DE3786934T2 - Halbleiterlaser von eingebettetem Struktur-Typ und dessen Herstellungsverfahren. - Google Patents
Halbleiterlaser von eingebettetem Struktur-Typ und dessen Herstellungsverfahren.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ, der durch selektive Diffusion hergestellt werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
- Ein Halbleiterlaser wird in den Bereichen der optischen Kommunikation und optischen Informationsverarbeitung als Lichtquelle von geringer Größe und geringem Gewicht eingesetzt.
- Für einen Halbleiterlaser ist Modensteuerung des geführten Lichtes notwendig, und insbesondere ist die Steuerung der transversalen Moden wichtig. Verschiedene Arten von Laserstrukturen sind bisher zur Steuerung der transversalen Moden des Halbleiterlasers vorgeschlagen worden. Unter diesen wurde gefunden, daß der Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ ganz besonders effektiv ist.
- Was das Herstellungsverfahren von Halbleiterlasern vom eingebetteten Typs betrifft, kann man die vorgeschlagenen Strukturen grob in die folgenden drei Kategorien einteilen. Bei der ersten handelt es sich um ein Verfahren, bei dem Kristallwachstum, das eine aktive Schicht einschließt, und Mesaätzen, das eine erforderliche Breite der aktiven Schicht ausnimmt, zuerst ausgeführt werden, gefolgt von einem eingebetteten Kristall-Wachstum auf den seitengeätzten Oberflächen der Mesa. Bei der zweiten handelt es sich um ein Verfahren, bei dem die Bildung von Rillen und Stegen auf dem Halbleiter ausgeführt wird und anschließend ein selektives Kristallwachstum durchgeführt wird, um die aktive Schicht durch die Rillen- und Stegteile, die gebildet werden, einzubetten. Bei der dritten handelt es sich um ein Verfahren, bei dem das Kristallwachstum, das eine aktive Schicht enthält, zuerst ausgeführt wird und anschließend eine Fremdatomdiffusion durchgeführt wird, die eine erforderliche Breite der aktiven Schicht ausspart, um den Brechungsindex auf den Seitenoberflächen zu erniedrigen. Bei dem dritten Verfahren und insbesondere, wenn die aktive Schicht so dünn ist, daß eine Quantenmulde [quantum well] entsteht, wird der Effekt der wechselseitigen Diffusion von Atomen an der Hetero- Grenzfläche aufgrund von Fremdatomdiffusion deutlich erkennbar, so daß es möglich wird, eine selektive Modifikation der Zusammensetzung hervorzurufen. EP-A-0225772, die den Stand der Technik im Sinne von Artikel 54(3) EPC repräsentiert, offenbart ein solches Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers vom eingebetteten Typ.
- Ein Vergleich der obigen drei Verfahren zeigt, daß beim ersten Verfahren die Dicke der aktiven Schicht, die Einbettungsbreite und der Brechungsindex des eingebetteten Kristalls (Kristallzusammensetzung) unabhängig voneinander gewählt werden können, so daß der Freiheitsgrad beim Gestalten des Bauteils groß ist. Jedoch werden im zweiten Kristallwachstum zum Einbetten die Seitenoberflächen der aktiven Schicht direkt dem Hochtemperaturgas ausgesetzt, so daß die Qualität der Kristallgrenzfläche dazu tendiert, sich zu verschlechtern. Es bleibt auch eine thermische Störung aufgrund von Kristallnachwachsen.
- Beim zweiten Verfahren ist, obwohl hier Probleme, wie sie im ersten Verfahren auftreten, gelöst werden können, die Kontrollierbarkeit der Filmdicke und der Breite der aktiven Schicht wegen der Anwendung singulären Kristallwachstums in den Rillen- und Stegbereichen gering. Beim dritten Verfahren ist das Kristallwachstum nur einmal wesentlich, und das zweite Kristallwachstum zum Einbetten ist im Prinzip unnötig. Jedoch tritt ein Nachteil auf, wie zum Beispiel die Schwierigkeit bei der Fremdatomdiffusion zum Einbetten.
