2130007A; GB8317403D0; GB2130007B; JPH0426232B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Sie betrifft insbesondere einen Halbleiterlaser mit einem Halbleiterkörper mit einem Paar einander gegenüberliegender, lichtreflektierender Spiegelfacetten, von denen wenigstens eine teilweise lichtdurchlässig ist, wobei der Halbleiterkörper folgende Komponenten enthält: ein eine erste und zweite Hauptfläche aufweisendes Substrat mit sich von der einen zur anderen Spiegelfacette erstreckenden, durch eine Mesa voneinander getrennten, im wesentlichen parallelen Kanälen in der ersten Hauptfläche; eine erste Begrenzungsschicht über der ersten Hauptfläche des Substrats und über den Oberflächen der Kanäle sowie der Mesa; eine in seitlicher Richtung senkrecht zu den Kanälen in der Schichtdicke geneigten Führungsschicht auf der ersten Begrenzungsschicht; eine Aktivschicht auf der Führungsschicht; eine zweite Begrenzungsschicht auf der Aktivschicht; und erste sowie zweite elektrische Kontakte auf der zweiten Begrenzungsschicht bzw. auf der zweiten Hauptfläche des Substrats. a

Halbleiterlaser enthalten in typischen Fällen einen Körper mit einer dünnen Aktivschicht zwischen Schichten entgegengesetzten Leitungstyps. Das verwendete Material ist im allgemeinen eine Verbindung von Elementen der III. und V. Gruppe des Periodensystems oder eine Legierung solcher Verbindungen. Ein Beispiel bilden die sogenannten CDH-Laser (CDH=Constricted Double Heterostructure), d.h. Laserkonstruktionen mit räumlich geometrisch eingeschnürter Doppelheterokonfiguration, wie sie in der US-PS 43 47 486 sowie von Conolly et al in der Zeitschrift "Applied Physics Letters", Band 41, Nr. 4, 15. August 1982, 310-312, beschrieben werden.

CDH-Laser können Einzellichtfäden hoher Energie mit transversaler Schwingung (senkrecht zur Ebene der Laserschichten) und lateraler Schwingung (in Richtung der Lichtausbreitung) aussenden. Diese Laser besitzen angrenzend an die Aktivschicht derart eine Führungsschicht, daß in der Aktivschicht gebildetes Licht im wesentlichen in der Führungsschicht weitergeleitet wird und damit eine viel größere Facette für die Lichtemission zur Verfügung steht.

Die Emission von einer der Spiegelfacetten eines solchen Führungsschicht-Lasers findet jedoch im wesentlichen unverändert in einem sehr kleinen, nur wenige Quadratmikrometer großen Bereich einer Spiegelfacette des Bauelements statt. Die Örtliche Energiedichte ist daher sehr hoch, so daß eine Beschädigung oder Zerstörung der emittierenden Spiegelfacette auftreten kann. Man unterscheidet hier zwischen einer langsamen bzw. langfristigen Erosion oder Oxidation der Facette einerseits und einer plötzlichen Zerstörung "katastrophaler" Art andererseits.

Um Schäden beider vorgenannter Arten zu vermeiden, wird die Ausgangsenergiedichte des Lasers in der Facette unterhalb der Schwelle gehalten, bei der die Schäden auftreten. Zum Erhöhen der Schwelle wurde schon eine zusätzliche durchlässige Schicht auf die emittierende Facette aufgebracht (vgl. US-PS 41 78 564). Durch diese zusätzlichen Maßnahmen wird die Gefahr einer Beschädigung der Laserfacetten zwar herabgesetzt, aber die durch den Laser mögliche Ausgangsleistung kann bei weitem noch nicht voll ausgelastet werden.

