DE3644380A1

DE3644380A1 - Lichtemittierende einrichtung

Info

Publication number: DE3644380A1
Application number: DE19863644380
Authority: DE
Inventors: Fumio Prof Inaba; Hiromasa Prof Ito; Noriaki Onodera; Akira Mizuyoshi
Original assignee: Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd; Mitsubishi Cable Industries Ltd; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Research Institute of General Electronics Co Ltd; Mitsubishi Cable Industries Ltd; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1985-12-24
Filing date: 1986-12-24
Publication date: 1987-07-02
Anticipated expiration: 2006-12-25
Also published as: CA1271550A; DE3644380C2; GB2186425B; US4797890A; GB2186425A; FR2592227A1; GB8630856D0; FR2592227B1; NL8603283A; CA1271550C

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Einrichtung und betrifft insbesondere eine lichtemittierende Halbleiter einrichtung, wie eine lichtemittierende Diode oder einen Halbleiterlaser, um Licht in einer Richtung zu emittieren, die senkrecht zu einer Hauptfläche eines Substrats verläuft. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Halbleiterlaser, welcher einen Laserstrahl in einer bezüglich einer Haupt fläche eines Substrats senkrechten Richtung emittieren kann.

Eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung, wie eine licht emittierende Diode oder ein Halbleiterlaser, ist allgemein bekannt, und weist im allgemeinen ein Halbleitersubstrat auf, auf welchem eine oder mehrere PN-Übergänge vorgesehen sind, um einen Aktivierungsbereich zum Emittieren von Licht festzulegen. Eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung, welche Licht in einer bezüglich einer Hauptfläche eines Sub strats vertikalen Richtung emittieren kann, ist ebenfalls bekannt, und diese Art lichtemittierende Halbleiterdiode wird bevorzugt, da sie ohne weiteres an ein lichtübertragen des Element, wie beispielsweise eine optische Faser, ange koppelt werden kann, und hat verschiedene mögliche Anwen dungsarten, wie beispielsweise eine Anzeigeeinrichtung oder ein Display.

Fig. 1 und 2 zeigen übliche, herkömmliche lichtemittierende Halbleitereinrichtungen, welche Licht in vertikaler Richtung emittieren können. Eine in Fig. 1 dargestellte lichtemittie rende Einrichtung weist ein Halbleitersubstrat 2 mit einer an dessen Unterseite angebrachten Elektrode 1 auf. Das Sub strat 2 weist von unten nach oben eine p-AlGaAs-Schicht 21, eine p-AlGaAs-Schicht-Aktivierungsschicht 3 und eine n-AlGaAs-Schicht 22 auf, und eine weitere kreisförmige Elektrode 5 ist auf der Schicht 22 vorgesehen. Fig. 2 zeigt eine herkömmliche lichtemittierende Einrichtung, welche ein Halbleitersubstrat 2 mit einer auf dessen Unterseite ange brachten Elektrode aufweist. Das Substrat 2 weist von unten nach oben in der angegebenen Reihenfolge eine n-GaAs-Schicht 24, eine n-GaAsP-Schicht 25 und eine n-GaAsP-Schicht 26 auf; eine kreisförmige obere Elektrode mit einer lichtemittieren den Öffnung 51 ist auf der Schicht 26 vorgesehen. Eine Akti vierungsschicht 3 ist im Inneren der n-GaAsP-Schicht 26 an einer Stelle unmittelbar unter der lichtemittierenden Öff nung 51 ausgebildet.

Wie aus Fig. 1 und 2 zu ersehen, weist, selbst wenn es sich um eine vertikale lichtemittierende Ausführung handelt, jede herkömmliche lichtemittierende Halbleitereinrichtung ein oder mehrere PN-Übergänge auf, welche in einem Substrat festgelegt sind, um eine Aktivierungszone festzulegen, in welcher die Lichtemission stattfindet und welche sich parallel zu deren Hauptfläche erstreckt, welche eine Oberfläche mit einem größeren Bereich ist. Die Aktivierungszone hat übli cherweise eine Dicke in der Größenordnung von 2 bis 3 Mi kron. Um folglich eine ausreichend große Ausbeute in der Intensität von Licht zu erhalten, das in einer zu der Haupt fläche des Substrats vertikalen Richtung abgegeben wird, ist eine sehr große Injektionsstromdichte erforderlich. Da die Aktivierungsschicht 3 sich seitlich oder parallel zu der Hauptfläche erstreckt und die Lichtemission quer über die ganze Aktivierungsfläche 3 stattfindet, ist das Licht, das in der zu der Hauptfläche des Substrats senkrechten Richtung emittiert wird, geringer, und in der Lichtintensität be grenzt.

Durch die Erfindung sollen die vorstehend beschriebenen Nachteile beseitigt werden und eine lichtemittierende Ein richtung, vorzugsweise eine lichtemittierende Halbleiter einrichtung, wie eine lichtemittierende Diode oder ein Halbleiterlaser geschaffen werden, welche Licht in einer vertikalen Richtung abgibt. Ferner soll eine lichtemittie rende Halbleitereinrichtung geschaffen werden, welche ohne weiteres an ein lichtübertragendes Element, wie eine opti sche Faser, angekoppelt werden kann. Darüber hinaus soll eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung geschaffen werden, die als Anzeigeeinheit verwendbar ist und welche Licht mit einer hohen Ausgangsleistung in einer vertikalen Richtung abgeben kann, im Aufbau einfach ist und folglich leicht herzustellen ist. Gemäß der Erfindung ist dies bei einer lichtemittierenden Einrichtung, vorzugsweise einer lichtemittierenden Halbleitereinrichtung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Vorteil hafte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung geschaffen, welche ein Halbleitersubstrat mit einer Hauptfläche und eine Aktivierungszone aufweist, welche in dem Halbleiter ausgebildet ist und sich in einer zu der Hauptfläche des Substrats genau senkrechten Richtung erstreckt. Auf diese Weise verläuft die Aktivierungszone, welche durch eine oder mehrere in dem Substrat ausgebildete PN-Übergänge festgelegt ist, mit ihrer Längsrichtung im wesentlichen senkrecht zu der Hauptfläche des Substrats, so daß ohne weiteres eine erhöhte Lichtintensität in dem Licht erhal ten werden kann, das in der Richtung emittiert wird, die genau senkrecht zu der Hauptfläche des Substrats verläuft.

