DE60016486T2

DE60016486T2 - Halbleiterlaser und zugehöriges Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60016486T2
Application number: DE60016486T
Authority: DE
Inventors: Toshiya Matsubara-shi Fukuhisa; Masaya Nara-shi Manno; Akio Kyotanabe-shi Yoshikawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2020-03-01
Also published as: DE60016486D1; EP1033796B1; SG89321A1; JP3521793B2; US6822989B1; EP1033796A3; EP1033796A2; CN1266299A; JP2000252586A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser, der als eine Lichtquelle in einer optischen Plattenvorrichtung verwendet wird, und ein Herstellungsverfahren für einen solchen Halbleiterlaser.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Optische Plattenlaufwerke für digitale Videoplatten (DVDs) und andere derartige Medien sind in den letzten Jahren entwickelt worden. Von den derzeit erhältlichen Halbleiterlasern verwenden solche Vorrichtungen hauptsächlich AlGaInP-Typ Halbleiterlaser, die als ihre Licht quelle Laserlicht einer kurzen Wellenlänge emittieren.
Auf dem Gebiet von Halbleiterlasern des AlGaInP-Typs haben die von Lasern des RISA-Typs (wirkliche brechungsindexgeführte, selbstabgleichende Struktur) gezeigten, vorteilhaften Eigenschaften viel Aufmerksamheit erregt. Diese wurden z.B. von Osamu Imafuji et al. auf Seite 1223 von "Electronics Letters", Vol. 33 (1997), beschrieben.
7 zeigt einen Querschnitt eines RISA-Typ Lasers. Die Begriffe "über" und "unter" in der folgenden Erklärung beziehen sich auf die Struktur, wenn 7 sich in einer aufrechten Position befindet. Der veranschaulichte RISA-Laser besitzt ein n-Typ GaAs-Substrat 1, auf dem eine n-Typ GaAs-Pufferschicht 2, eine n-Typ Plattierungsschicht 3 aus (Al_xGa_1–x)_yIn_1–yP (wo x=0.7, y=0.5), eine Aktivschicht 4, eine p-Typ Plattierungs-Basisschicht aus (Al_xGa_1–x)_yIn_1–yP (wo X=0.7, y=0.5) und eine Stromsperrschicht 6 aus AlInP nacheinander in der angegebenen Reihenfolge gebildet werden. Als Nächstes wird eine Ätzung auf einem streifenförmigen Teil der Stromsperrschicht 6 durchgeführt. Darüber werden eine p-Typ vergrabene Plattierungsschicht 7, eine ohmische Kontaktschicht 8 aus p-Typ Ga_0.5In_0.5P und eine Deckschicht 9 aus p-Typ GaAs in der angegebenen Reihenfolge gebildet. Eine p-Typ Elektrode 10 wird auf der Deckschicht 9 gebildet, und eine n-Typ Elektrode 11 wird auf der Rückseite des n-Typ GaAs-Substrats gebildet. Man beachte, dass die hier genannten Materialien nur Beispiele sind, sodass andere Kombinationen von Material verwendet werden können.
Wie in 7 gezeigt, ist die vergrabene p-Typ Plattierungsschicht 7, die die Stromsperr schicht 6 bedeckt, in einer in der Mitte der Konstruktion gebildeten Rille vergraben. Dies er zeugt einen Stromfluss-Konzentrationseffekt, wodurch der Stromfluss zwischen der Oberseite und der Unterseite der vergrabenen p-Typ Plattierungsschicht 7 verschmälert wird. Licht wird in der n-Typ Piattierungsschicht 3, der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der vergrabenen p-Typ Plattierungsschicht 7 eingesperrt. Die stromflusskonzentrierenden und lichteinsperrenden Effekte dieser Konstruktion bedeuten idealerweise, dass Laserlicht mittels eines relativ niedrigen Betriebsstromes erzeugt werden kann.
8 zeigt den Herstellungsprozess für den Laser des obigen Typs. Jede Schicht von der n-Typ GaAs-Pufferschicht 2 bis zu der Deckschicht 9 wird nacheinander unter Verwendung metallorganischer Dampfphasen-Epitaxie (MOVPE) gebildet. Das heißt, jede Schicht bis zu der Stromsperrschicht 6 wird nacheinander auf dem n-Typ GaAs-Substrat 1 gebildet (Prozess 1). Sobald die Stromsperrschicht 6 bereitgestellt ist, wird ein Streifen durch Ätzen eines mittleren Teils der Stromsperrschicht 6 gebildet. Bevor die vergrabene p-Typ Plattierungsschicht 7 gebildet wird, müssen Verunreinigungen (die hauptsächlich aus der Ätzlösung bestehen, die nach dem Ätzungsprozess zuruckbleibt) von der Oberfläche der aus dem GaAs-Substrat 1 bis zu der Stromsperrschicht 6 gebildeten Vielschicht-Struktur entfernt werden. Diese Verunreinigungen werden durch einen thermischen Reinigungsprozess entfernt, wo die Vielschicht-Struktur auf eine hohe Temperatur (gewöhnlich 700°C oder höher) erhitzt wird, die nahe bei der Kristall-Wachstumstemperatur der Schichten liegt (Prozess 2). Um zu verhindern, dass Phosphor von der Oberfläche der Vielschicht-Struktur verdampft wird, wird eine Phosphorverbindung, z.B. Phosphin, während dieses Prozesses zugeführt. Auf diese Weise wird die Reinigung in Anwesenheit einer Phosphorverbindung durchgeführt. Die übrigen Schichten werden danach unter Verwendung von MOVPE gebildet, und die Herstellungsprozedur endet mit dem Bilden der Elektroden (Prozess 3).
Um die Leistung von optischen Plattenvorrichtungen, in denen der obige Laser verwendet wird, zu verbessern, ist es jedoch erwünscht, die Lasereigenschaften weiter zu verbessern, z.B. durch Senken des Laser-Schwellenstromes (s. "Optical Devise Dictionary", Seite 8).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen dauerhaften Halbleiterlaser mit verbesserten Lasereigenschaften, z.B. einem gesenkten Schwellenstrom, bereitzustellen.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren zur effizienten Herstellung eines dauerhaften Lasers mit verbesserten Lasereigenschaften, z.B. ei nem gesenkten Schwellenstrom, bereitzustellen.
Um die obigen Aufgaben zu erfüllen, haben die Erfinder das Herstellungsverfahren des im Stand der Technik beschriebenen Halbleiterlasers untersucht und versucht, Punkte zu finden, die verbessert werden könnten. Als Ergebnis fanden die Erfinder heraus, dass, wenn thermische Reinigung als Teil des Herstellungsverfahrens des obigen Halbleiterlasers durchgeführt wird, das Ätzen in der Horizontalrichtung an den Verbindungen zwischen der Stromsperrschicht und der p-Typ Plattierungs-Basisschicht voranschreitet, was Höhlungen in der Stromsperrschicht erzeugt. Wenn die Stromsperrschicht in diesem Zustand mit Höhlungen eingebettet und rekonstriuert wird, wird das Kristallwachsturn in einem bestimmten Bereich nicht voranschreiten und Höhlungen 12, wie in 7 gezeigt, werden in der Konstruktion zurückbleiben. Während diese Höhlungen 12 klein sein können, werden sie entlang der Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungsschicht 5 und der Stromsperrschicht 6 gebildet und verursachen Wellenleiterverluste in dem Halbleiterlaser. Dies verschlechtert die Eigenschaften des Halbleiterlasers (z.B. durch Anheben des Schwellenstromes) und hat es somit unmöglich gemacht, einen idealen Halbleiterlaser zu verwirklichen.