Die Katastrophenzerstörung der Facetten kann durch eine durch Absorption des Laserlichts bewirkte örtliche Aufheizung der Spiegelfacetten auf eine Temperatur nahe deren Schmelztemperatur verursacht werden. Dieser Effekt läßt sich vermindern oder vermeiden, wenn sich die das Licht absorbierende Aktivschicht nicht bis ganz zu der Facette erstreckt und der Bereich zwischen den Enden (Kanten) der Aktivschicht und den Facetten aus lichtdurchlässigem Material gebildet wird, so daß Probleme mit der Lichtabsorption unmittelbar an der jeweiligen Facette entfallen. Durch die vorgenannten Maßnahmen .könnte die Energieschwelle für das Eintreten der Dauer- und Katastrophenzerstörung auf den etwa 5 bis 10-fachen Wert erhöht werden. Derart konstruierte Bauelemente hätten jedoch, insbesondere in den durchlässigen Zonen angrenzend an die Spiegelfacetten, keine Kontrolle der lateralen Schwingung. Die Lateralschwingung des Ausgangslichtstrahls hinge nämlich von der Länge der transparenten Zonen ab und würde sich von Bauelement zu Bauelement wegen der Ungenauigkeit der zum Herstellen der Facetten benutzten Spaltverfahren unterscheiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiterlaser mit bis an eine nicht absorbierende Facette heranreichender Kontrolle der Lateralschwingung zu schaffen. Die erfindungsgemäße Lösung wird im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschrieben.

Durch die Erfindung wird demgemäß ein Halbleiterlaser eingangs genannter Art geschaffen, dessen auf der Führungsschicht liegende Aktivschicht nicht ganz bis an wenigstens eine der Spiegelfacetten heranreicht. Im einzelnen besitzt der erfindungsgemäße Halbleiterlaser eine Führungsschicht mit sich in der Lateralrichtung ändernder

Dicke und eine auf der Führungsschicht liegende Aktivschicht, die angrenzend an wenigstens eine der Spiegelfacetten durch eine sogenannte nicht absorbierende, lichtdurchlässige Grenzzone substituiert ist. Trotzdem kann im erfindungsgemäßen Bauelement sowohl die laterale als auch die transversale Schwingungsart bis heran zu beiden Facetten kontrolliert werden. Unter anderem kann nämlich die Form der Führungsschicht sowohl in der lateralen als auch in der transversalen Richtung so verändert werden, daß sich der Querschnitt des ausgesendeten Strahls an der emittierenden Facette wunschgemäß vorgeben läßt. Insbesondere heißt das, daß die Form des Ausgangslaserstrahls sich sowohl in der lateralen als auch in der transversalen Richtung durch Vorgabe der Form der Führungsschicht in dem Teil des Lasers verändern läßt, in dem die Führungsschicht nicht von der Aktivschicht bedeckt ist.

Anhand der schematischen Darstellung von Ausführungsbeispielen werden Einzelheiten der Erfindung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterlasers;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Halbleiterlasers von Fig.l mit Facettenbeschichtung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Intensitätsverteilung des Laserstrahls in dem Halbleiterlaser; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Querschnitts der Laserstruktur mit verschiedene relative Neigungen der Schichten aufweisenden ersten und zweiten Zonen sowie die der jeweiligen geometrischen Konfiguration entsprechende Form des Ausgangslaserstrahls.

Der Halbleiterlaser 10 nach Fig. 1 enthält einen Halbleiterkörper 12 aus einem einkristallinen Halbleitermaterial in Form eines Parallelepipeds. Dieses besitzt mit Abstand zueinander parallele Spiegelfacetten 14a und 14b. Die Spiegelfacetten 14a, b reflektieren Lichir; wenigstens eine der Facetten ist jedoch teilweise transparent, so daß Licht durch die Facette hindurch zu emittieren ist. Zwischen den Facetten 14a, b und senkrecht dazu erstrekken sich mit Abstand voneinander parallele Seitenflächen 16.

Der Halbleiterkörper 12 enthält ein Substrat 18 mit oberen und unteren Hauptflächen 20 bzw. 22, die mit Abstand voneinander senkrecht zu den Facetten verlaufen und einander gegenüberliegende Facetten 14a, b sowie die Seitenflächen 16 miteinander verbinden. In der Hauptfläche 20 des Substrats 18 befindet sich ein Paar im wesentlichen paralleler Kanäle 24, die sich mit Abstand voneinander ebenfalls zwischen den Facetten 14a und b erstrecken. Der Teil der Hauptfläche 20 zwischen den Kanälen 24 bildet eine Mesa 20a. Auf der Hauptfläche 20 sowie auf der Mesa 20a liegt eine Pufferschicht 26, die die Kanäle 24 teilweise ausfüllt. Auf der Pufferschicht 26 befindet sich eine erste Begrenzungsschicht 28, auf der wiederum eine Führungsschicht 30 liegt. Ein Teil der Oberfläche der Führungsschicht 30 wird von einer Aktivschicht 32 bedeckt, die sich zwischen den Seitenflächen 16 erstreckt und auch in Richtung auf die Facetten 14a, b hin

gerichtet ist, die Facetten aber nicht berührt. Auf der Aktivschicht 32 liegt eine zweite Begrenzungsschicht 34, die wiederum von einer Deckschicht 36 überlagert wird.