In der bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Öff nung in Form einer Bohrung in dem Substrat ausgebildet, wo bei deren offenes Ende in der Hauptfläche festgelegt ist. Die Offnung ist in dem Substrat so ausgebildet, daß ihre Mittellinie in einer Richtung verläuft, welche genau senk recht zu der Hauptfläche des Substrats ist. Die aktive Zone ist dadurch festgelegt, daß Störstellen in das Substrat durch die Hauptfläche und die Fläche der Öffnung eingebracht wer den, so daß der aktive Bereich, der senkrecht oder im wesent lichen senkrecht zu der Hauptfläche des Substrats verläuft, ausgebildet wird. Die Verstärkung bzw. Ausbeute des emittier ten Lichts in vertikaler Richtung kann ohne weiteres durch die Tiefe der Öffnung bzw. des Loches gesteuert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Aus führungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnun gen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Schnittansichten von zwei her kömmlichen lichtemittierenden Halbleiterein richtungen, welche Licht in vertikaler Rich tung abgeben können;

Fig. 3 bis 5 schematische Schnittansichten von mehreren lichtemittierenden Halbleitereinrichtungen gemäß der Erfindung;

Fig. 6 eine schematische perspektivische Darstellung einer Anordnung aus lichtemittierenden Halb leitereinrichtungen gemäß einer weiteren Aus führungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Schnittansicht einer licht emittierenden Halbleitereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei ein Ende einer optischen Faser in eine in einer Oberfläche eines Substrats ausgebildete Aufnahmeöffnung eingebracht ist;

Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht einer Anordnung aus lichtemittierenden Halb leitereinrichtungen gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, wobei der in Fig. 7 dargestellte Aufbau verwendet ist;

Fig. 9 eine schematische Schnittansicht noch einer weiteren herkömmlichen, lichtemittierenden Halbleitereinrichtung, welche Licht in einer vertikalen Richtung emittieren kann;

Fig. 10 eine schematische perspektivische Ansicht ei ner lichtemittierenden Halbleitereinrichtung zum Emittieren von Licht in einer vertikalen Richtung gemäß noch einer weiteren Ausführungs form der Erfindung;

Fig. 11 eine schematische Schnittansicht der in Fig. 10 dargestellten Einrichtung;

Fig. 12a bis 12c schematische Schnittansichten von Stufen eines Verfahrens zum Herstellen der in Fig. 10 und 11 dargestellten Einrichtung;

Fig. 13 bis 16 schematische Schnittansichten von mehreren modifizierten Ausführungen;

Fig. 17 eine schematische Schnittansicht eines Halb leiterlasers zum Emittieren von Licht in ei ner senkrechten Richtung gemäß einer Ausfüh rungsform der Erfindung;

Fig. 18 vergrößert einen Teil einer Schnittansicht des Teils der in Fig. 17 dargestellten Ausführung, welche mit einem Kreis A gekennzeichnet ist;

Fig. 19 eine schematische Schnittansicht eines Halb leiterlasers zum Emittieren von Licht in einer vertikalen Richtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 20 vergrößert einen Teil einer Schnittansicht des Teils der in Fig. 19 wiedergegebenen Ausfüh rung, welche durch einen Kreis B gekennzeich net ist, und

Fig. 21 eine schematische Schnittansicht einer Anord nung von lichtemittierenden Halbleitereinrich tungen gemäß noch einer weiteren Ausführungs form der Erfindung.

In Fig. 3 ist schematisch eine lichtemittierende Halbleiter einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar gestellt. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist ein Halb leitersubstrat 2 auf, welches in dem dargestellten Beispiel im allgemeinen eine rechteckige oder kreisförmige Form hat und welches eine obere und eine untere Hauptfläche aufweist, welche verhältnismäßig großflächig sind. Das Substrat 2 ist mit einer durchgehenden Bohrung 4 versehen, welche sich in einer zu den beiden Hauptflächen des Substrats 2 senkrech ten Richtung erstreckt. Eine aktive Zone 3 ist in dem Sub strat entlang einer Seitenwandung 41 der Bohrung 4 festge legt und die aktive Zone 3 wird üblicherweise dadurch fest gelegt, daß Störstellenmaterial, wie Zn in das Substrat 2 durch die Seitenwandung 41 hindurch in einer vorherbestimm ten Tiefe eingebracht wird. Wenn das Störstellenmaterial in das Substrat 2 durch die Seitenwandung 41 eingebracht wird, wird es auch in das Substrat 2 über die untere Hauptfläche eingebracht, so daß die aktive Zone 3 der dargestellten Aus führungsform nicht nur eine vertikale aktive Zone 31, son dern auch eine horizontale aktive Zone 32 aufweist. Die hori zontale aktive Zone 32 ist vom Standpunkt der Erfindung aus nicht immer notwendig; folglich kann die erfindungsgemäße lichtemittierende Einrichtung erforderlichenfalls auch ohne die horizontale aktive Zone 32 ausgeführt werden. Die aktive Zone ist eine Zone, in welcher eine Rekombination zwischen Löchern und Elektronen stattfindet, wodurch Licht emittiert wird.

Eine untere Elektrode 1 ist auf der unteren Hauptfläche des Substrats 2 und auch in der Seitenwandung 41 fortlaufend aus gebildet. Eine obere Elektrode 5 in Form eines Ringes oder mit einer kreisförmigen Öffnung 51, welche im Durchmesser größer als der Außendurchmesser der vertikalen aktiven Zone 31 ist, ist in der oberen Hauptfläche des Substrats 2 aus gebildet. Die Öffnung 51 in der oberen Elektrode 5 legt eine lichtemittierende Öffnung fest, durch welche das von der vertikalen aktiven Zone 31 emittierte Licht nach außen ge leitet wird. Das Substrat 2 kann aus einem Material herge stellt werden, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, wel che im wesentlichen GaAs, AlGaAs, InAsP und InAsSb aufwei sen, welches zusammengesetzte Halbleitermaterialien der Gruppe III bis V sind, welches ferner aus einer Gruppe, wel che im wesentlichen ZnSe, ZnS, ZnO, CdSe und SdTe aufweist, welches zusammengesetzte Halbleitermaterialien der Gruppe II bis VI sind, und aus einer Gruppe ausgewählt werden, welche im wesentlichen PdTe, PdSnTe und PdSnSe aufweist, welche zu sammengesetzte Halbleitermaterialien der Gruppe IV bis VI sind.

Obwohl der Begriff "vertikal" verwendet ist, um die aktive Zone zu bezeichnen, welche angrenzend an die Seitenwandung 41 der durchgehenden Öffnung 4 festgelegt ist, sollte die aktive Zone 31 nicht nur auf den Fall beschränkt werden, bei welchem die aktive Zone unter rechtem Winkel bezüglich der oberen Hauptfläche verläuft. Die vertikale aktive Zone 31 kann auch bezüglich der oberen Hauptfläche, welche die Fläche ist, durch welche emittiertes Licht zu der Außenseite des Substrats 2 geleitet wird, nach innen oder außen schräg verlaufen. In Fig. 4 ist eine abgewandelte Ausführung dar gestellt, in welcher die durchgehende, in dem Substrat 2 festgelegte Bohrung 4 kegelstumpfförmig ausgebildet ist, so daß die Seitenwandung 41 der Bohrung 4 und folglich die vertikale aktive Zone 31, welche entlang der Seitenwandung 41 ausgebildet ist, bezüglich der Mittellinie der durchge henden Bohrung 4 schräg verläuft. Abgesehen von der Tatsache, daß die durchgehende Bohrung 4 kegelstumpfförmig ausgebildet ist, und somit die aktive Zone 31 bezüglich der oberen Haupt fläche des Substrats 2 geneigt ist, bleibt der übliche Auf bau derselbe, wie derjenige in Fig. 3. Bei diesem Aufbau wird das emittierte Licht in der Bewegungs- bzw. Ausbreitungs richtung konvergent.