- Das vorliegende Verfahren betrifft eine Verbesserung des dritten Verfahrens. Bei dem dritten Verfahren sind die Nachteile, wie sie in dem ersten und dem zweiten Verfahren existieren, nahezu ausgeschaltet, aber es besteht ein Nachteil darin, daß eine Schwierigkeit bei der Herstellung auftritt, wie oben erwähnt. Im folgenden wird der Stand der Technik des dritten Verfahrens beschrieben. Dabei wird auf ein AlxGa1-xAs- Mischkristallsystem als Beispiel Bezug genommen.
- In Fig. 1 wird ein Beispiel eines eingebetteten Halbleiters vom Fremdatomdiffusions-Typ gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Bezugszeichen 501 ist ein GaAs-Substrat, 502 ist eine AlxGa1-xAs-Mantelschicht, und 503 ist eine aktive Quantenmuldenschicht, die auf AlyGa1-yAs/AlzGa1-zAs, welches eine Vielfachquantenmulde in diesem Beispiel darstellt, zurückzuführen ist. Bezugszeichen 504 ist eine AlxGa1-xAs- Mantelschicht, 505 ist eine ohmsche GaAs-Kontaktschicht und 506 ist ein Fremdatomdiffusionsbereich, wo Zn, Si, S und andere als Verunreinigung verwendet werden. Bezugszeichen 507 und 508 sind Elektrodenmetalle. Der Bereich, in dem sich 503 und 506 überlagern, ist der Bereich, wo die Quantenmuldenstruktur aufgrund von Fremdatomdiffusion fehlgeordnet ist, der sogenannte Fehlordnungsbereich. Im Fehlordnungsbereich ist es möglich, den Brechungsindex im Vergleich mit dem Bereich, der nicht fehlgeordnet ist, zu verringern, so daß es möglich ist, einen eingebetteten Wellenleiter zu bilden. Probleme bei diesem Stand der Technik sind das Bildungsverfahren und die Profilkontrolle des Fremdatomdiffusionsbereiches 506. Im Stand der Technik, wie in Fig. 1 dargestellt, wird nämlich die Fremdatomdiffusion in einer Gasphase mit Hilfe einer streifenförmigen selektiven Diffusionsmaske durchgeführt. Dabei ist es notwendig, den Partialdruck diffundierter Verunreinigung zur Steuerung der Diffusionstiefe genau zu regeln und die Temperatur und dergleichen zu steuern. Zusätzlich ist im Stand der Technik von Fig. 1 eine Diffusionstiefe von mehr als 2 um notwendig, und es ist eine ausreichende Berücksichtigung des Diffusionsprofils notwendig. Das heißt, es ist auf den Umstand zurückzuführen, daß das Diffusionsprofil Ausläufer bekommt, wie in Fig. 1 gezeigt, so daß die Variationen in der Diffusionstiefe zu den Variationen in der Breite der einzubettenden aktiven Schicht groß werden. Im Stand der Technik werden keine Erwägungen mitgeteilt, um den Einfluß, der auf das Diffusionsprofil zurückzuführen ist, auszuschalten.
- Wie beim oben ausgeführten, traten im Stand der Technik beim Herstellungsprozeß Probleme auf den Gebieten der Kontrollierbarkeit und Reproduzierbarkeit der Breite der aktiven Schicht mit Bezug auf die Diffusionstiefe auf.
- Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen, welche die Nachteile beim Stand der Technik bewältigen können, um die Reproduzierbarkeit bei der Herstellung, die Breite der aktiven Schicht in Bezug auf die Diffusionstiefe zu verbessern und ebenso die Leistungsfähigkeit der Halbleiterelemente zu verbessern.
- Um das obige Ziel zu erreichen, umfaßt das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers vom eingebetteten Typ durch aufeinanderfolgendes Wachstum von mindestens drei Schichten auf einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps, nämlich einer Mantelschicht vom ersten Leitungstyp, einer aktiven Quantenmuldenschicht, die eine Schicht vom ersten oder zweiten Leitungstyp oder einen p-n-Übergang enthält, und einer Mantelschicht vom zweiten Leitungstyp, ein Verfahren zum Bereitstellen einer in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht, welche der besagten aktiven Schicht benachbart angeordnet ist, wobei ein vorherbestimmter gestreifter Bereich ausgenommen ist, sowie ein Verfahren zur Durchführung einer Fremdatomdiffusion durch Wärmebehandlung von der besagten, in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht bis zur besagten aktiven Schicht.