Auf den Teilen der Führungsschicht 30, die nicht von der Aktivschicht 32 bedeckt werden, liegt eine lichtdurchlässige, nicht absorbierende Grenzzone 38. Hierauf und auf der Deckschicht befindet sich eine elektrische Isolierschicht 40, welche eine durchgehende Öffnung 41 besitzt. Die Isolierschicht 40 und die Deckschicht 36 (innerhalb der Öffnung 41) werden von einem ersten elektrischen Kontakt 42 bedeckt, der in die Öffnung 41 greift. Ein zweiter elektrischer Kontakt 44 liegt auf der unteren bzw. zweiten Hauptfläche 22 des Substrats 18. Die elektrischen Kontakte 42 und 44 bilden die elektrischen Kontaktmittel des Halbleiterkörpers 12.

In den folgenden Fig. 2 bis 5 werden gleiche oder sich entsprechende Elemente mit demselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt des Lasers 10 längs der Linie 2-2 in Fig. 1. Die Aktivschicht 32, die zweite Begrenzungsschicht 34 und die Deckschicht 36 erstrecken sich von einer zur anderen Seitenfläche 16.

Das Substrat 18, die Pufferschicht 26, die erste Begrenzungsschicht 28 und die Führungsschicht 30 besitzen alle denselben Leitungstyp, d.h. sie sind entweder n- oder p-leitend. Die zweite Begrenzungsschicht 34 und die Deckschicht 36 haben den entgegengesetzten Leitungstyp. Die Aktivschicht 32 kann irgendeinen Leitungstyp aufweisen und wird in typischen Fällen nur schwach leitend gemacht.

Die Grenzzone 38 kann irgendeinen Leitungstyp haben und wird typischerweise η-leitend gemacht. Der hohe spezifische Widerstand der Grenzzone 38 dient dazu, den elektrischen Stromfluß um die Aktivzone 32 herum zu blockieren. Stattdessen kann die Grenzzone 38 auch aus zwei Schichten entgegengesetzten Leitungstyps mit einem dazwischen liegenden pn-übergang^ bestehen, so daß der Stromfluß beschränkt wird.

Bei der Laser-Wellenlänge soll der Brechungsindex der Aktivschicht 32 größer sein als derjenige der Führungsschicht 30, ferner soll der Brechungsindex der Führungsschicht 30 größer sein als derjenige'* sowohl der Begrenzungssehichten 28 und 32 als auch der Grenzzone 38.

In Fig. 3 wird, eine Seitenansicht des Lasers 10 dargestellt mit einer lichtdurchlässigen Beschichtung 62 auf der Facette 14a, durch die das Laserlicht emittiert wird. Eine solche Beschichtung wird in der US-PS 41 78 564 beschrieben. Auf der gegenüberliegenden Facette 14b liegt ein Lichtreflektor 64. Zu den im vorliegenden Fall brauchbaren Lichtreflektoren gehören ein in der US-PS 37 01 047 beschriebenes Metall sowie ein dielektrischer Schichtreflektor, wie er in der US-PS 40 92 659 offenbart wird.