In Fig. 5 ist eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darge stellt. Ähnlich wie bei dem in Fig. 3 dargestellten Aufbau weist die erfindungsgemäße Einrichtung ein Halbleitersub strat 2 auf, welches ebenfalls eine obere und untere Haupt fläche und eine durchgehende Bohrung 4 hat, welche sich ver tikal oder im wesentlichen vertikal bezüglich der oberen Hauptfläche erstreckt. Das Substrat 2 ist mit einer verti kalen aktiven Zone 31 versehen, welche entlang der Seiten wandung 41 der durchgehenden Bohrung 4 ausgebildet ist; in dem Substrat 2 ist bei dieser Ausführungsform keine hori zontale aktive Zone vorgesehen. Statt dessen ist eine elek trisch isolierende Schicht 21 auf der unteren Hauptfläche des Substrats 2, beispielsweise aus SiO₂ oder SiN₄ ausge bildet. Beim Vorsehen dieser Isolierschicht 21 dient, wenn ausgewähltes Störstellenmaterial durch die Seitenwandung 41 in das Substrat 2 diffundiert wird, um die seitliche aktive Zone 21 auszubilden, die Isolierschicht 21 als eine Maske, durch welche verhindert wird, daß das Störstellen material in das Substrat 2 durch dessen untere Hauptfläche diffundiert wird. Folglich wird bei dieser Ausführungsform keine seitliche oder horizontale aktive Zone in dem Sub strat 2 ausgebildet. Außerdem ist eine Unterelektrode 1 ausgebildet, welche auf der Isolierschicht 21 verläuft und die durchgehende Bohrung 4 ausfüllt. Eine obere Elektrode 5 mit einer kreisförmigen Öffnung 41 ist auf der oberen Hauptfläche des Substrats 2 ausgebildet. Somit legt die Öffnung 51 eine lichtemittierende Öffnung fest, durch wel che das von der vertikalen aktiven Zone 31 emittierte Licht nach außen geleitet wird. Der säulenförmige Abschnitt der unteren Elektrode 1, welcher die durchgehende Bohrung 4 ausfüllt, dient auch als Wärmesenke, durch welche von der aktiven Zone 31 erzeugte Wärme verteilt wird, wodurch die aktive Zone 31 auf einer verhältnismäßig konstanten Tempe ratur gehalten wird.

Hierbei gilt, je länger die Längsausdehnung der vertikalen aktiven Zone 31 ist, um so größer ist die Verstärkung bzw. Ausbeute an abgegebenem Licht in der vertikalen Richtung, d.h. einer zu der oberen Hauptfläche des Substrats 2 senk rechten Richtung, in welcher die lichtemittierende Öffnung 51 vorgesehen ist. Um folglich eine lichtemittierende Ein richtung hoher Leistung zu schaffen, wird vorzugsweise ein Substrat 2 verwendet, dessen Dicke so groß wie möglich ist. Beispielsweise ist die Dicke des Substrats 2 auf mindestens 10 Mikron, oder vorzugsweise auf mindestens 20 Mikron und noch besser auf mindestens 100 Mikron eingestellt.

In Fig. 6 ist eine Anordnung aus lichtemittierenden Halblei tereinrichtungen mit einem der in Fig. 3 und 4 dargestell ten Zusammensetzungen dargestellt. Diese Ausführungsform kann dadurch hergestellt werden, daß eine Vielzahl durchge hender Bohrungen 4 in einem einzigen Substrat 2 in Form ei ner zweidimensionalen Anordnung geschaffen wird, indem bei spielsweise geätzt wird, ausgewähltes Störstellenmaterial in das Substrat 2 mindestens durch die Seitenwandung jeder der Anzahl durchgehender Bohrungen 4 eingebracht wird und dann obere und untere Elektroden 5 und 1 auf den oberen und unteren Hauptflächen des Substrats 4 ausgebildet werden. Als eine Modifikation kann die obere Elektrode 5 so unter teilt werden, daß jeder unterteilte Abschnitt zu der ent sprechenden durchgehenden Bohrung 4 gehört, so daß dann in diesem Fall die Anzahl vertikaler aktiver Zonen 41 einzeln aktiviert werden kann, so daß eine solche modifizierte Aus führung als eine Anzeigeeinheit oder ein Display verwendet werden kann. Außerdem kann die in Fig. 5 dargestellte Aus führung ebenfalls angewendet werden, um eine Anordnung zu schaffen, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist.

Wie oben beschrieben, erfordert der Grundaufbau gemäß der Erfindung die Ausbildung einer durchgehenden Bohrung, wel che vertikal oder schräg bezüglich zumindest einer Haupt fläche des Substrats verläuft. Eine derartige durchgehende Bohrung kann mit hoher Genauigkeit mittels verschiedener dem Fachmann geläufiger Methoden, beispielsweise durch ein reaktives Ionenätzverfahren, ausgebildet werden. Außerdem kann die vertikale aktive Zone auch ohne weiteres beispiels weise durch Diffusion eines ausgewählten Störstellenma terials wie Zn, ausgebildet werden, folglich kann der Aufbau gemäß der Erfindung mit den herkömmlichen Halbleiterferti gungsmethoden hergestellt werden, so daß die erfindungsge mäße Einrichtung mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann, da kein Kapitalaufwand oder Vorrichtungskosten anfal len bzw. erforderlich sind.

Das charakteristische Merkmal zwischen der emittierten Licht intensität und der Länge einer aktiven Zone ist für eine lichtemittierende Diode linear, bei welcher die Länge der aktiven Zone in der Größenordnung von einigen Mikron liegt. Wenn jedoch die aktive Zone verhältnismäßig lang bzw. groß ist, führt das durch induzierte Emission erzeugte Licht zu einer spontanen Emission, welche sich entlang der aktiven Zone ausbreitet, wodurch eine verstärkte spontane Licht emission geschaffen wird. Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Grundprinzip der Erfindung, da eine verhältnismäßig lange vertikale, aktive Zone beispielsweise von 10 Mikron oder mehr in einfacher Weise dadurch geschaffen werden kann, daß ein Substrat 2 mit einer gewünschten Dicke verwendet wird, verhältnismäßig leicht eine hohe Lichtausbeute in der vertikalen Richtung erhalten werden.

In Fig. 7 ist schematisch im Schnitt eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die erfindungsgemäße Einrichtung weist ein plattenförmiges Substrat 2 auf, welches zwei ein ander gegenüberliegende obere und untere Hauptflächen hat und mit einer sich durch das Substrat 2 erstreckenden, durch gehenden Bohrung 4 versehen ist. Eine kreisförmige Ausneh mung 6 ist in der oberen Hauptfläche des Substrats 2 in einer vorherbestimmten Tiefe ausgebildet, wobei der Durch messer der kreisförmigen Ausnehmung 6 in seiner Größe ent sprechend bemessen ist, um ein Ende einer optischen Faser 7 darin aufzunehmen. In der dargestellten Ausführungsform hat die Ausnehmung 6 eine ebene Oberfläche, welche parallel zu der oberen Hauptfläche des Substrats 2 verläuft. Die durchgehende Bohrung 4 erstreckt sich von der tieferliegen den Fläche der Ausnehmung 6 bis zu der unteren Fläche des Substrats 2 und ist durch eine Seitenwandung 41 festgelegt. Eine aktive Zone 31 wird in dem Substrat entlang der Sei tenwandung 41 dadurch ausgebildet, daß ausgewähltes Stör stellenmaterial, wie Zn, durch die Seitenwandung 41 in das Substrat 2 diffundiert wird. Folglich wird Licht in der aktiven Zone 31 emittiert und breitet sich entlang der Längsrichtung der durchgehenden Bohrung 4 aus, um in die optische Faser 7 geleitet zu werden.