- Das Ziel der Erfindung wird ebenfalls gelöst durch einen Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ, der auf einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps mindestens drei Schichten umfaßt, nämlich eine Mantelschicht vom ersten Leitungstyp, eine aktive Quantenmuldenschicht, die eine Schicht vom ersten oder zweiten Leitungs-Typ oder einen p-n- Übergang enthält, und eine Mantelschicht vom zweiten Leitungstyp, wobei der besagte Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ einen Fremdatom-Diffusionsbereich aufweist, welcher sich von einer in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht, die der aktiven Schicht benachbart ist und einen vorbestimmten gestreiften Bereich ausnimmt, bis zur aktiven Schicht erstreckt.
- Zusätzlich erreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Stromsperre mittels in Sperrichtung vorgespannter Schichten oder Schichten mit hohem Widerstand auf der oberen oder unteren Seite der in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht.
- Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlicher, welche in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen herangezogen werden, in denen:
- Fig. 1 eine Querschnittsansicht ist, die den Aufbau des Halbleiterlasers vom eingebetteten Typ nach dem Stand der Technik zeigt;
- Fig. 2 eine Querschnittsansicht des Aufbaus einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
- Fig. 3 eine Querschnittsansicht ist, die die Herstellungsverfahren des Halbleiterlasers vom eingebetteten Typ in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- Fig. 4 und Fig. 5 die Querschnittsansichten des Aufbaus aufgrund von zweiten und dritten Ausführungsformen sind;
- Fig. 6 eine Querschnittsansicht des Aufbaus des Halbleiterlasers vom eingebetteten Typ aufgrund einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
- Fig. 7(a), 7(b) und 7(c) die Querschnittsdarstellungen sind, die die Herstellungsverfahren des Halbleiterlasers vom eingebetteten Typ in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; und
- Fig. 8 eine Querschnittsansicht des Halbleiterlasers vom eingebetteten Typ aufgrund einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
- Als nächstes wird ein erfindungsgemäßer Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ und sein Herstellungsverfahren ausführlich beschrieben, wobei das AlxGa1-xAs-Mischkristallsystem als Beispiel verwendet wird. Die vorliegende Erfindung kann insbesondere für eine Laserdiode des Halbleiterlasers vom eingebetteten Typ verwandt werden.
- In Fig. 2 ist 101 ein GaAs-Substrat vom n-Typ, 102 ist eine Al0,48Ga0,52As-Mantelschicht vom n-Typ, 103 ist eine aktive Vielfachquantenmuldenschicht, gebildet durch Wachstum einer Vielzahl von Al0,22Ga0,78As-Barriereschichten und GaAs- Quantenmuldenschichten, 104 ist eine Al0,48Ga0,52As- Mantelschicht vom p-Typ, 105 ist eine in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierte GaAs-Schicht vom p-Typ, 106 ist eine Al0,48Ga0,52As-Mantelschicht vom p-Typ, 107 ist eine ohmsche GaAs-Kontaktschicht vom p-Typ, 108 ist ein Fremdatom- Diffusionsbereich und 109 und 110 sind Elektrodenmetalle. Hier ist der Aufbau von jeder der Schichten 102 bis 108 wie folgt. Die Mantelschicht 102 ist eine Schicht mit einer Dicke von ungefähr 2 um, die aktive Schicht 103 ist vom n-Typ, p-Typ oder i-Typ, welche durch Wachstum von 1 bis 10 Schichten beispielsweise einer Barriereschicht von 15 nm (150 Å) und einer Quantenmuldenschicht von 8 nm (80 Å) gebildet wird, die Mantelschicht 104 besitzt eine Dicke von 0,3 um, wobei die Fremdatome Mg sind und die Konzentration 5·10¹&sup7;cm&supmin;³ beträgt, die in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierte Schicht 105 weist als Fremdatome Zn, eine Konzentration von 1·10¹&sup9;cm&supmin;³ und eine Dicke von 0,3 um auf, die Mantelschicht 106 hat eine Dicke von ungefähr 1,5 um, worin die Fremdatome Mg sind und die Konzentration 5·10¹&sup7;cm&supmin;³ beträgt, und die ohmsche Kontaktschicht 107 hat eine Dicke von 0,5 um. Ferner ist der fremdatomdiffundierte Bereich 108 der Bereich von ungefähr 0,6 um von der in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht 105 bis zum unteren Rand.