Als Nächstes konzentrierten sich die Erfinder auf das horizontale Fortschreiten des Ätzens, das an der Grenzfläche zwischen der p-Typ Planierungs-Basisschicht 5 und der Stromsperrschicht 6 während des thermischen Reinigungsprozesses in Form der Konzentration von Trägern in der Stromsperrschicht 6 auftritt. Als Ergebnis entdeckten die Erfinder, dass das Ausmaß, in dem das Ätzen in der Horizonalrichtung an der Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der Stromsperrschicht 6 voranschreitet, eine hohe Korrelation mit der Konzentration von Trägern in der Stromsperrschicht 6 aufweist. Diese Entdeckung führte zu der Vorstellung der vorliegenden Erfindung.
Um die obige Aufgabe aus einem ersten Aspekt zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung einen Halbleiterlaser bereit, der umfasst:

eine n-Typ Plattierungsschicht, die n-Typ Leitfähigkeit besitzt;
eine oben auf der n-Typ Plattierungsschicht gebildete Aktivschicht;
eine p-Typ Plattierungs-Basisschicht, die oben auf der Aktivschicht gebildet ist und p-Typ Leitfähigkeit besitzt;
eine Stromsperrschicht, die auf spezifizierten Teilen einer oberen Oberfläche der p-Typ Plattierungs-Basisschicht gebildet ist und n-Typ Leitfähigkeit besitzt, und
eine p-Typ vergrabene Plattierungsschicht, die p-Typ Leitfähigkeit besitzt und so gebildet ist, dass sie die Stromsperrschicht bedeckt und verbleibende Teile der oberen Oberfläche der p-Typ Plattierungs-Basisschicht berührt,
wobei die Stromsperrschicht wenigstens zwei Zonen mit unterschiedlichen Konzentrationen (nachstehend "N1" und "N2", wo N1<N2) von n-Typ Trägern aufweist, eine Zone angrenzend an eine Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht mit der N1-Konzentration von n-Typ Trägern und ein Teil oder das Ganze einer verbleibenden Zone der Stromsperrschichtzone mit der N2-Konzentration und
dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromsperrschicht entweder aus Al_0.5In_0.5P oder (Al_xGa_1–x)_yIn_1–yP besteht, wo 0.7<x<1.

In dem Halbleiterlaser der genannten Konstruktion ist die Konzentration von Trägern in der Stromsperrschicht nahe den Verbindungen zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht niedriger als die Konzentration von Trägern in einigen oder allen verbleibenden Teilen der Stromsperrschicht. Ein solcher anderer Teil stellt sicher, dass der Stromverschmälerungseffekt der Stromsperrschicht aufrechterhalten wird, selbst wenn das Ätzen an den Verbindungen zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht und der p-Typ vergrabenen Plattierungs während des thermischen Reinigungsprozesses unterdrückt wird. Als Folge sind die in solchen Verbindungen erzeugten Höhlungen kleiner als die Höhlungen in herkömmlichen Halbleiterlasern, was den Schwellenstrom senkt und den Steilheitswirkungsgrad erhöht, um dadurch die Lasereigenschaften zu verbessern. Da es diese verbesserte Leistung ermöglicht, einen hohen Ausgang mit einem niedrigeren Strom zu erzielen, wird auch die Zuverlässigkeit verbessert.
Es ist nicht klar, wie die obige Verringerung in der Größe der Höhlungen erreicht wurde, aber man glaubt, dass dies aus der folgenden Aktion resultiert.
Der Bereich der Stromsperrschicht nahe der Unterseite, die die Oberseite der p-Typ Plattierungs-Basisschicht berührt, hat eine relativ hohe Konzentration an n-Typ Trägern. Während des thermischen Reinigens unterliegen die Träger einer Wärmezerstreuung, und PN-Übergänge treten zwischen den bewegten Trägern auf. Als Folge wird eine Verarmungsschicht an der Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht und der Stromsperrschicht gebildet. Ladung baut sich in dieser Verarmungsschicht auf, und da die Schicht der Gasatmosphäre (z.B. Phosphin) ausgesetzt wird, tritt eine elektrochemische Reaktion auf, und die Stromsperrschicht wird in der Horizontalrichtung geätzt.
In der Stromsperrschicht der vorliegenden Erfindung ist die Konzentration von Trägern in der Stromsperrschicht nahe der Grenzfläche mit der p-Typ Plattierungs-Basisschicht und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht niedriger als ein Teil oder das Ganze des übrigen Bereiches in der Stromsperrschicht. Als Folge wird die Verarmungsschicht verringert und weniger elektrochemische Reaktion findet mit der umgebenden Gasatmosphäre während der thermischen Reinigung statt, während die Stromsperrwirkung durch die Teile mit der Stromsperrschicht mit der höheren Konzentration von Trägem aufrechterhalten wind. Man beachte, dass, wenn die Konzentration von Trägern in der ganzen Stromsperrschicht konstant ist, das Festlegen einer niedrigeren Konzentration von Trägern ebenso in weniger elektrochemischer Reaktion während der thermischen Reinigung resultieren wird, obwohl eine solche Stromsperrschicht den Stromfluss in dem Halbleiterlaser nicht effektiv verschmälern wird.
2 zeigt die Ergebnisse einer Untersuchung der Beziehung zwischen der Konzentration von n-Typ Trägern in dem Teil der Stromsperrschicht, der sich nahe der Oberseite der p-Typ Plattierungs-Basissicht befindet, um dem Ausmaß, in dem Ätzen stattfindet. Die schwarzen Kreise in 2 geben Messungen der Ätzgeschwindigkeit an, während die feste Linie die optimale Kurve zeigt. Dieses Experiment wurde für die erste Ausführung der vorliegenden Erfindung durchgeführt, wo die Ätzgeschwindigkeit gemessen wird, während die Konzentration von n-Typ Trägern in dem Teil der Stromsperrschicht, der sich nahe Oberseite der p-Typ Plattierungs-Basisschicht befindet, in dem als 0 bis 1*10¹⁸ cm^–3 gegebenen Bereich variiert. Man beachte, dass die Werte in 3, die die Konzentration von Trägern ausdrücken, Konzentrationen in den zum Bilden der verschiedenen Schichten benutzten Materialien sind und entsprechend einem C-V-Verfahren gemessen wurden.
Wie in 2 gezeigt ist die Ätzgeschwindigkeit umso langsamer je niedriger die Konzentration von n-Typ Trägern in dem Teil der Stromsperrschicht nahe der Oberseite der p-Typ Plattierungs-Basisschicht ist, wobei die Ätzgeschwindigkeit praktisch null ist, wenn die Konzentration von Trägern 1*10¹⁷ cm^–3 oder weniger beträgt.