Eine untere Elektrode 5 mit einer kreisförmigen Öffnung ist in der unteren Fläche des Substrats 2 ausgebildet, während eine weitere Elektrode 1 an der Seitenwandung 41 der durch gehenden Bohrung 4 und an der unteren Fläche des Substrats 2 entlang des Umfangs am unteren Ende der durchgehenden Boh rung 4 ausgebildet ist. Das untere Ende der optischen Faser 7 ist vorzugsweise in die Ausnehmung 6 geklebt. Folglich legt das obere Ende der aktiven Zone 31 eine lichtemittie rende Öffnung fest, über welche emittiertes Licht in die optische Faser 7 eingeleitet wird. Durch eine entsprechen de Bemessung des Durchmessers der Aufnahmeausnehmung 6 kann das untere Ende der optischen Faser 7 in einfacher Weise mit Preßsitz in der Ausnehmung 6 sitzen, wodurch das untere Ende der optischen Faser 7 erforderlichenfalls fest in der lichtemittierenden Öffnung 51 gehalten ist. In der darge stellten Ausführungsform verläuft die aktive Zone 31 senk recht oder im wesentlichen senkrecht zu der tieferliegenden Fläche der Ausnehmung 6; jedoch kann die aktive Zone 31 auch so ausgebildet sein, daß sie gewünschtenfalls nach oben oder unten konisch verläuft. In diesem Fall verläuft die aktive Zone 31 bezüglich der tieferliegenden Fläche der Ausnehmung 6 schräg. Die Tiefe der Ausnehmung 6 wird vorzugsweise in einem Bereich zwischen annähernd 500 Mikron und annähernd 2 mm eingestellt.

In Fig. 8 ist eine perspektivische Darstellung einer Anord nung von lichtemittierenden Einrichtungen gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei der in Fig. 7 dargestellte Aufbau als Einheit verwendet ist. Das heißt, wie in Fig. 8 dargestellt, ist das in Fig. 7 dargestellte, lichtemittierende Element in dem Substrat 2 in Form einer zweidimensionalen Anordnung festgelegt. In dieser Ausführungsform hat jedes lichtemittierende Element eine eigene Elektrode 1, da sie hauptsächlich an der Sei tenwandung 41 jeder durchgehenden Bohrung 4 ausgebildet ist. Wenn die untere Elektrode 5 als eine gemeinsame Elek trode benutzt wird, kann die Anzahl lichtemittierender Ele mente, welche in demselben Substrat 2 festgelegt ist, wäh rend des Betriebs einzeln gesteuert werden. Ein derartiger Aufbau ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Erfin dung bei einem Display angewendet wird.

Nunmehr wird noch ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung beschrieben. Zuerst wird anhand von Fig. 9 ein anderer herkömmlicher Halbleiterlaser beschrieben, welcher einen Laserstrahl in vertikaler Richtung abgibt, der in Fig. 9 dargestellte Laser weist eine erste Halbleiterschicht 101 eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine zweite Halbleiter schicht 102, welche eine schmalere verbotene Bandlücke als diejenige der ersten Schicht 101 hat und welche als eine aktive Schicht dient, und eine dritte Halbleiterschicht 103 auf, welche auf der zweiten Halbleiterschicht 102 aus gebildet ist und einen zweiten Leitfähigkeitstyp hat, wel cher hinsichtlich der Polarität entgegengesetzt zu dem er sten Leitfähigkeitstyp ist und eine breitere verbotene Band lücke hat als die zweite Schicht 102. Außerdem sind auf der dritten Halbleiterschicht 103 vierte und fünfte Halbleiter schichten 104 und 105 in der angegebenen Reihenfolge über einander ausgebildet. In einem ausgewählten Teil einer unte ren Fläche der ersten Halbleiterschicht 101 ist als Elektro de eine Halbleiterschicht 106 des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet, und eine Silizium-Dioxid-Schicht 107 auf der restlichen unteren Fläche der ersten Halbleiterschicht 101 ausgebildet. Ferner ist eine Metallelektrodenschicht 108 auf den Schichten 106 und 107 ausgebildet; diese Metall schicht 108 dient auch als ein reflektierender Spiegel.

Wie dargestellt, ist eine Ausnehmung ausgebildet, welche sich durch die vierte und fünfte Halbleiterschicht 104 und 105 erstreckt; der Boden dieser Ausnehmung liegt in der selben Ebene wie die Grenzfläche zwischen den Schichten 103 und 104. An der oberen Fläche der fünften Halbleiter schicht 105 ist eine Metallelektrodenschicht 109 des zwei ten Leitfähigkeitstyps ausgebildet, und eine reflektieren de Elektrodenschicht 110 ist auf dieser Metallelektroden schicht 109 und auch an den Seiten- und Bodenwandungen der Ausnehmung ausgebildet.

Wenn bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau Strom angelegt wird, damit er zwischen den oberen und unteren Elektroden 108 und 109 fließt, fließt der Strom in der durch Pfeile 131 angezeigten Richtung, so daß der Strom 131 hauptsächlich durch einen aktiven Bereich oder einen lichtemittierenden Teil 102a der zweiten Halbleiterschicht 102 fließt; hier durch wird dann Licht emittiert, wobei das auf diese Weise emittierte Licht zwischen den Metallelektrodenschichten 108 und 109 begrenzt ist, welche auch als reflektierende Spiegel dienen, so daß eine Laseroszillation stattfindet und folglich ein Laserstrahl 130 nach außen in einer verti kalen Richtung abgegeben wird, welche senkrecht zu der Ebene oder Hauptfläche der Einrichtung ist.

Da in einem solchen herkömmlichen, vertikal emittierenden Halbleiterlaser Träger auf die aktive Zone beschränkt sind, muß die Dicke der Halbleiterschicht 102, welche die aktive Zone festlegt, gleich oder kleiner als die Diffusionslänge von Trägern eingestellt werden, welche bei annähernd zwei bis drei Mikron liegt. Folglich gibt es einen Grenzwert in der Verstärkung eines Laserstrahls, welcher in der verti kalen Richtung emittiert wird, da die Dicke der aktiven Zone nicht größer gemacht werden kann. Jedoch kann die La serausgangsleistung durch Erhöhen des Stroms erhöht wer den; dies wiederum ist jedoch nachteilig, da sich hier durch andere Schwierigkeiten erheben. Außerdem ist bei dem in Fig. 9 dargestellten Aufbau die obere Elektrode 109 an der Strahlabgabeseite ringförmig, so daß der inji zierte Strom dazu neigt, seitwärts abzufließen, wie durch die Pfeile 131 angedeutet ist. Folglich ist es bei dieser Ausführung schwierig, eine Stromkonzentration zu erzeugen. Da außerdem der lichtemittierende Teil 102 in seitlicher Richtung verläuft, wird der Strominjektionswirkungsgrad in die aktive Zone 102a reduziert. Aus diesen Gründen ist es, wenn eine solche herkömmliche Einrichtung als Laser be trieben wird, äußerst schwierig, den Schwellenwertstrom zu senken und gleichzeitig auch noch dessen Ausgangsleistung zu erhöhen.