Die verschiedenen Schichten können nach den bekannten Verfahren der Flüssigphasenepitaxie gemäß US-PS 42 15 319 und US-PS 37 53. 801 nacheinander auf das Substrat 18 aufgebracht werden. Bei der Flüssigphasenepitaxie ändert sich die örtliche Aufwachsgeschwindigkeit einer Schicht mit der örtlichen Krümmung der zu beschichtenden Oberfläche. Je stärker positiv die Krümmung gesehen aus der

Richtung der aufzubringenden Schichten ist, urn so höher ist die örtliche Aufwachsgeschwindigkeit. Beispielsweise kann die erste Begrenzungsschicht 28 bis zu einer solchen Dicke aufgewachsen werden, daß die Oberfläche dieser Schicht, auf die die Führungsschicht 30 niedergeschlagen wird, eine örtliche Vertiefung oberhalb der Mesa 20a besitzt. Die Führungsschicht 30 hat dann eine höhere örtliche Aufwachsgeschwindigkeit über den Bereichen der ersten Begrenzungsschicht 28, die die größte positive Krümmung besitzen, das sind die konvexen Bereiche der Vertiefung. Die Oberseite der Führungsschicht 30 kann damit eine konvexe Form mit Zentrum oberhalb der Mesa 20a erhalten. Die Aufwachsgeschwindigkeit der Aktivschicht 32 auf der Führungsschicht 30 ist dann oberhalb der Mesa 20a höher als oberhalb der Kanäle 24, so daß eine Aktivschicht 32 entsteht, welche oberhalb der Mesa 20a am dicksten ist und mit abnehmender Dicke in der lateralen Richtung, d.h. nach den Seiten hin, geneigt ist bzw. ausläuft. Das Gesamtergebnis besteht darin, daß die Dicke der Führungsschicht 30 von ihrem Bereich oberhalb der Mesa 20a aus in lateraler Richtung zunimmt, während die Dicke der Aktivschicht 32 in lateraler Richtung abnimmt.

Das Substrat 18 wird typisch aus einer binären HI-V-Verbindung, vorzugsweise aus GaAs, hergestellt. Es soll eine Hauptfläche 20 besitzen, die parallel zu einer -/"lOOj- -Kristallebene oder vorzugsweise fehlorientiert in Bezug auf diese Ebene ausgerichtet ist und in der die Achsen der Kanäle parallel zu einer ^110^ -Kristallachse verlaufen. Die Verwendung einer Achse aus der ^lio"^ Familie wird bevorzugt, da die Spiegelfacetten 14a und 14b des Halbleiterkörpers 12 dann Spaltebenen sind. Die

der Fehlorientierung entsprechende Ausrichtung kann in die Achse der Kanäle fallen oder gegenüber dieser Achse einen Winkel bilden. Vorzugsweise soll die Fehlorientierung der Substratoberfläche gegenüber der (001)-Ebene zwischen etwa 5° und 45°, optimal" etwa 35°, betragen. Der Neigungswinkel zwischen der (001)-Ebene und der Hauptfläche 20 soll einen Wert zwischen etwa 0,2 und 1,5 , vorzugsweise etwa 1 , haben. Ein solcher Fall 'wird in einem älteren Vorschlag der Anmelderin beschrieben. Stattdessen kann die Fehlorientierung nach einem .anderen älteren Vorschlag der Anmelderin auch etwa 90 in Bezug· auf die Kanalachsen betragen. Die letztgenannte Fehlorientierung :führt zu einer Führungsschicht mit gestufter Oberfläche und einer Aktivschicht mit sich vom Bereich oberhalb der Stufung aus ändernder Dicke.

Nach Fig. 1 sollen die Kanäle 24 einen Querschnitt mit Schwailbenschwanzform besitzen. Diese Form entsteht, wenn die Kanalachsen parallel zu einer <^110 ^-Kristallrichtung verlaufen. Die Kanäle· 24 können aber auch einen anderen Querschnitt aufweisen, z.B. U-, V- oder Rechteckform; solche Fälle treten auf, wenn andere kristallographische Achsen oder andere chemische Ätzmittel eingesetzt werden. Die Kanäle 24 sind an der Hauptfläche 20 typisch etwa zwischen 4 und 20 Mikrometer breit, vorzugsweise etwa 10 Mikrometer breit, und haben eine Tiefe von etwa 4 Mikrometern. Der Mitten-Abstand zwischen den Kanälen soll typisch etwa 20 bis 45 Mikrometer, vorzugsweise etwa 32 Mikrometer, betragen. Die Kanäle werden durch Standard-Fotolithografie- und Ätztechniken gemäß US-PS 42 15 319 gebildet.