Diese Ergebnisse zeigen, dass eine Verringerung in der Konzentration von Trägern in einem Teil der Stromsperrschicht nahe der Grenzfläche mit der p-Typ Plattierungs-Basisschicht und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht wirksam beim Verringern der Größe der Höhlungen ist. Da die Ätzgeschwindigkeit praktisch null ist, wenn die Konzentration von Trägern 1*10¹⁷ cm^–3 oder weniger in dem Teil der Stromsperrschicht nahe der p-Typ Plattierungs-Basisschicht beträgt, beseitigt das Festlegen der Konzentration von Trägern in diesem Bereich die Höhlungen fast vollständig aus der Struktur. Man beachte, dass diese Konzentration von Trägern nicht die Konzentration in dem letztlich hergestellten Halbleiterlaser ist, sondern der Wert vor der thermischen Reinigung ist, obwohl dieser im Wesentlichen der gleiche sein wird wie die Konzentration in dem fertigen Produkt.
Hier kann die Stromsperrschicht eine erste Schicht umfassen, die die p-Typ Plattierungs-Basisschicht berührt, und eine zweite Schicht, die oben auf der ersten Schicht bereitgestellt wird, wobei eine Konzentration von n-Typ Trägern in der ersten Schicht N1 ist, und eine Konzentartion von n-Typ Trägern in der zweiten Schicht N2 ist.
Bei dieser Struktur hat die erste der zwei Schichten eine niedrige Konzentration von Trägern, was das Ätzen während der thermischen Reinigung unterdrückt. Die zweite der zwei Schichten hat eine hohe Konzentration von Trägern und sperrt so den Fluss von Strom.
Die erste Schicht kann hier eine andere Zusammensetzung als die zweite Schicht aufweisen.
In einem Halbleiterlaser mit der obigen Konstruktion wird die Verteilung von Trägern während der thermischen Reinigung durch die Hetero-Grenzfläche zwischen der ersten und zweiten Schicht unterdrückt. Die Bildung einer Verarmungsschicht an der Grenzfläche mit der p-Typ Plattierungs-Basisschicht infolge der Wirkungen von zerstreuten Trägern wird daher unterdrückt, sodass eine Ätzung wirkungsvoller verhindert werden kann.
Die erste Schicht und die zweite Schicht können hier aus einer Vielzahl von Unterschichten bestehen, die wenigstens zwei verschiedene Zusammensetzungen aufweisen.
In einem Halbleiterlaser mit der obigen Konstruktion wird die Zerstreuung von Trägern während der thermischen Reinigung durch die Hetero-Grenzflächen zwischen den Unterschichten in der ersten oder zweiten Schicht unterdrückt. Die Bildung einer Verarmungsschicht an der Grenzfläche mit der p-Typ Plattierungs-Basisschicht infolge der Wirkungen von zerstreuten Trägern wird daher unterdrückt, sodass eine Ätzung wirksamer verhindert werden kann.
In Anspruch 4 bedeutet die Feststellung, dass die Unterschichten "verschiedene Zusammensetzungen" haben, nicht einfach, dass es verschiedene Konzentrationen von Verunreingungen gibt, sondern kann auch bedeuten, dass es verschiedene Metalle in den betreffenden Zusammensetzungen gibt oder dass die Zusammensetzungen unterschiedliche Anteile der gleichen Metalle enthalten.
Die zweite Schicht kann hier mit einer p2 Konzentration von p-Typ Trägern und einer n2 (wo n2>p2) Konzentration von n-Typ Trägern ko-dotiert werden, und n2 und p2 können so festgelegt werden, dass n2–p2=N2.
In einem Halbleiterlaser mit der angegebenen Konstruktion wird die Zerstreuung von Trägern während der thermischen Reinigung in der zweiten Schicht verhindert. Die Bildung einer Verarmungsschicht an der Grenzfläche mit der p-Typ Plattierungs-Basisschicht infolge der Wirkungen von zerstreuten Trägern wird daher unterdrückt, sodass eine Ätzung wirksamer verhindert werden kann.
Aus einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren bereit, das umfasst:

einen ersten Prozess zum aufeinanderfolgenden Bilden einer n-Typ Plattierungsschicht mit n-Typ Leitfähigkeit, einer Aktivschicht und einer p-Typ Plattierungs-Basisschicht mit p-Typ Leitfähigkeit aufeinander, vor dem Bilden einer Stromsperrschicht, die n-Typ Leitfähigkeit aufweist, auf spezifizierten Teilen einer Oberseite der p-Typ Plattierungs-Basisschicht;
einen zweiten Prozess;
einen dritten Prozess zum Bilden, nachden der zweite Prozess geendet hat, einer p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht, die p-Typ Leitfähigkeit aufweist, um die Stromsperrschicht zu bedecken und übrige Teile der Oberseite der p-Typ Plattierungs-Basisschicht zu berühren,
wobei der erste Prozess umfasst:
einen ersten Unterprozess zum Bilden einer Zone der Stromsperrschicht, die angrenzend ist an die Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht mit einer Konzentration (nachstehend "N1") von n-Typ Trägern, und
einen zweiten Unterprozess zum Bilden einer anderen Zone in wenigstens einem Teil der Stromsperrschicht mit einer Konzentration (nachstehend "N2") von n-Typ Trägern, wo N1 < N2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Prozess die Stromsperrschicht bildet, die entweder aus Al_0.5In_0.5P oder (Al_xGa_1–x)_0.5 In_0.5P besteht, wo 0.7<x<1, und
der zweite Prozess zum Durchführen einer thermischen Reinigung in Anwesenheit eines spezifizierten Gases ist, nachdem der erste Prozess geendet hat.

In einem durch das angegebene Herstellungsverfahren hergestellten Halbleiterlaser ist die Konzentration von Trägern in der Stromsperrschicht nahe den Verbindungen zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht niedriger als die Konzentration von Trägern in einem Teil oder dem Ganzen eines verbleibenden Teils der Stromsperrschicht. Ein solcher anderer Teil stellt sicher, dass der Stromverschmälerungseffekt der Stromsperrschicht aufrechterhalten wird, selbst wenn das Ätzen an den Verbindungen zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht während des thermischen Reinigungsprozesses unterdrückt wird. Als Folge sind die in solchen Verbindungen erzeugten Höhlungen kleiner als die Höhlungen in herkömmlichen Halb-leiterlasern, was den Schwellenstrom senkt und den Ersatzwirkungsgrad erhöht, um dadurch die Lasereigenschaften zu verbessern. Da es diese verbesserte Leistung ermöglicht, einen hohen Ausgang mit einem niedrigeren Strom zu erzielen, wird auch die Zuverlässigkeit verbessert.
Hier kann der erste Prozess die Stromsperrschicht durch Bilden einer ersten Schicht erzeugen, die die p-Typ Plattierungs-Basisschicht berührt, und einer zweiten Schicht oben auf der ersten Schicht, wobei eine Konzentration von n-Typ Trägern in der ersten Schicht N1 und in der zweiten Schicht N2 ist.