Gemäß der Erfindung ist daher eine lichtemittierende Halb leitereinrichtung geschaffen, welche ein Substrat mit einer Oberfläche aufweist, auf welcher eine Halbleiterschicht ausgebildet ist; hierbei ist die Halbleiterschicht mit ei ner Ausnehmung versehen, welche von einer äußeren Fläche der Halbleiterschicht in Richtung des Substrats verläuft und es ist ein großer PN-Übergang in der Halbleiterschicht ausgebildet, welcher entlang der Seitenwandung der Ausneh mung verläuft. Mit dieser Ausführung ist erreicht, daß der Strom quer zu dem PN-Übergang fließt, wodurch eine Rekombi nation von Elektronen und Löchern in der Nähe des PN-Über gangs bewirkt wird, so daß Licht in einer Richtung emittiert wird, welche zu der Oberfläche des Substrats oder derEin richtung senkrecht oder im wesentlichen senkrecht verläuft. Wie bezüglich der vorherigen Ausführungsformen beschrieben, wird ein solcher PN-Übergang vorzugsweise dadurch festge legt, daß ausgewähltes Störstellenmaterial von der außen liegenden Fläche her thermisch in die Halbleiterschicht diffundiert wird.

In Fig. 10 ist perspektivisch eine lichtemittierende Halb leitereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In Fig. 11 ist eine Schnittansicht der in Fig. 10 dargestellten Einrichtung wiedergegeben. Die Ein richtung weist ein n-GlAs-Substrat 111, eine n-AlGaAs-Schicht 112, eine n-GaAs-Schicht 113, eine P-AlGaAs-Schicht 114 und eine n-GaAs-Schicht 115, die in der erwähnten Reihenfolge übereinander liegen, auf. Der Aufbau, welcher alle diese Schichten 111 bis 115 aufweist, wird auch als ein Substrat bezeichnet. Wichtig hierbei ist, daß eine in der darge stellten Ausführungsform kreisförmige Ausnehmung 120 vorge sehen ist, die sich in vertikaler Richtung durch die Schich ten 113 bis 115 erstreckt. Folglich verläuft die Ausnehmung 120 im allgemeinen vertikal bezüglich der oberen Fläche des Substrats 111, und die tieferliegende Fläche der Ausnehmung 120 liegt in der gleichen Ebene wie die Grenzfläche zwi schen den Schichten 112 und 113. In der dargestellten Aus führungsform ist die Ausnehmung 120 zylinderförmig; jedoch kann sie auch irgendeine andere Form, beispielsweise eine konische Form haben; ebenso kann die Ausnehmung 120 statt einer Kreisform, wie dargestellt, auch irgendeine andere Querschnittsform haben.

Ausgewähltes Störstellenmaterial, vorzugsweise Zn, wird in den erfindungsgemäßen Aufbau durch die Seiten- und Boden wandungen der Ausnehmungen 120 und die obere Fläche der Schicht 115 diffundiert, so daß eine p-Diffusionszone 116 und eine p⁺-Diffusionszone 117 festgelegt sind. Eine Elek trodenschicht 118 des p-Leitfähigkeitstyps wird auf der n-GaAs-Schicht 115 ausgebildet, während eine Elektroden schicht 119 des n-Leitfähigkeitstyps auf der unteren Fläche des Substrats 111 ausgebildet wird, welche mit einer Aus nehmung 111a versehen ist, welche der Ausnehmung 120 gegen überliegt und bezüglich dieser ausgerichtet ist und welche die Grenzfläche zwischen der n-AlGaAs-Halbleiterschicht 112 und dem Substrat 111 erreicht. Wie später noch im einzelnen beschrieben wird, wird in dieser Ausführungsform emittiertes Licht in der durch einen Pfeil 121 angezeigten Richtung ab gegeben.

Die PN-Übergänge, welche in der n-GaAs-Schicht 115 ausgebil det sind und sich parallel zu der oberen Fläche des Sub strats 111 erstrecken, sind von der p-AlGaAs-Schicht 114 ge trennt. Folglich ist ein pnpn-Aufbau durch die p-Diffusions zone 116, die n-GaAs-Schicht 115, die p-AlGaAs-Schicht 114 und die n-GaAs-Schicht 113 festgelegt. Aus diesem Grunde dient diese pnpn-Struktur als eine Stromfluß-Blockierung für den Strom, welcher zwischen den oberen und unteren Elek trodenschichten 118 und 119 fließt. Folglich wird der zwi schen den oberen und unteren Elektrodenschichten 118 und 119 fließende Strom gezwungen, vorzugsweise entlang der Seitenwandung der Ausnehmung 120 und folglich entlang des pnp-Übergangs zu fließen, welcher senkrecht zu der oberen Fläche des Substrats 111 verläuft. Folglich findet an und in der Nähe des pnp-Übergangs, der vertikal entlang der Sei tenwandung der Ausnehmung 112 verläuft, eine Rekombination von Elektronen und Löchern statt, wodurch Licht abgegeben wird, welches über die untere Ausnehmung 11 a, welche als ein Lichtauslaß festgelegt ist, hauptsächlich nach außen geleitet wird. Daher legt der vertikale pn-Übergang, der sich entlang der Seitenwandung der Ausnehmung 120 erstreckt, im wesentlichen eine aktive Zone zum Emittieren von Licht fest.

Da, wie vorstehend beschrieben gemäß der Erfindung die pnpn- Struktur als eine Stromblockierung bzw. -Sperrung dient, durchfließt der Strom, welcher zwischen den oberen und unte ren Elektroden fließt, hauptsächlich den pn-Übergang, der parallel mit der Seitenwandung der Ausnehmung 120 verläuft; der Strominjektions-Wirkungsgrad wird dadurch beträchtlich erhöht. Ferner kann bei diesem Aufbau eine (nicht darge stellte) Wärmesenke d.h. ein Kühlkörper an der oberen Elek trodenschicht 118 angebracht werden, so daß die Wärmesenke nahe bei der aktiven Zone angeordnet werden kann, wodurch die wärmeausbreitende Wirkung erhöht und eine hohe Licht ausgangsleistung erhalten werden kann. Außerdem kann gemäß der Erfindung der pn-Übergang, welcher die aktive Zone fest legt solange wie möglich in der Lichtemissionsrichtung fest gesetzt werden, wodurch dann die Bündelung erhöht wird, in dem der Divergenzwinkel von emittiertem Licht schmaler wird. Darüber hinaus kann, wie später noch im einzelnen beschrie ben wird, durch Vorsehen von zwei reflektierenden Spiegel elementen, zwischen welchen die aktive Zone angeordnet ist, ohne weiteres ein vertikales Licht emittierender Lasertyp mit einer höherenVerstärkung festgelegt werden. Bei dem in Fig. 11 dargestellten Aufbau hat die Ausnehmung 120 eine Bo denwandung, welche durch die Oberfläche der Schicht 112 festgelegt ist; bei einer anderen Ausführungsform kann je doch die Bodenwandung der Ausnehmung 120 gewünschtenfalls auch in der Schicht 113 festgelegt werden.