- In Fig. 3 werden die Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Halbleiterschicht vom eingebetteten Typ zur Realisierung der in Fig. 2 gezeigten Struktur gezeigt. Zuerst wird in Fig. 2(a) Kristallwachtum auf dem GaAs-Substrat vom n- Typ 201 durchgeführt, um eine Mantelschicht 202 vom n-Typ, eine aktive Quantenmuldenschicht 203, eine Mantelschicht 204 vom p-Typ und eine in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierte Schicht 205 zu bilden. Für das Kristallwachstums- Verfahren kann zum Beispiel von dem MO-CVD-Verfahren bei einer Wachstumstemperatur von 775ºC Gebrauch gemacht werden. In Fig. 2(b) wird eine Photoresistmaske 220 zum selektiven Entfernen der in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht 205 gebildet. Als Photoresist kann zum Beispiel Resist auf Cyclokautschuk-Basis verwendet werden. Weiterhin kann die Breite des Photoresistfensters unter Berücksichtigung der Strecke der Fremdatomdiffusion und der Breite der eingebetteten aktiven Schicht, welche in diesem Beispiel auf 2,5 um festgesetzt wurde, festgesetzt werden. Fig. 2(c) zeigt das Verfahren der selektiven Entfernung des in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Bereiches 205. Die selektive Entfernung kann zum Beispiel durch chemisches Ätzen unter Anwendung einer gemischten Lösung NH&sub4;OH : H&sub2;O&sub2; = 1 : 20 (Volumenverhältnis) über ungefähr 5 Sekunden vorgenommen werden. In Fig. 2(d) wird Kristallwachstum für die Mantelschicht vom p-Typ 206 zum Lichteinschluß und die ohmsche Kontaktschicht 207 zum Beispiel mit Hilfe des MO-CVD- Verfahrens bei der Temperatur von 750ºC durchgeführt. Danach wird eine Wärmebehandlung zur Diffusion der Fremdatome unter Verwendung des mit Fremdatomen in hoher Konzentration dotierten Bereiches 205 als Quellschicht durchgeführt. Die Wärmebehandlung kann bei 800ºC über etwa 100 Minuten durchgeführt werden. Insbesondere kann die Wärmebehandlung zur Fremdatomdiffusion durchgeführt werden, indem der Kristall einfach bei hoher Temperatur in dem Kristallwachstumsofen gehalten wird, nachdem man den Kristall hat wachsen lassen.
- In Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der zweiten Ausführungsform der Ausbildung des Halbleiterlasers vom eingebetteten Typ gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht dem Bereitstellen einer stromsperrenden Al0,48Ga0,52As-Schicht 311 vom n-Typ oder i-Typ auf 105 aus Fig. 2. Die Bildung von 311 kann analog zu den Verfahren aus Fig. 3 erreicht werden, indem im voraus eine Al0,48Ga0,52As-Schicht vom n-Typ oder i-Typ auf der Schicht 205 aus Fig. 3(a) vorgesehen wird. Die Dicke der stromsperrenden Schicht 311 kann bei 1,5 bis 2,0 um festgesetzt werden. Außerdem kann das Ätzen in dem Fig. 3(c) entsprechenden Verfahren zu einem Ätzen über ungefähr 40 Sekunden mit einer Ätzlösung von KI : I&sub2; : H&sub2;O = 113 : 65 100 000 (Gewichtsverhältnis), gefolgt von einem zweiten Ätzen über ungefähr 5 Sekunden mit der früher erwähnten Ätzlösung NH&sub4;OH : H&sub2;O&sub2; = 1 : 20 (Volumenverhältnis) abgeändert werden.