Die Höhe der Oberfläche der Mesa 20a kann gemäß DE-OS 32 30 909 von der Höhe der Hauptfläche 20 in Bezug auf den Kanalboden abweichen. Durch diese Höhendifferenz wird die Krümmung der niedergeschlagenen Schichten stärker als in dem Fall, daß die Höhe der Mesa mit derjenigen der den Kanal umgebenden Fläche übereinstimmt. Die Höhendifferenz wird typisch zwischen etwa 0,5 und 3 Mikrometern, vorzugsweise zwischen etwa 1 und 2 Mikrometern, gewählt.

Die Pufferschicht 26 wird typisch aus dem gleichen Material wie das Substrat 18 hergestellt. Sie soll vorzugsweise etwa 1 bis 3 Mikrometer dick auf der Mesa 20a liegen. Die Dicke der Pufferschicht ändert sich in der lateralen Richtung durch die ungleichmäßige Aufwachsgeschwindigkeit in den darunterliegenden Nuten bzw. Kanälen 24. Die Schichtdicke der Pufferschicht wird asymmetrisch, wenn die Substrafcoberflache 20 gegenüber einer nicht parallel zu den Kanälen 24 verlaufenden Richtung von einer /~iooj -Ebene fehloiientiert ist.

Die erste Begrenzungsschicht 28 wird typisch aus Al Ga₁

W 1—W

As hergestellt, wobei die anteilige Konzentration w des Aluminiums (Al) zwischen etwa 0,25 und 0,4, vorzugsweise etwa 0,35, betragen soll. Diese Schicht wird auf der Mesa 20a typisch zwischen etwa 1 und 3 Mikrometern dick erzeugt, wobei die Schichtdicke in der lateralen Richtung asymmetrisch verläuft.

Die Führungsschicht 30 besitzt typisch die Zusammensetzung Al Ga₁ As, wobei die Konzentration χ des Al geringer ist als in der ersten Begrenzungsschicht 28 und größer als in der Aktivschicht 32, d.h. typisch zwischen

etwa 0,1 und 0,3, vorzugsweise bei etwa 0,2, liegt. Die Führungsschicht 30 läuft typisch mit zunehmender Dicke vom Bereich oberhalb der Mesa 20a aus, wobei die Dicke oberhalb der Mesa 20a zwischen etwa 0,5 und 3 Mikrometern betragen soll. Die Aktivschicht 32 wird typisch nach der Formel Al Ga._ As zusammengesetzt, wobei die Konzentration y des Al niedriger als die Konzentration in der Führungsschicht 30 sein und typisch zwischen 0 und etwa 0,07 betragen soll. Die Aktivschicht 32 besitzt oberhalb der Mesa 20a vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,05 bis 0,2 Mikrometern und wird mit abnehmender Schichtdicke in lateraler Richtung fortgesetzt. Die Aktivschicht 32 hat zwischen den Spiegelfacetten 14a und 15b typisch eine Längserstreckung zwischen etwa 100 und 200 Mikrometern und kann bis auf einen Abstand zwischen etwa 10 und 100 Mikrometern, vorzugsweise bis auf etwa 50 Mikrometer, an die Spiegelfacette heranreichen.

Die zweite Begrenzungsschicht besteht typisch aus einer Verbindung der Formel Al Ga₁ As, wobei der Anteil ζ des Al zwischen etwa 0,3 und 0,5, vorzugsweise etwa 0,4, betragen soll. Die zweite Begrenzungsschicht 34 hat oberhalb der Mesa 20a vorzugsweise eine Schichtdicke zwischen etwa 1 und 3 Mikrometern.

Die Deckschicht 36 wird typisch etwa 0,1 bis 0,5 Mikrometer dick aus GaAs hergestellt.

Die Grenzzone 38 wird typisch nach der Formel Al Ga. As mit m zwischen etwa 0,2 und 0,4, vorzugsweise etwa 0,3, hergestellt. Die Dicke der Grenzzone 38 ist vorzugsweise gleich der Dicke der Kombination aus Aktivschicht 32, zweiter Begrenzungsschicht 34 und Deckschicht 36, so daß sich eine annähernd ebene Oberfläche auf der Schichtkombination 32, 34, 36 und der Grenzzone 38 einstellt.