Das genannte Herstellungsverfahren erzeugt eine Struktur, wo die erste der zwei Schichten eine niedrige Konzentration von Trägern hat, was das Ätzen während der thermischen Reinigung unterdrückt. Die zweite der zwei Schichten hat eine hohe Konzentration von Trägern und sperrt so den Fluss von Strom.
Es ist vorzuziehen, dass die Werte 0cm^–3 <= N1 <=10¹⁷ cm^–3 und N2 > 10¹⁷ cm^–3 verwendet werden.
Der erste Prozess kann hier die erste Schicht aus einer anderen Zusammensetzung von Materialien bilden als die zweite Schicht.
In einem mit dem angegebenen Herstellungsverfahren hergestellten Halbleiterlaser wird die Zerstreuung von Trägern während der thermischen Reinigung durch die Hetero-Grenzfläche zwischen der ersten oder zweiten Schicht unterdrückt. Die Bildung einer Verarmungsschicht an der Grenzfläche mit der p-Typ Plattierungs-Basisschicht infolge der Wirkungen von zer streuten Trägern wird daher unterdrückt, sodass eine Ätzung wirksamer verhindert werden kann.
Hier kann der erste Prozess die erste Schicht oder die zweite Schicht durch Bilden von Unterschichten aus wenigstens zwei verschiedenen Zusammensetzungen von Materialien erzeugen.
In einem mit dem angegebenen Herstellungsverfahren erzeugten Halbleiterlaser wird die Zerstreuung von Trägern während der thermischen Reinigung durch die Hetero-Grenzflächen zwischen den Unterschichten in der ersten und zweiten Schicht unterdrückt. Die Bildung einer Verarmungsschicht an der Grenzfläche mit der p-Typ Plattierungs-Basisschicht infolge der Wirkungen von zerstreuten Trägern wird daher unterdrückt, sodass eine Ätzung wirksamer verhindert werden kann.
Der erste Prozess kann hier die zweite Schicht mit einer p2 Konzentration von p-Typ Trägern und einer n2 (wo n2>p2) Konzentration von n-Typ Trägern ko-dotieren, wo N2=(n2–p2).
In einem mit dem angegebenen Herstellungsverfahren erzeugten Halbleiterlaser wird die Zerstreuung von Trägern während der thermischen Reinigung in der zweiten Schicht verhindert. Die Bildung einer Verarmungsschicht an der Grenzfläche mit der p-Typ Plattierungs-Basisschicht infolge der Wirkungen von zerstreuten Trägern wird daher unterdrückt, sodass eine Ätzung wirksamer verhindert werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aufaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich werden, die eine spezifische Ausführung der Erfindung veranschaulichen. Man sollte zur Kenntnis nehmen, dass das erste und zweite Beispiel Beispiele sind, die für das Verstehen der Erfindung nützlich sind. Inhalt der Zeichnungen:
1 zeigt einen Querschnitt eines Halbleiterlaser LS1, der eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Konzentration von Trägern in dem Teil der Stromsperrschicht, der die p-Typ Plattierungs-Basisschicht berührt, und der Ätzgeschwindigkeit zeigt.
3 ist eine Grafik, die Kennlinien des Strom-Licht-Ausgangs des Halbleiterlasers LS1 zeigen.
4 ist eine Schrittzeichnung, die die Konstruktion des Halbleiterlasers LS2 in der zweiten Ausführung zeigt.
5 ist eine Schnittzeichnung, die die Konstruktion des Halbleiterlasers LS3 in einem ersten Beispiel zeigt.
6 ist eine Zeichnung, die die Wirkung des Halbleiterlasers LS4 in einem zweiten Beispiel zeigt.
7 ist eine Schnittzeichnung, die die Konstruktion eines herkömmlichen Halbleiterlasers zeigt.
8 zeigt eine Übersicht der Prozedur, die bei der Herstellung eines RISA-Typ Halbleiterlasers der herkömmlichen Technik und der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Das Folgende beschreibt zwei bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung mit Ver- weis auf die beiliegenden Zeichnungen.
Erste Ausführung
1 zeigt einen Querschnitt eines Halbleiterlasers LS1, der eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung ist. Komponenten, die die gleichen wie die in 7 gezeigten sind, sind mit den gleichen Verweiszeichen versehen.
Wie in 1 gezeigt besitzt der Halbleiterlaser LS1 ein GaAs Substrat 1, auf dem eine n-Typ GaAs Pufferschicht 2, eine n-Typ Plattierungsschicht 3 aus (Al_xGa_1–x)_yIn_1–yP (wo x=0.7, y=0,5), eine Aktivschicht 4, eine p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 aus (Al_xGa_1–x)_yIn_1–yP (wo x=0.7, y=0.5) und eine Stromsperrschicht 13 nacheinander in der angegebenen Reihenfolge gebildet sind. Entlang der Mitte der Stromsperrschicht 13 ist ein Streifen geätzt. Darüber sind eine p-Typ vergrabene Plattierungsschicht 7, bestehend aus (Al_xGa_1–x)_yIn_1–yP (wo x=0.7, y=0.5), eine ohmische Kontaktschicht 8 aus p-Typ Ga_0.5In_0.5P, um den Kontaktwiderstand mit der Elektrode zu senken, und eine Deckschicht 9 aus p-Typ GaAs, um den Kontaktwiderstand weiter zu senken und Wärme abzuleiten (d.h. sie wirkt als Wärmesenke), in der angegebenen Reihenfolge gebildet. Eine p-Typ Elektrode 10 ist auf der Deckschicht 9 gebildet, während eine n-Typ Elektrode 11 auf der Rückseite des n-Typ GaAs Substrats 1 gebildet ist.
Das n-Typ GaAs Substrat 1 besitzt eine (100) ausgerichtete Kristalloberfläche mit einer 10° Fehlausrichtung in Richtung einer (011) Richtung.
Die Pufferschicht 2 wird bereitgestellt, da das Bilden der n-Typ Plattierungsschicht 3 direkt auf dem n-Typ GaAs Substrat 1 in der n-Typ Plattierungsschicht 3 resultieren würde, die Kristalldefekte in dem n-Typ GaAs Substrat 1 widerspiegelt. Diese Defekte werden durch die Pufferschicht 2 absorbiert.
Die Aktivschicht 4 ist eine dünne Schicht, die aus einer lichtemittierenden Schicht 40 und Führungsschichten 41 besteht, die beide auf beiden Seiten (d.h. über und unter) der lichtemittierenden Schicht 40 bereitgestellt werden. Die lichtemittierende Schicht 40 besteht aus einer vorbestimmten Dicke, z.B. 5 nm, von (Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P als eine Barriereschicht und zwei Wannenschichten aus einer vorbestimmten Dicke, z.B. 6 nm, von Ga_0.43In_0.57N, die jeweils über und unter der Barriereschicht bereitgestellt werden. Die Führungsschichten 41 bestehen aus einer vorbestimmten Dicke (z.B. 50 nm) von (Al_0.5Ga_0.5)_0.5In_0.5P, das positioniert ist, um die zwei Wannenschichten zu berühren, deren Brechungsindex für Laserlicht niedriger als der der Aktivschicht 4 ist. Bei Raumtemperatur beträgt die Schwingungswellenlänge für diesen Laser 660 nm.