Anhand von Fig. 12a bis 12c wird nunmehr ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Halbleitereinrichtung beschrieben, welche den in Fig. 10 und 11 dargestellten Aufbau hat. Wie in Fig. 12a dargestellt werden auf einem n-GaAs-Substrat oder einer Basisschicht 111 eine n-Al_xGal-_xAs-Schicht 112 (wobei x ein Molenbruch von Al ist und in einem Bereich zwischen 0,2 und 0,45 liegt) in einer Dicke zwischen 2 und 100 Mikron, eine n-GaAs-Schicht 113 in einer Dicke zwischen 2 und 100 Mikron, eine p-Al_xGal_xAs- Schicht 114 (wobei x im Bereich zwischen 0 und 0,4 liegt) in einer Dicke zwischen 0,5 und 3 Mikron und eine n-GaAs Schicht 115 in einer Dicke zwischen 3 und 10 Mikron in der angegebenen Reihenfolge von unten nach oben ausgebildet. Dann wird, wie in Fig. 12b dargestellt, nachdem eine elek trisch isolierende Schicht 112 auf der Schicht 115 ausge bildet ist, mittels Photolithographie eine Öffnung in der Isolierschicht ausgebildet. Die Isolierschicht 122 besteht vorzugsweise aus einem Material, wie Siliziumoxid, Silizium nitrid oder einem Schutzlack. Durch Verwenden dieser Iso lierschicht 120 mit Loch als Maske wird eine Ausnehmung 120 durch Trockenätzen ausgebildet, bis deren Boden die n-AlGaAs-Schicht 112 erreicht. Diese Ausnehmung 112 kann irgendeine gewünschte Querschnittsform, beispielsweise eine Kreis-Rechteck- oder irgendeine andere polygonale Form, haben. Als das Trockenätzverfahren wird vorzugsweise ein reaktives Ionenätzen mit Hilfe eines Gasgemisches angewen det, das Chlorgas und Ar-Gas enthält.

Dann wird, wie in Fig. 12c dargestellt, nach einem Entfernen der Maske 122 eine thermische Diffusion durchgeführt, wobei Zn als ein Störstellen-Dotierungsstoff verwendet wird, um dadurch eine p-Diffusionszone 116 und eine p⁺-Diffusionszone 117 entlang der Seiten- und Bodenwandungen der Ausnehmungen 120 und der oberen Fläche der n-GaAs-Schicht 115 zu erzeugen. In diesem Fall wird vorzugsweise ein zweistufiges Diffusions verfahren angewendet. Ferner sollte dieser Diffusionsschritt so gesteuert werden, daß die Diffusionsfront, welche durch die Diffusion des Störstellen-Dotierungsmittels festgelegt ist, welches über die obere Fläche der n-GaAs-Schicht 115 eingebracht worden ist, nicht die darunterliegende p-AlGaAs- Schicht 114 erreicht. Danach werden eine obere und eine un tere Elektrodenschicht auf den oberen und unteren Flächen ausgebildet; anschließend wird durch Ätzen eine untere Aus nehmung 111 a in dem Substrat 111 ausgebildet, wodurch dann der in Fig. 10 und 11 dargestellte Aufbau geschaffen ist. Das Ätzen zur Ausbildung der unteren Ausnehmung 111 a kann vorzugsweise durch Naßätzen mit Hilfe einer Ätzflüssigkeit durchgeführt werden, welche Ammoniak und eine Lösung aus Wasserstoffperoxid enthält. Eine solche Atzflüssigkeit greift GaAs, aber nicht AlGaAs an, so daß der Ätzvorgang automatisch stoppt, sobald die n-AlGaAs-Schicht 112 frei gelegt ist.

In Fig. 13 ist eine lichtemittierende Halbleitereinrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dar gestellt. Da diese Einrichtung grundätzlich denselben Auf bau wie die vorherige in Fig. 10 und 11 dargestellte Aus führungsform hat, sind mit den gleichen Bezugszeichen die gleichen Elemente bezeichnet und die Beschreibung derselben Elemente nicht mehr wiederholt. In dieser Ausführungsform ist statt der pnpn-Struktur eine elektrisch isolierende Schicht 122 auf der n-GaAs-Schicht 113 ausgebildet, und diese Isolierschicht 122 dient als eine Stromblockierung bzw. -sperre. Außerdem sind in dieser Ausführungsform die Zn diffundierten Zonen 116 und 116 nur entlang der Seiten- und Bodenwandungen der Ausnehmung 120 ausgebildet. Eine p-Me tallelektrodenschicht 118 ist nicht nur auf der Isolier schicht 122, sondern auch auf der inneren Seitenwandung der Ausnehmung 120 ausgebildet. Dieser Teil der p-Metallelektro denschicht 118, welche in der Ausnehmung 120 festgelegt ist, ist mit 118 a bezeichnet. Somit wird auch in dieser Aus führungsform der Strom, welcher zwischen den oberen und un teren Elektroden 118 und 119 fließt gezwungen, vorzugsweise quer durch den pn-Übergang zu fließen, welcher sich in vertikaler Richtung bezüglich der oberen Fläche des Sub strats 111 erstreckt, so daß der Strominjektionswirkungs grad in der aktiven Zone beträchtlich erhöht ist.

Bei dieser Ausführungsform wird die Isolierschicht 122, wel che als eine Ätzmaske verwendet ist, wenn die Ausnehmung 120 durch Trockenätzen hergestellt wird, auch als eine Diffu sionsmaske verwendet, wenn eine Diffusion von Zn durchge führt wird; ferner dient die Isolierschicht 122 auch als eine elektrische Isolierung zwischen der Elektrode 118 und der n-GaAs-Schicht 130. Somit ist das Herstellungsverfahren sehr vereinfacht. Ähnlich wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform kann auch mit dieser Ausführung eine hohe Lichtabgabeleistung erhalten werden und verhindert werden, daß der emittierte Lichtstrahl divergent wird.

In Fig. 14 ist noch eine weitere Ausführungsform der Erfin dung dargestellt, welche eine Modifikation des in Fig. 13 dargestellten Aufbaus ist. Folglich ist diese Ausführungs form im Aufbau in vieler Hinsicht der in Fig. 13 darge stellten Ausführung ähnlich; in dieser Ausführungsform sind jedoch die Diffusionszonen 116 und 118 nicht nur entlang der Seiten- und Bodenwandungen der Ausnehmung 120, sondern auch entlang der oberen Fläche der n-GaAs-Schicht 113 aus gebildet. In dieser Ausführungsform wird die Isolierschicht 122 nicht als Diffusionsmaske verwendet, wenn die Diffusion von Zn durchgeführt wird; sie wird vielmehr nach dem Zn- Diffusionsschritt ausgebildet.

In Fig. 15 ist noch eine weitere Ausführungsform der Erfin dung dargestellt, welche im Aufbau in vieler Hinsicht der in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform ähnlich ist. In dieser Ausführungsform ist jedoch die Ausnehmung 120 mit demselben Material gefüllt, aus welchem die Elektroden schicht 118 gebildet ist, wodurch ein stöpselartiger Teil 118 b festgelegt ist, welcher als Teil einer Wärmesenke dient. Bei diesem Aufbau kann die Wärmesenke 118 sehr nahe bei der aktiven Zone angeordnet sein, welche senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Substrats 111 verläuft, so daß die wärmeverteilende Wirkung erheblich ver bessert ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine dünne Iso lierschicht 122 a auf der Bodenwandung der Ausnehmung 122 ausgebildet, so daß die Elektrode 118 und 118 b nicht un mittelbar in elektrischem Kontakt mit der Schicht 112 steht. In Fig. 16 ist noch eine weitere Ausführungsform der Erfin dung dargestellt, welche im Aufbau ebenfalls der in Fig. 13 dargestellten Einrichtung ähnlich ist, außer daß die Aus nehmung 112 mit einem wärmeleitenden Harzmaterial 123 ge füllt ist, um dadurch eine bessere Wärmeverteilung zu schaf fen. Das Harz 123 kann gewünschtenfalls auch durch Polysili kon ersetzt werden.