Beim Herstellen des erfindungsgemäßen Lasers werden die Aktivschicht, die zweite Begrenzungsschicht und die Deckschicht nacheinander auf der gesamten Oberfläche der Führungsschicht unter Verwendung der Flüssigphasenepitaxie niedergeschlagen. Teile der Deckschicht, der zweiten Begrenzungsschicht und der Aktivschicht angrenzend an eine oder beide Spiegelfacetten werden dann durch eine Folge selektiver chemischer Ätzschritte entfernt. Es wird selektives Ätzen bevorzugt, da die Schichten wegen der Kanäle aufweisenden Substratoberfläche nicht eben sind. Eine aus GaAs bestehende Deckschicht 36 wird im gewünschten Bereich unter Verwendung eines Ätzmittels der folgenden Zus
tragen:

8 H^O oder

den Zusammensetzung in etwa 15 see. bei etwa 20⁰C abge-

1	H₂	SO	4	: 8	H₂O	2 ^:
20	H	2°	2	: 1	NH₄	OH.

Die zweite Begrenzungsschicht 34 wird im vorgegebenen Bereich bei Zusammensetzung aus p-leitendem AlGaAs unter Verwendung eines der Ätzmittel 1 HF : 1 H„0 oder 1 HCl : 1 H₂O entfernt. Wenn die Aktivschicht 32 aus GaAs oder

Al Ga₁ As mit q kleiner als etwa 0,07 besteht, kann sie q i-q

mit dem Atzmittel 20 H_?0_? : 1 NH₄OH abgetragen werden. Die relativen Konzentrationen in diesen chemischen Formeln beziehen sich auf das Volumen. Wenn die Konzentration q des Al in der Aktivschicht unterhalb von etwa 0,07 gehalten wird, trägt das zum Entfernen dieser Schicht eingesetzte Ätzmittel allenfalls wenig von der darunterliegenden Führungsschicht 30 ab. Alternativ kann die Aktivschicht auch durch Schmelzätzen entfernt werden.

Nach Beendigung des Ätzens wird auf der Deckschicht 36 eine Maske niedergeschlagen und alsdann die Grenzzone 38 durch Flüssigphasenepitaxie aufgewachsen. Stattdessen kann die Grenzzone 38 auch durch Dampfphasen- oder Molekularstrahl-Epitaxie aufgebracht werden. Nach Abschluß dieses Verfahrensschritts wird die Maske von der Deckschicht 36 entfernt, und eine elektrische Isolierschicht 40 wird auf der Deckschicht 36 und der Grenzzone 38 gebildet.

Die elektrische Isolierschicht 40 wird vorzugsweise aus Siliziurndioxid hergestellt. Dies kann durch pyrolytisches Zersetzen eines Silizium enthaltenden Gases, z.B. Silan, in Sauerstoff oder Wasserdampf auf die Deckschicht 36 und die Grenzzone 38 niedergeschlagen werden.

Die durch die elektrische Isolierschicht 40 bis zur Deckschicht 36 im Bereich oberhalb der Mesa 20a zwischen den Kanälen hindurchgehende Öffnung 41 kann ebenfalls durch Standard-Fotolithografie- und -Maskiertechniken sowie durch Ätzen gebildet werden. Die Öffnung 41 braucht nur oberhalb der Deckschicht 36 vorhanden zu sein.

Anschließend wird der vorzugsweise aus Titan, Platin und Gold zusammengesetzte elektrische Kontakt 42 durch aufeinanderfolgendes Vakuum-Aufdampfen auf die elektrische Isolierschicht 40 und die Deckschicht 36 aufgetragen. Der elektrische Kontakt 44 auf der zweiten Hauptfläche 22 des Substrats 18 kann durch Vakuumabscheiden und Sintern von Zinn und Gold gebildet werden.