- Entsprechend der Ausführungsform aus Fig. 4 wird der Strom durch die stromsperrende Schicht 311 vom n-Typ oder i-Typ zum Fremdatom-Diffusionsbereich 308 unterdrückt.
- Folglich ist der erfindungsgemäße Halbleiterlaser wirkungsvoll beim Erlangen eines Elementes mit zufriedenstellender Emmissionswirkung, durch Unterdrücken des Leckstroms, der in die anderen Bereiche als den erforderlichen aktiven Bereich fließt, durch den in Sperrichtung vorgespannten Halbleiterübergang der stromsperrenden Schicht vom n-Typ und des Fremdatom-Diffusionsbereiches vom p-Typ 308 oder durch einen Bereich mit hohem Widerstand vom i-Typ.
- In Fig. 5 ist eine Verbesserung gegenüber der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform dargestellt. In Fig. 5 ist die in Fig. 4 gezeigte stromsperrende Schicht 311 durch eine zweilagige Struktur einer GaAs-Schicht vom n-Typ oder i-Typ 411 und einer Al0,48Ga0,52As-Schicht vom n-Typ oder i-Typ 412 ersetzt. Dies soll durch Ausnutzung einer Eigentümlichkeit, nämlich der, daß die Fremdatom-Diffusionskonstante in GaAs kleiner ist, als die Diffusionskonstante in AlGaAs, eine Fremdatomdiffusion mit einer Diffusionsstrecke, welche bezüglich der Richtung nach oben und unten asymmetrisch ist, bewirken. Aus diesem Grund kann die Dicke der stromsperrenden Schichten 411 und 412 geringer als im Fall von Fig. 4 gemacht werden, was die Ebenheit der neugewachsenen Oberfläche verbessert und die innere Spannung vermindert. Dies verbessert die Zuverlässigkeit des Bauelementes. Den Schichten 411 und 412 gibt man eine Dicke von ungefähr 0,3 um für 411 bzw. 0,5 um für 412. Weiterhin kann das Herstellungsverfahren durch teilweise Abänderung des Verfahrens aus Fig. 3 analog zum Fall aus Fig. 4 realisiert werden. Hier ist es nur erforderlich, das der Fig. 3(c) entsprechende Verfahren in ein Ätzen mit den Lösungen KI : I&sub2; : H&sub2;O und NH&sub4; OH : H&sub2;O&sub2;, die in Verbindung mit Fig. 4 erläutert worden waren, über die Zeiträume von etwa 6 Sekunden bzw. etwa 10 Sekunden abzuändern.
- Bei der vorliegenden Erfindung wird die Fremdatomdiffusion durch Festphasendiffusion unter Benutzung einer hoch dotierten Schicht als Diffusionsquelle ausgeführt, so daß sie im Vergleich mit dem Fall einer Durchführung der Diffusion aus der externen Gasphase, was im Stand der Technik erfolgt, eine befriedigendere Stabilität der Konzentration der Diffusionsquelle aufweist. Zusätzlich kann die Diffusionsstrecke kleiner als 1 um gemacht werden, so daß auch die Steuerbarkeit erhöht wird, verglichen mit dem existierenden Fall einer Diffusion über eine Strecke von mehr als 2 um. Ferner braucht die in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierte Schicht nur in einem Abstand von der aktiven Schicht angeordnet zu sein, anstatt an sie anzugrenzen, solange sie in einem Abstand angeordnet ist, welcher durch die Wärmebehandlung der mit den Fremdatomen dotierten Schicht, die eine vorgeschriebene Diffusionsmenge abgeben muß, eine notwendige Fremdatomkonzentration liefern kann. Der Abstand muß durch Berücksichtigung der Steuerbarkeit der Wärmebehandlung bestimmt werden.
- Erfindungsgemäß ist es demnach möglich, die Steuerbarkeit der Fremdatomdiffusion zu verbessern und einen Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ zu erhalten, der eine hohe Reproduzierbarkeit aufweist.