In Fig. 17 bis 20 sind Ausführungsformen dargestellt, wenn die Erfindung bei einem Laser angewendet worden ist. Fig. 17 zeigt einen vertikales Licht emittierenden Halbleiterlaser gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, während in Fig. 18 der Aufbau des Teils im einzelnen dargestellt ist, welcher in Fig. 17 mit einem Kreis A umgeben ist. Bei dieser Ausfüh rungsform wird auf der n-AlGaAs-Schicht 115 eine Laminat schicht 124 ausgebildet, welche, wie in Fig. 18 dargestellt ist, dadurch ausgebildet wird, daß eine n-GaAs-Schicht 126 und eine AlGaAs-Schicht 127 abwechselnd eine vorherbestimmte Anzahl Mal übereinander angeordnet werden. Die Dicke jeder der Schichten 126 und 127 ist auf ein Viertel eines Wellen längenäquivalentswertes in der GaAs- oder AlGaAs-Schicht 126 oder 127 eingestellt, welche von der Wellenlänge des emittierten Lichts aus umgewandelt worden ist. Folglich ist eine sogenannte verteilte Rückkopplungs-(Distributed Feedback)-Struktur (DFB)-Struktur geschaffen. Durch das Vorsehen einer solchen DFB-Struktur sind optische Resona toren für das Licht geschaffen, welches sich in der zu der Oberfläche des Substrats 111 senkrechten Richtung ausbrei tet. Insbesondere bildet in dieser Ausführungsform eine p⁺-Diffusionszone 125, welche durch Zn-Diffusionen zusam men mit einer p-Diffusionszone 125 gebildet ist, eine p⁺- AlGaAs-Schicht mit einer Zusammensetzung, welche im Durch schnitt zwischen denjenigen der GaAs- und der AlGaAs-Schicht 126 und 127 liegt. Die verbotene Bandlücke dieser p⁺- AlGaAs-Schicht ist größer als diejenige der GaAs-Schicht 126; jedoch ist der Brechungsindex dieser p⁺-AlGaAs-Schicht kleiner als derjenige der GaAs-Schicht 126, so daß eine Struktur erhalten wird, um Strom und emittiertes Licht in der aktiven Zone zu begrenzen. Aus diesem Grund kann gemäß der Erfindung eine hohe Ausgangsleistung erhalten werden, und der Pegel des Schwellenwertstroms kann niedriger ein gestellt werden. In Fig. 19 ist ein vertikal emittierender Halbleiterlaser gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dargestellt, während Fig. 20 den Teil des in Fig. 19 dargestellten Aufbaus zeigt, welcher mit einem Kreis B umgeben ist. In dieser Ausführungsform ist eine reflektie rende Vielfachschicht 128 auf der oberen Fläche der n-GaAs- Schicht 113 ausgebildet, und die Diffusionszonen 116 und 117 sind nur entlang der Seiten- und Bodenwandungen der Ausnehmung 120 vorgesehen. Wie in Fig. 20 dargestellt, ist die reflektierende Mehrfachschicht 128 dadurch gebildet, daß eine erste dielektrische Schicht 130 und eine zweite dielektrische Schicht 131 eine vorherbestimmte Anzahl Mal abwechselnd übereinander angeordnet sind; die Dicke jeder der dielektrischen Schichten 130 und 131 ist auf ein Viertel eines Äquivalenzwerts einer Wellenlänge in den jeweiligen dielektrischen Schichten eingestellt, welche aus der Wellenlänge des emittierten Lichts umgewandelt ist. Au ßerdem ist eine untere Elektrodenschicht 119 auf der unteren Fläche des Substrats 111 ausgebildet, und eine reflektie rende Metallschicht 129 ist auf der gesamten unteren Fläche der Einrichtung einschließlich der gesamten Fläche der Lichtauslaß-Ausnehmung 111 a ausgebildet. Bei diesem Aufbau legen die reflektierende Mehrfachschicht 128 und die re flektierende Metallschicht 129 zwei optische Resonatoren fest, zwischen welchen der pn-Übergang liegt, welcher parallel zu der Seitenwandung der Ausnehmung 120 verläuft, welche eine aktive Zone festlegt und folglich Licht er zeugt. Auf diese Weise breitet sich das in dieser aktiven Zone erzeugte Licht in einer Richtung parallel zu der Sei tenwandung der Ausnehmung 120 aus, und wird zwischen diesen Reflektoren 128 und 129 hin- und herreflektiert. Außerdem weist die obere Elektrode 118 einen Teil 118 a auf, welcher auf der vertikalen Seitenwandung der Ausnehmung 120 ver läuft, so daß der Strom, welcher zwischen den oberen und unteren Elektroden 118 und 119 fließt, entsprechend gelei tet wird, um durch den vertikalen pn-Übergang zu fließen, welcher sich vorzugsweise entlang der Seitenwandung der Seitenwandung der Ausnehmung 120 erstreckt. Folglich kann gemäß dieser Ausführungsform ein Halbleiterlaser mit einer Lichtemssion in vertikaler Richtung geschaffen werden, wel cher eine hohe Lichtausgangsleistung und einen reduzierten Schwellenwert-Strompegel hat. Beispielsweise kann die erste dielektrische Schicht 130 aus TiO₂ und die zweite dielektrische Schicht 131 aus SiO₂ hergestellt sein. Die reflektierende Metallschicht 129 kann vorzugsweise aus Au gebildet sein.

In Fig. 21 ist perspektivisch eine zweidimensionale Anord nung einer lichtemittierenden Einrichtung gemäß einer wei teren Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei der in einer der Fig. 10 bis 20 dargestellten Ausführungs formen als Ausgangselement verwendet ist.

Als weitere Modifikationen kann die Seitenwandung der Aus nehmung 120 bezüglich der Fläche des Substrats 111 schräg angeordnet sein, obwohl sie in den vorstehend beschriebe nen Ausführungsformen als vertikal verlaufend dargestellt ist. Beispielsweise kann der Boden der Ausnehmung 120 klei ner als dessen Öffnung sein; in diesem Fall ist die Seiten wandung der Ausnehmung 120 bezüglich der Oberfläche des Sub strats 111 schräg geneigt, und der Divergenzwinkel eines emittierten Laserstrahls kann kleiner gemacht werden, wodurch dann die Bündelung eines emittierten Laserstrahls verbessert ist. Außerdem kann fluoreszierendes Material, wie ein die Farbe Zyan enthaltendes Harz, auf der Seiten- und/oder Bo denwandung der Ausnehmung 120 ausgebildet werden, in diesem Fall trifft das Licht, das von der aktiven Zone erzeugt und zu den Seiten- und Bodenwandungen der Ausnehmung 120 aus gerichtet ist, auf das fluoreszierende Material auf, welches es verteilt, wodurch die Lichtausgangsleistung erhöht wird. Ferner kann das Substrat 111, wie oben beschrieben, aus ir gendeinem anderen Material als GaAs hergestellt sein. Als ein mögliches alternatives Halbleitermaterial kann GaP, InP u.ä. verwendet werden. Die Materialien AlGaAs und GaAs können zur Ausbildung von Halbleiterschichten auf dem Sub strat 111 in den oben beschriebenen Ausführungsformen ver wendet werden; jedoch können auch solche Materialien wie FaP, GaN, GaAsP, InGaP, IKnGaAsP, AlGaInP u.ä. verwendet werden.