Die p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 ist eine dünne Schicht mit einer flachen Oberfläche.
Die p-Typ vergrabene Plattierungsschicht 7 ist eine dünne Schicht, die die schrägen Seiten und Spitzen der Stromsperrschicht 13 bedeckt und in der Rille 13c eingebettet ist, die zwischen dem linken und rechten Teil der Stromsperrschicht 13 gebildet ist.
Die p-Typ Elektrode 10 besteht aus den folgenden drei Metallschichten in der Reihenfolge ihrer Nähe zu der Deckschicht 9: ein Chromschicht einer spezifizierten Dicke, z.B. 50 nm; eine Goldschicht einer spezifizierten Dicke, z.B. 500 nm, und einer Platinschicht einer spezifierten Dicke, z.B. 100 nm.
Die n-Typ Elektrode 11 besteht aus den folgenden drei Metallschichten in der Reihenfolge ihrer Nähe zu dem n-Typ GaAs Substrat 1: eine Nickelschicht einer spezifizierten Dicke, z.B. 50 nm; eine Germaniumschicht einer spezifizierten Dicke, z.B. 50 nm, und einer Goldschicht einer spezifizierten Dicke, z.B. 50 nm.
Die Stromsperrschicht 13 ist eine dünne Schicht, die auf der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5, jedoch nicht in ihrer Mitte, gebildet ist. Diese Stromsperrschicht 13 schneidet den Abwärts-Fluss von Strom von den äußeren Teilen der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 ab, um dadurch den Bereich der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7, durch den Strom fließen kann, einzuschränken.
In einem Halbleiterlaser mit der obigen Konstruktion werden Löcher von der P-Typ Elektrode 10 geliefert, und Elektronen werden von der n-Typ Elektrode 11 geliefert. Die Aktivschicht 4 bildet einen PN-Übergang, sodass eine lichterzeugende Schwingung stattfindet.
Das in der Aktivschicht 4 erzeugte Licht wird durch die aus der n-Typ Plattierungsschicht 3, der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 bestehende Struktur eingesperrt und durch stimulierte Emission in Laserlicht verstärkt. Dieses Laserlicht wird entlang den Führungsschichten 41 der Aktivschicht 4 nach außen geführt. Das Einsperren von Licht durch Bilden der Schichten über und unter der Aktivschicht 4 aus Materialien mit einem niedrigeren Brechungsindex für Licht ist eine herkömmliche Technik und wird daher hier nicht im Einzelnen beschrieben.
Da die Stromsperrschicht 13 aus einem Material gebildet ist, dessen Brechungsindex für Laserlicht niedriger ist als diejenigen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7, breitet sind das meiste des durch die Aktivschicht 4 emittierten Laserlichts zu der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 aus und wird so durch die p-Typ vergrabene Plattierungsschicht 7 und die n-Typ Plattierungsschicht 3 eingesperrt. Diese Einsperrungsaktion verbessert die Schwellenstromeigenschaften des Halbleiterlasers und macht Laseremission mit einem niedrigeren Betriebsstrom möglich.
Das Bereitstellen der Stromsperrschicht 13 hat eine weitere Wirkung, weil der Stromweg zwischen der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 und der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 verschmälert wird, wodurch der Fluss von Strom in die mittlere Lücke konzentriert wird. Da die PN-Übergänge im mittleren Teil der Aktivschicht 4 konzentriert sind, kann Laserlicht unter Verwendung eines niedrigeren Betriebsstromes emittiert werden.
Da jedoch das Verschmälern des Stromweges zur Folge hat, dass Licht hauptsächlich im mittleren Teil der Aktivschicht 4 emittiert wird, muss der Laser so konstruiert sein, dass sich das emittierte Laserlicht zu einem bestimmten Grad horizontal ausbreitet, um den Lateralmodus des Laserlichts zu vereinheitlichen.
Zusätzlich zu dem Wirken, das durch die Aktivschicht 4 emittierte Laserlicht in der Vertikalrichtung einzusperren, fungiert die p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5, die so gebildet ist, dass sie die ganze obere Oberfläche der Aktivschicht 4 bedeckt, um den Lateralmodus des Laserlichts zu vereinheitlichen, indem sie dem Licht ermöglicht, sich in der Horizontalrichtung auszubreiten.
Das Folgende ist eine ausführliche Beschreibung der Stromsperrschicht 13, die die Krux der vorliegenden Erfindung bildet.
Die Stromsperrschicht 13 ist aus einer ersten Schicht 13a, die oben auf der p-Typ Planierungs-Basisschicht 5 gebildet ist, und einer zweiten Schicht 13b gebildet, die oben auf der ersten Schicht 13a gebildet ist. Diese zweite Schicht 13b wirkt, um den Abwärts-Fluss von Strom von der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 wirksam abzuschneiden. Die charakteristischen Merkmale der Stromsperrschicht 13 werden später im Detail in dieser Beschreibung beschrieben.
Die erste Schicht 13a ist undotiert und besteht aus einer spezifizierten Dicke, z.B. 300 nm, von Al_0.5In_0.5P, dessen Brechungsindex niedriger ist als diejenigen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7. Die zweite Schicht 13b ist n-Typ und besteht auch als einer spezifizierten Dicke, z.B. 300 nm, von Al_0.5In_0.5P, dessen Brechungsindex niedriger ist als diejenigen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7.
Um die oben beschriebene isolierender Wirkung zu haben, wird die Konzentration von n-Typ Trägern (Elektronen) in der zweiten Schicht 13b auf 1*10¹⁸cm^–3 festgelegt. Durch Festlegen der Konzentration von Trägern in dieser Weise werden sich Träger (Löcher) von äußeren Teilen der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 mit in der zweiten Schicht 13b vorhandenen Trägern (Elektronen) kombinieren. Dies beseitigt die Löcher, sodass die Stromwege, die von der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 zu der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 über die Stromsperrschicht 13 verlaufen, wirksam abgeschnitten werden. Wenn die Konzentration von Trägern in der zweiten Schicht 13b zu niedrig ist, kann der Erhitzungsprozess, der dem Bilden der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 folgt, zur Folge haben, dass Träger (Löcher) in der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7, die entgegengesetzte Polarität zu den Trägern in der zweiten Schicht 13b haben, in die zweite Schicht 13b zerstreut werden. Dies würde die Konzentration von n-Typ Trägern in der zweiten Schicht 13b verringern und die Wirkung der zweiten Schicht 13b, den Stromweg zu verschmälern, kleiner machen. Folglich sollte eine Konzentration von mehr als 1*10¹⁷cm^–3 verwendet werden, wobei eine Konzentration von wenigstens 1*10¹⁸cm^–3 vorzuziehen ist.
Da die erste Schicht 13a undotiert ist, fängt sie keine Träger ein wie die zweite Schicht 13b. Die erste Schicht 13 dient jedoch einem anderen und wichtigen Zweck, der für die vorliegende Erfindung charakeristisch ist.