- In Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht des Halbleiters vom eingebetteten Typ aufgrund einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In der Figur ist 1 ein GaAs- Substrat vom n-Typ, 2 ist eine Al0,48Ga0,52As-Mantelschicht vom n-Typ, 3 ist eine in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierte Al0,65Ga0,35As-Schicht vom p-Typ, 4 ist eine Al0,48Ga0,52As-Pufferschicht vom n-Typ, 5 ist eine aktive Quantenmuldenschicht, die aus einer Al0,22Ga0,78As- Barriereschicht und einer GaAs-Quantenmuldenschicht besteht, 6 ist eine Al0,48Ga0,52As-Mantelschicht vom p-Typ, 7 ist eine ohmsche GaAs-Kontaktschicht vom p-Typ, 8 ist ein fremdatomdiffundierter Bereich und 9 und 10 sind Elektrodenmetalle. Bei dieser Ausführungsform ist die in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierte Schicht 3 unterhalb der aktiven Quantenmuldenschicht 5 vorgesehen. Die Zusammensetzung der Schichten 2 bis 7 ist wie folgt. Die Mantelschicht 2 hat eine Dicke von 2,5 bis 3,0 um, die in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierte Schicht 3 weist als Fremdatome Zn, eine Konzentration von 1·10cm¹&sup9;cm&supmin;³ und eine Dicke von 0,3 um auf, die Pufferschicht 4 hat eine Dicke von 0,2 um. Die aktive Schicht 5 ist vom n-Typ, p-Typ oder i-Typ, und es ist beispielsweise die Dicke der Barriereschicht 15 nm (150 Å) und die der Muldenschicht 8 nm (80 Å). Die Mantelschicht 6 hat eine Dicke von 1,5 um, worin die Fremdatome Mg sind und die Konzentration 5·10¹&sup7;cm&supmin;³ ist, und die ohmsche Kontaktschicht 7 hat eine Dicke von 0,5 um. Die Front des fremdatomdiffundierten Bereiches 8 befindet sich ungefähr 0,6 um in Richtung der Oberkante von der in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht 3 entfernt.
- In Fig. 7 ist das Herstellungsverfahren des Halbleiterlasers vom eingebetteten Typ gemäß der vorliegenden Erfindung zur Realisierung der in Fig. 6 gezeigten Struktur dargestellt. Zuerst wird in Fig. 7(a) das Kristallwachstum auf einem GaAs- Substrat 1 vom n-Typ durchgeführt, um die Mantelschicht 2 vom n-Typ und die in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierte Schicht 3 zu bilden. Für das Kristallwachstum kann zum Beispiel das MO-CVD-Verfahren bei einer Wachstumstemperatur von 750ºC übernommen werden. In Fig. 7(b) werden Rillen für das selektive Entfernen der in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht gebildet. Zu diesem Zweck kann gewöhnliche Photolithographie verwendet werden, um das Ätzen mit Hilfe einer Photoresistmaske durchzuführen. Als Photoresist kann zum Beispiel ein Resist auf Cyclokautschuk- Basis verwendet werden. Weiter muß die Breite des Photoresistfensters unter Berücksichtigung der Fremdatomdiffusionsstrecke und der Breite der eingebetteten aktiven Schicht eingestellt werden, die hier als 2,5 um betragend gewählt worden ist. Das selektive Entfernen der in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht 3 kann zum Beispiel durch chemisches Ätzen unter Verwendung einer gemischten Lösung von H&sub2;SO&sub4; : H&sub2;O&sub2; : H&sub2;O = 4 : 1 : 1 (Volumenverhältnis) bei 20ºC über etwa 25 Sekunden erfolgen. Fig. 7(c) zeigt das Kristallwachstum der aktiven Quantenmuldenschicht. Zuerst wird zum Verhindern des Einflusses der nachgewachsenen Oberfläche eine Pufferschicht auf der aktiven Schicht gebildet, gefolgt vom Kristallwachstum für die aktive Quantenmuldenschicht 4, die Mantelschicht 6 vom p-Typ und die ohmsche Kontaktschicht 7. Das Kristallwachstum kann zum Beispiel mit Hilfe des MO-CVD-Verfahrens bei 750ºC ausgeführt werden. Dann wird eine Wärmebehandlung zur Diffusion von Fremdatomen aus der in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht 3 durchgeführt. Die Wärmebehandlung kann über ungefähr 100 Minuten bei 800ºC durchgeführt werden. Insbesondere kann die Wärmebehandlung für die Fremdatomdiffusion durchgeführt werden, indem einfach der Kristall nach der Kristallbildung in Fig. 7(c) in dem Kristallwachstumsofen gehalten wird.