Claims

1. Lichtemittierende Einrichtung, gekennzeich net durch
ein Substrat (2) mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, welche der ersten Oberfläche gegen überliegt, wobei das Substrat (82) mit einer durchgehen den Bohrung (4) versehen ist, welche sich zwischen den beiden Oberflächen erstreckt;
eine aktive Zone (3), welche in dem Substrat (2) festge legt ist und parallel zu einer Seitenwandung (41) der durchgehenden Bohrung (4) verläuft, und welche (3) Licht erzeugt, wenn Strom durch die aktive Zone (83) fließt, und
eine erste und eine zweite Elektrode (1,5), um Strom durch die aktive Zone (31) zu leiten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Seitenwandung (41) im wesent lichen senkrecht zumindestens zu einer der beiden Flächen verläuft.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die beiden Flächen parallel zuein ander sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Seitenwandung (41) bezüglich zumindest einer der beiden Flächen schräg angeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Elektrode (1) auf der ersten Fläche und die zweite Elektrode auf der zweiten Fläche ausgebildet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß zumindest eine der beiden Elektroden sich zumindest teilweise in die durchgehende Bohrung (4) auf der Seitenwandung (41) erstreckt.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die aktive Zone (31) dadurch ge bildet ist, daß ein Störstellen-Dotierungsmittel in das Substrat (82) diffundiert, und daß die durchgehende Boh rung (4) durch ein reaktives Ionenätzverfahren gebildet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die aktive Zone (31) sich zumindest 10 Mikron entlang der Seitenwandung (41) erstreckt.

9. Lichtemittierende Einrichtung, gekennzeich net durch
ein Substrat (1) mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, welche der ersten Fläche gegenüberliegt, wobei das Substrat (2) eine durchgehende Bohrung (4), welche sich zwi schen den beiden Flächen erstreckt, und an einem Ende der durchgehenden Bohrung (4) eine Vertiefung (6) aufweist, welche in ihrer Größe so bemessen ist, daß ein Ende einer optischen Faser (3) in ihr aufgenommen ist;
eine aktive Zone (31), welche in dem Substrat (2) festge legt ist und sich parallel zu einer Seitenwandung (41) der durchgehenden Bohrung (4) erstreckt und welche (31) Licht erzeugt, wenn Strom durch die aktive Zone (31) fließt und eine erste und zweite Elektrode (1, 5), damit Strom durch die aktive Zone (31) fließt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Elektrode (1) zumindest auf der Seitenwandung (41) ausgebildet ist und daß die zweite Elektrode (5) auf einer der beiden Flächen aus gebildet ist.

11. Lichtemittierende Einrichtung, gekennzeich net durch
ein Substrat (2) mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, welche der ersten Fläche gegenüberliegt, wobei das Substrat (2) mit einer Anzahl durchgehender Bohrungen (4) versehen sind, welche in regelmäßiger Form angeordnet sind und welche sich jeweils zwischen den beiden Flächen er strecken;
eine Anzahl aktiver Zonen (31), welche in dem Substrat (2) ausgebildet sind und jeweils parallel zu einer Seitenwandung (41) einer der Anzahl durchgehender Bohrungen (4) verlaufen, wobei die aktiven Zonen (31) Licht erzeugen, wenn Strom hin durchfließt, und
eine erste und eine zweite Elektrode (1, 5), damit Strom durch die aktiven Zonen (31) fließt.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß eine der beiden Elektroden in eine Vielzahl einzelner Elektroden (1) unterteilt ist, die jeweils einer der Vielzahl durchgehender Bohrungen (4) entsprechen und zugeordnet sind.

13. Lichtemittierende Halbleitereinrichtung, gekenn zeichnet durch
ein Substrat (111) mit einer Fläche;
eine Halbleiterschicht (112), welche auf der Fläche des Substrats (111) ausgebildet ist und einen ersten Leitfähig keitstyp hat und in welcher zumindest eine Vertiefung (120) mit einer Seitenwandung und einem pn-Übergang ausgebildet ist, welcher sich zumindest entlang der Seitenwandung der Ausnehmung (120) erstreckt und
eine erste und eine zweite Elektrode (118, 119) zum Leiten von Strom, welcher durch den pn-Übergang fließt.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß der pn-Übergang dadurch gebildet ist, daß ein Störstellenmaterial eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welcher in der Polarität dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, durch Diffusion ein gebracht wird.

15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Seitenwandung im wesentlichen senk recht zu der Fläche des Substrats (113) verläuft.

16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Halbleiterschicht (112) eine An zahl übereinanderliegend angeordneter Halbleiter-Unter schichten (114 bis 117) aufweist.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die Halbleiterschicht zumindest eine erste Schicht (112, 113, 115) des ersten Leitfähigkeitstyps und zumindestens eine zweite Schicht (114) des zweiten Leit fähigkeitstyps aufweist, welche in einer vorherbestimmten Reihenfolge übereinanderliegend angeordnet sind, wodurch an einer vorherbestimmten Stelle eine Stromsperre festgelegt ist, so daß der Strom vorzugsweise durch den pn-Übergang fließt, welcher sich parallel zu der Seitenwandung (120) erstreckt.

18. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeich net durch eine elektrisch isolierende Schicht (120), welche auf einem ausgewählten Teil der Halbleiterschicht (113) ausgebildet ist, damit der Strom vorzugsweise durch den pn-Übergang fließt, welcher parallel zu der Seiten wandung der Ausnehmung (120) verläuft.

19. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß das Substrat (111) zumindest mit einer Auslaßausnehmung (118) versehen ist, welche bezüglich der in der Halbleiterschicht (113) ausgebildeten Ausnehmung (120) ausgerichtet ist, wodurch Licht, das in der Nähe des pn-Übergangs erzeugt worden ist, über die Auslaßaus nehmung (111 a) nach außen emittiert wird.

20. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß die Ausnehmung (120) zumindest teilweise mit einem vorherbestimmten Material (118 b) gefüllt ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekenn zeichnet, daß das vorherbestimmte Material ein elek trisch leitendes Material ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekenn zeichnet, daß das vorherbestimmte Material ein elek trisch isolierendes Material ist.

23. Lichtemittierende Halbleitereinrichtung, gekenn zeichnet durch
ein Substrat (111) mit einer Oberfläche;
eine Halbleiterschicht (112, 114 bis 117), welche auf der Fläche des Substrats (111) ausgebildet ist und einen ersten Leitfähigkeitstyp hat, wobei die Halbleiterschicht (112, 114 bis 117) mit mindestens einer Ausnehmung (120) versehen ist, welche eine Seitenwandung und einen pn-Übergang hat, welcher sich zumindest entlang der Seitenwandung der Ausnehmung (120) erstreckt;
Resonanzeinrichtungen (126, 127), damit Licht, das bei oder in der Nähe des pn-Übergangs erzeugt worden ist, in Reso nanz gebracht wird, um einen Laserlichtstrahl zu erzeugen und
eine erste und eine zweite Elektrode (118, 119) zum Leiten von Strom, damit dieser durch den pn-Übergang fließt.

24. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekenn zeichnet, daß die Resonanzeinrichtung ein paar optisch reflektierender Elemente aufweist, welche an beiden Enden des pn-Übergangs angeordnet sind.