Der Halbleiterlaser der beschriebenen Konstruktion wird entsprechend der in 8 gezeigten Prozedur hergestellt. In dieser Prozedur werden die n-Typ Pufferschicht 2, die n-Typ Plattierungsschicht 3 ... usw. nacheinander oben auf dem n-Typ GaAs Substrat 1 entsprechend einem MOVPE-Verfahren gebildet. Dabei werden spezifizierte Mengen bestimmter Verunreinigungen eingebracht, um die Konzentration von Trägern in jeder Schicht zu bestimmen. Dabei wird das Material, das jede Schicht bildet, verändert.
Nachdem die Stromsperrschicht 13 oben auf der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 gebildet ist und bevor die p-Typ vergrabene Plattierungsschicht 7 eingebettet wird, wird eine thermische Reinigung durchgeführt, um Verunreinigungen zu entfernen, die auf der Oberfläche der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 vorhanden sind.
Wenn eine herkömmliche Stromsperrschicht hergestellt wird, wird der Rand der unteren Oberfläche der Stromsperrschicht, der die obere Oberfläche der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 berührt, der Gasphasenätzung in der Horizontalrichtung durch die bei dem thermischen Reinigen verwendete Gasumgebung (z.B. Phosphin) unterworfen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch der Teil der Stromsperrschicht, der die p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 berührt, die undotierte erste Schicht 13a. Diese begrenzt die Gasphasenätzung der Stromsperrschicht 13.
Als Ergebnis wird der Halbleiterlaser LS1, der schließlich hergestellt wird, kleinere Höhlungen an den Verbindungen zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5, der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 und der Stromsperrschicht 13 aufweisen als ein herkömmlicher Laser. Dieses Ergebnis wird bestätigt, wenn ein Querschnitt des Halbleiterlasers LS1 unter einem Mikroskop betrachtet wird.
Die Ergebnisse einer Untersuchung der Strom-Licht-Emissionscharakteristik des Halbleiterlasers LS1 werden in 3 gezeigt. Man beachte, dass diese Ergebnisse für den Fall sind, wo jede Schicht die in Tabelle 1 gezeigte Dicke und Trägerkonzentration besitzt. Linie A in 3 zeigt die Charakteristik des Halbleiterlasers der vorliegenden Erfindung, während Linie B die Charakteristik eines herkömmlichen Halbleiterlasers als ein Vergleichsbeispiel zeigt.
Tabelle 1
Man beachte, dass die Werte in Tabelle 1, die die Konzentration von Trägern zeigen, für die Materialien, die benutzt werden, um die Schichten in der vorliegenden Erfindung zu bilden, gelten und durch Messungen erhalten wurden, die mit einem C-V-Verfahren gemacht wurden.
Wie aus 3 zu erkennen ist, hat der Halbleiterlaser der vorliegenden Ausführung einen niedrigeren Oszillations-Schwellenstrom und einen besseren Ersatzwirkungsgrad als ein her kömmlicher Halbleiterlaser. Der Grund ist, dass, wenn die p-Typ vergrabene Plattierungsschicht 7 der vorliegenden Ausführung gebildet wird, es keine Teile der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 geben wird, wo Kristallwachstum nicht voranschreiten kann. Der Wellenleitungsverlust wird verringert, wodurch die Eigenschaften des Halbleiterlasers verbessert werden.
Man beachte, dass, während die obige Erklärung darlegt, dass die erste Schicht 13a undotiert ist, dies nicht als eine Begrenzung der vorliegenden Erfindung angesehen werden sollte, natürlich vorausgesetzt, dass solches Dotieren die Verringerung in der Größe der Höhlun gungen nicht beeinflusst, die herkömmlich an den Verbindungen zwischen der p-Typ Plattierungsschicht 5, der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 und der Stromsperrschicht 13 erzeugt werden. Die Ätzgeschwindigkeit hängt von der Konzentration von Trägern ab, und die oben beschriebene Wirkung (die mit einer herkömmlichen Stromsperrschicht mit einer gleichmäßigen Konzentration von Trägern nicht möglich ist) kann nur erzielt werden, wenn die erste Schicht 13a eine niedrigere Trägerkonzentration aufweist als die zweite Schicht 13b, was in dem obigen Beispiel unter 1*10¹⁸cm^–3 bedeutet. Eine Konzentration von nicht größer als 1*10¹⁷cm^–3, wo, wie in 2 gezeigt, die Ätzgeschwindigkeit fast null erreicht, ist vorzuziehen.
Während die oben beschriebene Stromsperrschicht 13 eine Zweischicht-Zusammensetzung bestehend aus der ersten Schicht 13a und der zweiten Schicht 13b aufweist, ist diese keine Einschränkung für die vorliegende Ausführung. Es genügt, dass die Teile der Stromsperrschicht, die sich nahe der Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht befinden, undotiert sind, wobei einige oder alle anderen Teile der Stromsperrschicht 13 eine hohe Konzentration von n-Typ Trägern aufweisen. Wenn eine solche Konstruktion verwendet wird, kann die Stromsperrschicht 13 unter Verwendung eines undotierten Materials und eines dotierten Materials gebildet werden. Wenn eine Zone von hoher Trägerkonzentration in der Stromsperrschicht erzeugt wird, muss eine solche Zone in einer bandartigen Form fast über die ganze Stromsperrschicht 13 bereitgestellt werden und einen gegebenen Bereich bedecken, wenn die Zone eine Stromsperrwirkung haben soll.
Auf diese Weise können, während die obige Beschreibung darlegt, dass die erste Schicht 13a und die zweite Schicht 13b beide aus Al_0.5In_0.5P gebildet sind, die gleichen Wirkungen erhalten werden, wenn stattdessen (Al_xGa_1–x)_yIn_1–xP (wo 0.7 < x < 1, Y =0.5) verwendet wird.
Schließlich ist es nicht erforderlich, dass die erste Schicht 13a und die zweite Schicht 13b der Stromsperrschicht 13 aus der gleichen Zusammensetzung von verunreinigungsfreien Metallelementen gebildet werden. Diese Schichten können aus Verbundstoffen mit verschiedenen Anteilen der gleichen Metallemente oder Verbundstoffen gebildet sein, die verschiedene Metallelemente enthalten. In diesem Fall kann die Zerstreuung von Trägern von der zweiten Schicht 13b an der Hetero-Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 13a und der zweiten Schicht 13b während der thermischen Reinigung gestoppt werden. Die Bildung einer Verarmungsschicht an der Grenzfläche mit der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 durch die in der ersten Schicht 13a zerstreuten Träger kann verhindert werden, und das Ätzen kann unterdrückt werden. Man beachte, dass die Zerstreuung von Trägern unter Verwen dung der in der zweiten Ausführung unten beschriebenen Technologie wirksamer unterdrückt werden kann.
Zweite Ausführung
Die zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der ersten Ausführung nur in der Zusammensetzung der ersten Schicht 13a. Die übrigen Teile sind die gleichen, sodass sich die folgende Beschreibung auf diesen Unterschied konzentrieren wird.