Alternativ können die Funktionen der Deckschicht 36 und der elektrischen Isolierschicht 40 in Form einer Sperrschicht aus einem Halbleitermaterial, z.B. aus GaAs mit der zweiten Begrenzungsschicht 34 entgegengesetztem Leitungstyp, kombiniert werden. Ein Teil dieser Blockierschicht, typisch in Form eines Streifens, oberhalb des dicksten Teils der Aktivschicht, enthält eine Überschußkonzentrtion eines zweiten den Leitungstyp verändernden Dotierstoffs, der den Leitungstyp des Streifenbereichs so verändert, daß er mit demjenigen der zweiten Begrenzungsschicht 34 übereinstimmt. Durch Anlegen einer Durchlaß-Vorspannung zwischen den elektrischen Kontakten wird der Übergang zwischen der Blockierschicht und der zweiten Begrenzungsschicht in . Sperrichtung vorgespannt, so daß ein Stromfluß außer im Bereich des Streifens ausgeschlossen wird.

Die Einschnürung des Ausgangslaserstrahls in lateraler Richtung wird im erfindungsgemäßen Bauelement durch eine durch die Dicke und Zusammensetzung der verschiedenen Schichten bestimmte effektive Variation des transversalen Brechungsindex erreicht. Der Halbleiterlaser enthält zwei unterschiedliche Zonen, die bei Änderung der Struktur zu betrachten sind: eine in den Fig. 4 und 5 mit I bezeichnete erste Zone, in der die Aktivschicht 32 auf der Führungsschicht 30 liegt, und eine in den Fig. 4 und 5 mit II bezeichnete zweite Zone, in der die Aktivschicht 32 über der Führungsschicht 30 fehlt. Zur Veränderung des Brechungsindex tragen zwei Einflüsse bei, nämlich die unterschiedlichen einzelnen Brechungsindices der verschiedenen Schichten und die Änderung des effektiven Brechungsindex als Folge der sich ändernden Dicke der Einzelschichten.

In Fig. 4 wird die transversale räumliche Energie-Variation in der ersten und zweiten Zone I, II schematisch dargestellt. In der ersten Zone I wird der Strahl an oder nahe der Aktivschicht 32 konzentriert; demgegenüber erfolgt die Strahlkonzentration in der zweiten Zone II in der Führungsschicht 30. Um die von der ersten Zone I in die zweite Zone II gekoppelte Energiemenge zu maximieren, werden die wirksamen transversalen Ausbreitungskonstanten in den beiden Zonen so gut wie möglich angeglichen. Das läßt sich erreichen, wenn die Aluminium-Konzentration in der Grenzzone 38 so gewählt wird, daß der effektive transversale Brechungsindex in der zweiten Zone II etwa demjenigen der ersten Zone I gleicht; der transversale Brechungsindex ist eine Kombination aus den Beiträgen der Schichten, in denen sich der Lichtstrahl ausbreitet (vgl. Botez in der Zeitschrift "IEEE Journal of Quantum Electronics", QE-17, 1981, 78).

Durch Änderung von Form und/oder Neigung der Führungsschicht 30 in der zweiten Zone II kann der Querschnitt des Ausgangslaserstrahls des vorliegenden Halbleiterlasers an der emittierenden Facette zwischen einer elliptischen Form und einer annähernden Kreisform sowie auf andere gewünschte Formen eingestellt werden. Die zugehörige Formänderung der Führungsschicht 30 läßt sich beispielsweise durch Änderung der ,Höhe der Mesa zwischen erster und zweiter Zone erreichen. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung der Querschnitte der Laserstruktur in der ersten und zweiten Zone I, II für den Fall, daß die Höhe der Mesa oberhalb des Kanalbodens in der ersten Zone I größer ist als in der zweiten Zone II. Die Form der Führungsschicht 30 ändert sich dann von einer Neigung mit - ausgehend vom Zentrum - zunehmender Dicke in der

ersten Zone I zu einer Neigung mit - ebenfalls vom Zentrum aus - abnehmender Dicke in der zweiten Zone II. Der in der zweiten Zone geführte Strahl hat also einen mehr kreisförmigen Querschnitt als derjenige in der ersten Zone.