- In Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht des Aufbaus des Halbleiterlasers vom eingebetteten Typ aufgrund einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform entspricht einem Bereitstellen einer stromsperrenden Al0,48Ga0,52As-Schicht vom n-Typ oder i-Typ 11 oberhalb der in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht 3 aus Fig. 6. Die Bildung der Schicht 11 kann ähnlich dem Verfahren aus Fig. 7 durch Aufwachsen einer Al0,48Ga0,52As-Schicht vom n-Typ oder i-Typ oberhalb der Schicht 3 aus Fig. 7(a) realisiert werden. Die Dicke der Schicht 11 kann 1,0 bis 1,5 um betragen. Weiter muß das Ätzen im Verfahren aus Fig. 7(b) in eine Ätzdauer von ungefähr 40 Sekunden mit der Ätzlösung KI : 12 : H&sub2;O = 113 : 65 : 100 000 (Gewichtsverhältnis) abgeändert werden, gefolgt von einem Ätzen über ungefähr 25 Sekunden bei 20ºC unter Verwendung einer Ätzlösung von H&sub2;SO&sub4; : H&sub2;O&sub2; : H&sub2;O = 4 : 1 : 1 (Volumenverhältnis).
- Der Halbleiterlaser entsprechend der vorliegenden Ausführungsform kann den Leckstrom, der in einen anderen Bereich als in einen verlangten aktiven Schichtbereich fließt, mit Hilfe eines in Sperrichtung vorgespannten Halbleiterüberganges oder eines Bereiches mit hohem Widerstand unterdrücken, so daß er wirkungsvoll ist, um Laserdioden mit hoher Effizienz zu erhalten.
- Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt. So können zum Beispiel die Zusammensetzung, der Aufbau, die Herstellungsbedingungen und andere passend geändert werden. Außerdem ist für die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Beschreibung in Verbindung mit einem AlxGa1-xAs-Mischkristallsystem vorgenommen worden. Jedoch kann die Erfindung durch Gebrauch eines Materials wie des Mischkristallsystems GaxIn1-xAsyP1-y oder des Mischkristallsystems AlxIn1-xAsyP1-y ausgeübt werden.
- Ferner sind das Verfahren zur Herstellung und andere nicht auf diejenigen in den vorhergehenden Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel ist das Verfahren für das Kristallwachstum nicht auf das MO-CVD-Verfahren beschränkt und es kann durch das MBE- Verfahren und dergleichen ausgeübt werden. Weiterhin können als das Verfahren für das Wachstum der in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht das sogenannte atomar ebene Dotierungsverfahren [atomic planar doping method], bei dem die Dotierung auf einer wachstumsunterbrochenen Oberfläche durchgeführt wird, und ähnliche Verfahren verwendet werden.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers vom
eingebetteten Typ durch aufeinanderfolgendes Wachstum von
mindestens drei Schichten auf einem Halbleitersubstrat eines
ersten Leitungstyps: einer Mantelschicht vom ersten
Leitungstyp (102; 202; 302; 402; 2), einer aktiven
Quantenmuldenschicht (103; 203; 303; 403; 5), welche eine
Schicht vom ersten oder zweiten Leitungstyp oder einen p-n-
Übergang enthält, und einer Mantelschicht vom zweiten
Leitungstyp (104, 106; 204, 206; 304, 306; 404, 406; 6);
wobei das besagte Herstellungsverfahren ein Verfahren zum
Bereitstellen einer in hoher Konzentration mit Fremdatomen
dotierten Schicht (105; 205; 305; 405; 3) umfaßt, die der
besagten aktiven Schicht (103; 203; 303; 403; 5) benachbart
ist, wobei ein vorbestimmter gestreifter Bereich ausgenommen
ist, sowie ein Verfahren zur Durchführung einer
Fremdatomdiffusion durch Wärmebehandlung von der besagten, in
hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht (105;
205; 305; 405; 3) bis zu der besagten aktiven Schicht (103;
203; 303; 403; 5).
2. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers vom
eingebetteten Typ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
es weiter den Schritt eines Bereitstellens stromsperrender
Schichten umfaßt, in Form von in Sperrichtung vorgespannten
Schichten oder Schichten mit hohem Widerstand (311; 411, 412)
in der Richtung, die derjenigen von der in hoher Konzentration
mit Fremdatomen dotierten Schicht (305; 405) zur aktiven
Schicht (303; 403) entgegengesetzt ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers vom
eingebetteten Typ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Wärmebehandlung zur Fremdatomdiffusion durchgeführt wird,
indem der Halbleiterlaser für eine vorbestimmte Zeitdauer
einer Temperatur von mehr als 750ºC ausgesetzt wird.
4. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers vom
eingebetteten Typ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die besagte, in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierte
Schicht (105; 205; 305; 405; 3) oberhalb oder unterhalb der
besagten aktiven Schicht (103; 203; 303; 403; 5) vorgesehen
ist.
5. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers vom
eingebetteten Typ nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die besagten stromsperrenden Schichten durch mindestens zwei
Schichten gebildet werden: eine erste stromsperrende Schicht
(412) und eine zweite stromsperrende Schicht (411), die eine
Fremdatom-Diffusionskonstante besitzt, die kleiner als die
Fremdatom-Diffusionskonstante der ersten stromsperrenden
Schicht (412) ist.
6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers vom
eingebetteten Typ nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
es weiter den Schritt des Bereitstellens einer stromsperrenden
Schicht umfaßt, in Form von in Sperrichtung vorgespannten
Schichten oder Schichten mit hohem Widerstand (11), von der
besagten, in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten
Schicht (3) aus auf der Seite der aktiven Schicht (5).
7. Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ, umfassend
mindestens drei Schichten auf einem Halbleitersubstrat (101;
201; 301; 401; 1) eines ersten Leitungstyps: eine
Mantelschicht vom ersten Leitungstyp (102; 202; 302; 402; 2),
eine aktive Quantenmuldenschicht (103; 203; 303; 403; 5),
welche eine Schicht vom ersten oder zweiten Leitungstyp oder
einen p-n-Übergang enthält, und eine Mantelschicht vom zweiten
Leitungstyp (104, 106; 204, 206; 304, 404; 406; 6);
wobei der besagte Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ
einen Fremdatom-Diffusionsbereich (108; 208; 308; 408; 8)
besitzt, welcher sich von einer in hoher Konzentration mit
Fremdatomen dotierten Schicht (105; 205; 305; 405; 3), die der
aktiven Schicht (103; 203; 303; 403; 5) benachbart ist und
einen vorbestimmten gestreiften Bereich ausnimmt, bis zur
aktiven Schicht (103; 203; 303; 403; 5) erstreckt.
8. Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß er weiter stromsperrende Schichten
in der Form von in Sperrichtung vorgespannten Schichten oder
Schichten mit hohem Widerstand (311; 411; 412) umfaßt, welche
in der Richtung vorgesehen sind, die derjenigen von der in
hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht (305;
405) zur aktiven Schicht (303; 403) entgegengesetzt ist.
9. Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die in hoher Konzentration mit
Fremdatomen dotierte Schicht (105; 205; 305; 405; 3) entweder
oberhalb oder unterhalb der aktiven Schicht (103; 203; 303;
403; 5) vorgesehen ist.
10. Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die stromsperrenden Schichten
mindestens zwei Schichten umfassen; eine erste stromsperrende
Schicht (412) und eine zweite stromsperrende Schicht (411),
welche eine Fremdatom-Diffusionskonstante aufweist, die
kleiner ist als die Fremdatom-Diffisionskonstante der ersten
stromsperrenden Schicht (412).
11. Halbleiterlaser vom eingebetteten Typ nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterlaser stromsperrende
Schichten in Form von in Sperrichtung vorgespannten Schichten
oder Schichten mit hohem Widerstand (11) besitzt, welche von
der in hoher Konzentration mit Fremdatomen dotierten Schicht
(3) aus auf der Seite der aktiven Schicht (5) vorgesehen sind.
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