In dem Halbleiterlaser LS2 dieser Ausführung besitzt die erste Schicht 13a eine Vielschicht-Blockstruktur, die eine Anzahl von Hetero-Grenzflächen umfasst. Diese Hetero-Grenzflächen stoppen die Zerstreuung von Trägern, was wiederum die Bildung einer Verarmungsschicht an der Grenzfläche mit der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 infolge der Wirkung von zerstreuten Trägern unterbindet. Aus diese Weise wird das Ätzen wirksamer unterdrückt als in der ersten Ausführung.
Das Folgende beschreibt die Zusammensetzung des Halbleiterlasers LS2 in weiteren Einzelheiten.
4 ist eine Schnittzeichnung, die die Konstruktion des Halbleiterlasers LS2 zeigt. Bei dieser Struktur besteht eine erste Schicht 14 aus insgesamt dreißig Unterschichten 14a und 14b. Diese Unterschichten 14a und 14b sind abwechselnd angeordnet, wobei die der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 am nächsten gelegene Unterschicht eine Unterschicht 14a ist. Jede Unterschicht 14 ist aus einer spezifizierten Dicke, z.B. 5 nm, von undotiertem Al_0.5In_0.5P gebildet, während jede Unterschicht 14b aus einer spezifizierten Dicke, z.B. 5 nm, von undotiertem (Al_xGa_1–x)_yIN_1–yP (wo x=0.7, y=0.5) gebildet ist. Durch Bilden der ersten Schicht 14 in dieser Weise wird eine große Zahl von Hetero-Grenzflächen zwischen den Unterschichten 14a und 14b erzeugt, sodass die Zerstreuung von Trägern von der zweiten Schicht 13b in die erste Schicht 14 während der thermischen Reinigung wirksam unterdrückt werden kann. Der sich ergebende Halbleiterlaser LS2 der vorliegenden Ausführung weist daher noch kleinere Höhlungen an den Verbindungen zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5, der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 und der Stromsperrschicht 13 auf als die erste Ausführung, die selbst eine Verbesserung von herkömmlichen Halbleiterlasern ist.
Man beachte, dass, während diese Ausführung darlegt, dass nur die erste Schicht eine Vielschicht-Blockstruktur aufweist, die zweite Schicht ebenfalls eine Vielschicht-Bockstruktur aufweisen kann.
Die obige Beschreibung legt auch dar, dass die erste Schicht aus Unterschichten besteht, die aus Kombinationen von verschiedenen Metallelementen gebildet sind, aber dies ist keine Einschränkung, und die Unterschichten können aus Kombinationen der gleichen Metallelemente in verschiedenen Anteilen gebildet sein.
Schließlich, während die Beschreibung darlegt, dass die erste Schicht 14 aus zwei Arten von Unterschichten besteht, kann die erste Schicht 14 aus einer größeren Zahl von verschiedenen Arten von Unterschichten bestehen.
Erstes Beispiel
Dieses erste Beispiel, das nicht in den Umfang der Ansprüche fällt, aber zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, unterscheidet sich von der ersten Ausführung nur in der Zusammensetzung der zweiten Schicht 13b. Die übrigen Teile der Konstruktion sind gleich, sodass sich die folgende Beschreibung auf diesen Unterschied konzentrieren wird.
5 ist eine Schnittzeichnung, die die Konstruktion des Halbleiterlasers LS3 zeigt.
In dem Halbleiterlaser LS3 des vorliegenden Beispiels werden sowohl p-Typ als auch n-Typ Verunreinigungen in eine ko-dotierte Sperrschicht 15 dotiert, die der zweiten Schicht 13b der Stromsperrschicht 13 entspricht.
Die Zerstreuung von Trägern in Richtung der Grenzfläche zwischen der Stromsperrschicht 13 und der p-Typ-Plattierungs-Basisschicht 5 kann verhindert werden. Als Folge kann die Bildung einer Verarmungsschicht an der Grenzfläche mit der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der Stromsperrschicht 13 infolge der Wirkungen von zerstreuten Trägern verhindert werden, was bedeutet, dass das Ätzen wirksamer unterdrückt werden kann. Der sich ergebende Halbleiterlaser LS3 des vorliegenden Beispiels weist daher noch kleinere Höhlungen an den Verbindungen zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5, der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 und der Stromsperrschicht 13 auf als die erste Ausführung, die selbst eine Verbesserung von herkömmlichen Halbleiterlasern ist.
In diesem Beispiel ist die Konzentration von Trägern, die in die ko-dotierte Sperrschicht 15 dotiert werden, als 2*10¹⁸cm^–3 für die n-Typ Träger und 1*10¹⁸cm^–3 für die p-Tpy Träger angenommen. Die Konzentration von n-Typ Trägern wird aus dem folgenden Grund höher fest gelegt als die Konzentration von p-Typ Trägern. Wie früher beschrieben, muss die ko-dotierte Sperrschicht 15 als eine Stromsperrschicht fungieren und muss die umgekehrte Polarität (n) zu der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 haben. Indem die ko-dotierte Sperrschicht 15 in dieser Weise n-Typ gemacht wird, wird es eine 1*10¹⁸cm^–3 Überschusskonzentration von n-Typ Trägern in der ko-dotierten Sperrschicht 15 geben, und die p-Typ Träger und die n-Typ Träger werden sich in Kristallisationsorte teilen, um dadurch die Bewegung der jeweils anderen einzuschränken. In dieser Weise wird die Zerstreuung von Trägern während der Wärmebehandlung unterdrückt.
Zweites Beispiel
Dieses zweite Beispiel, das nicht in den Umfang der Ansprüche fällt, aber zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, unterscheidet sich von der ersten Ausführung nur in der Zusammensetzung der ersten Schicht. Die übrigen Teile der Konstruktion sind gleich, sodass sich die folgende Beschreibung auf diesen Unterschied konzentrieren wird.
In dem Halbleiterlaser des vorliegenden Beispiels ist die erste Schicht in der Stromsperrschicht aus p-Typ Al_0.5In_0.5P gebildet. Dies hat die Wirkung, dass die Stellen, wo eine Verarmungsschicht während der thermischen Reinigungsprozedur erzeugt wird, von der Grenzfläche der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der ersten Schicht 16 nach oben verschoben werden, was die Häufigkeit verringert, mit der die umgebende Gasatmosphäre mit der Verarmungsschicht in Berührung kommt. Dies macht es möglich, die elektrochemische Reaktion infolge des Kontaktes mit dem umgebenden Gas zu verringern, und unterdrückt die Bildung von Höhlungen an der Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der Stromsperrschicht 13 vollständig.
Wie in 7 gezeigt werden die Höhlungen 12 an der Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der Stromsperrschicht 6 nahe der Aktivschicht gebildet, wodurch Wellenleiterverlust verursacht wird. Man glaubt, dass es weniger Einfluss auf den Wellenleiterverlust geben würde, wenn die Höhlungen an einer höheren Stelle in der Struktur gebildet würden. Außerden, selbst wenn etwas Ätzen an der Grenzfläche zwischen der ersten und zweiten Schicht auftritt, wird Material auch den geätzten Teilen zugeführt, wenn die p-Typ vergrabene Plattierungsschicht 7 gebildet wird, sodass, wenn Kristallisation fortschreitet, keine Höhlungen übrig bleiben werden.
Das Folgende beschreibt diesen Effekt mit Verweis auf die Zeichnungen.