■ΙΑ-

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Claims

Diving. Reiman König ;■ Diph-ing*. Klaus Bergen

Wilhelm-Toll-Str. 1·4 4000 Düsseldorf ! Telefon 39 7Q26 PatenCanwälte

QQOOQQQ 21. Juni 1983

^3322388 34 975 B

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

"Halbleiterlaser" Patentansprüche:

Halbleiterlaser (10) mit einem Halbleiterkörper (12) mit einem Paar einander gegenüberliegender, lichtreflektierender Spiegelfacetten (14a, b), von denen wenigstens eine teilweise lichtdurchlässig ist, und mit einer im wesentlichen senkrecht zu den Spiegelfacetten (14a, b) verlaufenden Schichtenfolge aus erster Begrenzungsschicht (28), einer das Laserlicht leitenden FUh-Fungsschicht (30) mit sich in seitlicher Richtung.ändernder Schichtdicke auf der ersten Begrenzungsschicht (28), einer lichtabsorbierenden Aktivschicht (32) auf der Führungsschicht (30) und einer zweiten Begrenzungsschicht (34) auf der Aktivschicht (32), dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (12) eine erste Zone (I) mit von der Aktivschicht (32) überdeckter Führungsschicht (30) und angrenzend an wenigstens eine der Spiegelfacetten (14a) eine zweite Zone (II) mit nicht von der'Aktivschicht (32) überdeckter FUhrungsschicht (30) enthält, daß in der zweiten Zone (II) eine lichtdurchlässiges nicht absorbierende Grenzzone (38) auf der FUhrungsschicht (30) liegt und daß die Aktivschicht (32) einen größeren Brechungsindex als die FUhrungsschicht (30) und diese einen größeren Brechungsindex sowohl als die erste und zweite Begrenzungsschicht (28, 34) als auch als die Grenzzone (38) besitzt.
2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper ein eine erste und eine zweite Hauptfläche (20, 22) aufweisendes Substrat (18) mit sich von der einen zur anderen Spiegelfacette (14a, b) erstreckenden, durch eine Mesa (2Oa) voneinander getrennten, im wesentlichen parallelen Kanälen (24) in der ersten Hauptfläche (20) enthält, und daß die erste Begrenzungsschicht (28) über der ersten Hauptfläche (20) des Substrats und über den Oberflächen der Kanäle (24) sowie der Mesa (20a) liegt.
3. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch erste (42) und zweite (44) elektrische Kontakte über der zweiten Begrenzungsschicht (34) bzw. auf der zweiten Hauptfläche (22) des Substrats (18).
4. Halbleiterlaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivschicht (32) an keine der Spiegelfacetten (14a, b) heranreicht.
5. Halbleiterlaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zweiten Begrenzungsschicht (34) eine Deckschicht (36) und auf dieser sowie auf der Grenzzone (38) eine elektrische Isolierschicht (40) mit durchgehender Öffnung (41) liegen, und daß der erste elektrische Kontakt (42) die elektrische Isolierschicht (40) und die Deckschicht (36) im Bereich der Öffnung (41) überdeckt.
6. Halbleiterlaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (18) und die Deckschicht (36) aus Galliumarsenid (GaAs) und die erste Begrenzungsschicht (28), die zweite Begrenzungsschicht (34), die Führungsschicht (30) und die Grenzzone (38) aus AlGaAs-Legierungen zusammengesetzt sind.
7. Halbleiterlaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die effektiven transversalen Brechungsindices in den ersten und zweiten Zonen (I, II) etwa gleich sind.
8. Halbleiterlaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke der Führungsschieht (30) von ihrem Bereich oberhalb der Mesa (2Oa) aus zunimmt.
9. Halbleiterlaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Form bzw. der Querschnitt der Führungsschieht (30) in der ersten Zone (I) von derjenigen in der zweiten Zone (II) des Halbleiterkörpers (12) unterscheidet.
10. Halbleiterlaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke

■ der Führungsschieht (30) in der ersten Zone (I) des Halbleiterkörpers (12) in seitlicher Richtung, insbesondere in Richtung quer zu den Kanälen (24), zunimmt und in der zweiten Zone (II) in seitlicher Richtung abnimmt.
11. Halbleiterlaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Mesa (20a) oberhalb des Bodens des jeweiligen Kanals (24) in der ersten (I) und in der zweiten (II) Zone des Halbleiterkörpers (12) unterschiedlich ist.

12» Halbleiterlaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Mesa

(2Oa) oberhalb des Bodens der Kanäle (24) in der zweiten Zone (II) des Halbleiterkörpers (12) niedriger ist als die Höhe der Mesa (20a) oberhalb des Bodens der Kanäle (24) der ersten Zone (I) des Halbleiterkörpers (12).