6 ist eine Schnittzeichnung, die einen Mittelpunkt in der Konstruktion eines Halbleiterlasers zeigt, der zum Beschreiben dieses Effektes verwendet werden wird.
In 6 ist die erste Schicht 16 p-Typ, sodass eine Verarmungsschicht 17 an der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 16 und der n-Typ zweiten 13b während der thermischen Reinigung gebildet wird. Dies bedeutet in der Tat, dass die Stelle, an der die Verarmungsschicht gebildet wird, von der Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der Stromsperrschicht 13 nach oben verschoben wird (die als A in 6 gezeigte Stelle). Da die Verarmungsschicht 17 an einer Stelle weg von der Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der Stromsperrschicht 13 gebildet wird, kommt die Verarmungsschicht weniger häufig in Kontakt mit der Gasatmosphäre (Phosphin oder dergleichen), die am Boden der in der Stromsperrschicht 13 gebildeten Rille zurückbleibt.
Man beachte, dass, während die obige Beschreibung darlegt, dass die Polarität der ersten Schicht 13a p-Typ ist, dies keine Einschränkung ist, und nur der Teil nahe der Grenzfläche der p-Typ Plattierungs-Basisschicht 5 und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht 7 p-Typ sein muss.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Form von Beispielen mit Verweis auf begleitende Zeichnungen ausführlich beschrieben wurde, ist zur Kenntnis zu nehmen, dass verschiedene Anderungen und Modifikationen für die Fachleute in der Technik ersichtlich sein werden. Sofern solche Änderungen und Modifikationen nicht vom Umfang der vorliegenden Erfindung abweichen, sollten sie daher als darin eingeschlossen angesehen werden.

Claims

Halbleiterlaser, der umfasst: eine n-Typ Plattierungsschicht (3), die n-Typ Leitfähigkeit besitzt; eine oben auf der n-Typ Plattierungsschicht gebildete Aktivschicht (4); eine p-Typ Plattierungs-Basisschicht (5), die oben auf der Aktivschicht gebildet ist und p-Typ Leitfähigkeit besitzt; eine Stromsperrschicht (13), die auf spezifizierten Teilen einer oberen Oberfläche der p-Typ Plattierungs-Basisschicht gebildet ist und n-Typ Leitfähigkeit besitzt, und eine p-Typ vergrabene Plattierungsschicht (7), die p-Typ Leitfähigkeit besitzt und so gebildet ist, dass sie die Stromsperrschicht bedeckt und verbleibende Teile der oberen Oberfläche der p-Typ Plattierungs-Basisschicht berührt, wobei die Stromsperrschicht wenigstens zwei Zonen (13a, 13b) mit unterschiedlichen Konzentrationen N1 und N2 von n-Typ Trägern aufweist, wo N1<N2, wobei eine Zone angrenzend an eine Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht die N1-Konzentration von n-Typ Trägern aufweist, und ein Teil oder das Ganze einer verbleibenden Zone der Stromsperrschichtzone die N2-Konzentration aufweist, und dadurch gekennzeichnet, dass die Stromsperrschicht entweder aus Al_0.5In_0.5P oder (Al_xGa_1–x)_0.5In_0.5P besteht, wo 0.7<x<1.
Halbleiterlaser nach Anspruch 1, wobei die Stromsperrschicht eine erste Schicht (13a), die die p-Typ Plattierungs-Basisschicht berührt, und eine zweite Schicht (13b) umfasst, die oben auf der ersten Schicht bereitgestellt ist, wobei eine Konzentration von n-Typ Trägern in der ersten Schicht N1 ist, und eine Konzentration von n-Typ Trägern in der zweiten Schicht N2 ist.
Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei die erste Schicht eine von der zweiten Schicht abweichende Zusammensetzung aufweist.
Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei die erste Schicht oder die zweite Schicht aus einer Vielzahl von Unterschichten (14a, 14b) besteht, die wenigstens zwei unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen.
Halbleiterlaser nach Anspruch 2, wobei die zweite Schicht mit einer p2-Konzentration von p-Typ Trägern und einer n2-Konzentration von n-Typ Trägern, wo n2>p2, ko-dotiert ist, und n2 und p2 so festgelegt sind, dass n2–p2=N2.
Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei 0cm^–3 <= N1 <= 10¹⁷cm^–3 und N2 > 10¹⁷cm^–3.
Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren, das umfasst: einen ersten Prozess zum aufeinanderfolgenden Bilden einer n-Typ Plattierungsschicht (3) mit n-Typ Leitfähigkeit, einer Aktivschicht (4) und einer p-Typ Plattierungs-Basisschicht (5) mit p-Typ Leitfähigkeit aufeinander, vor dem Bilden einer Stromsperrschicht (13), die n-Typ Leitfähigkeit aufweist, auf spezifizierten Teilen einer oberen Oberfläche der p-Typ Plattierungs-Basisschicht; einen zweiten Prozess; einen dritten Prozess zum Bilden, nachden der zweite Prozess geendet hat, einer p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht (7), die p-Typ Leitfähigkeit aufweist, um die Stromsperrschicht zu bedecken und übrige Teile der oberen Oberfläche der p-Typ Plattierungs-Basisschicht zu berühren, wobei der erste Prozess umfasst: einen ersten Unterprozess zum Bilden einer Zone der Stromsperrschicht, die angrenzend ist an die Grenzfläche zwischen der p-Typ Plattierungs-Basisschicht und der p-Typ vergrabenen Plattierungsschicht mit einer Konzentration N1 von n-Typ Trägern, und einen zweiten Unterprozess zum Bilden einer anderen Zone in wenigstens einem Teil der Stromsperrschicht mit einer Konzentration N2 von n-Typ Trägern, wo N1 < N2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Prozess die Stromsperrschicht bildet, die entweder aus Al_0.5In_0.5P oder (Al_xGa_1–x)_0.5 In_0.5P besteht, wo 0.7<x<1, und der zweite Prozess zum Durchführen einer thermischen Reinigung in Anwesenheit eines spezifizierten Gases ist, nachdem der erste Prozess geendet hat.
Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren nach Anspruch 7, wobei der erste Prozess die Stromsperrschicht durch Bilden einer ersten Schicht, die die p-Typ Plattierungs-Basisschicht berührt, und einer zweiten Schicht oben auf der ersten Schicht erzeugt, wobei eine Konzentration von n-Typ Trägern N1 in der ersten Schicht und N2 in der zweiten Schicht ist.
Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Prozess die erste Schicht aus einer von der zweiten Schicht abweichenden Zusammensetzung von Materialien bildet.
Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Prozess die erste Schicht oder die zweite Schicht durch Bilden von Unterschichten aus wenigstens zwei unterschiedlichen Zusammensetzungen von Materialien erzeugt.
Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Prozess die zweite Schicht mit einer p2-Konzentration von p-Typ Trägern und einer n2-Konzentration von n-Typ Trägern ko-dotiert, wo n2<p2 und N2=(n2–p2).
Halbleiterlaser-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüch 7 bis 11, wobei 0cm^–3 <= N1 <= 10¹⁷cm^–3 und N2 > 10¹⁷cm^–3.