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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine oberflächenemittierende
Halbleiterlaservorrichtung und insbesondere auf eine oberflächenemittierende
Halbleiterlaservorrichtung, die in der Lage ist, die Transversalmoden
eines oszillierenden Laserstrahls zu steuern.
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HINTERGRUNDTECHNIK
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Unlängst haben
Untersuchungen begonnen, um die Konstruktion von optischen Kommunikations-Netzwerken
großer
Kapazität
und die Konstruktion von optischen Daten-Kommunikationssystemen
zu verwirklichen, wie optische Verbindung und optischer Computerbetrieb.
Die Aufmerksamkeit richtet sich auf oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtungen,
die unter Verwendung eines GaAs-Substrats als ihre Lichtquelle hergestellt
werden.
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Die 1 zeigt
ein Beispiel A der grundlegenden Schicht-Struktur einer derartigen oberflächenemittierenden
Laservorrichtung.
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In
dieser Vorrichtung A wird eine untere Reflektorschicht-Struktur 2,
welche die Laminierung von alternierenden dünnen Schichten aus zum Beispiel
n-leitendem AlGaAs ist, die unterschiedliche Zusammensetzungen besitzen,
auf einem Substrat 1 ausgebildet, das aus zum Beispiel
n-leitendem GaAs gemacht ist. Ausgebildet in einer Reihenfolge auf
dieser unteren Reflektorschicht-Struktur 2 sind eine untere
Deckschicht 3a aus zum Beispiel i-leitendem AlGaAs, eine
lichtemittierende Schicht 4 mit einer Quantentopf-Struktur,
die aus GaAs/AlGaAs gebildet ist, und eine obere Deckschicht 3b aus
i-leitendem AlGaAs. Auf dieser oberen Deckschicht 3b ist
eine obere Reflektorschicht-Struktur 5 ausgebildet, welche
die Laminierung von alternierenden dünnen Schichten aus zum Beispiel
p-leitendem AlGaAs ist, die unterschiedliche Zusammensetzungen besitzen.
Dann ist eine p-leitende GaAs-Schicht 6 auf der obersten
Oberfläche
der oberen Reflektor schicht-Struktur 5 ausgebildet, die
dadurch die gesamte Schicht-Struktur
vollendet. Diese Schicht-Struktur ist bis wenigstens der oberen
Oberfläche
der unteren Reflektorschicht-Struktur 2 ausgeätzt und
eine säulenförmige Struktur
ist in dem Zentralbereich ausgebildet.
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Eine
obere Elektrode 7a aus zum Beispiel AuZn mit der Form eines
kranzförmigen
Rings ist in der Nähe
des peripheren Bereichs der oberen Oberfläche der GaAs-Schicht 6 in
der säulenförmigen Struktur
ausgebildet, die sich in der Mitte befindet. Eine untere Elektrode 7b aus
zum Beispiel AuGeNi/Au ist auf der hinteren Oberfläche des
Substrats 1 ausgebildet.
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Die
seitlichen Oberflächen
der säulenförmigen Struktur
in der gesamten Oberfläche
und jener periphere Bereich der Oberfläche der GaAs-Schicht 6,
die sich außerhalb
der oberen Elektrode 7a befindet, sind mit einem dielektrischen
Film 8 aus zum Beispiel Si3N4 beschichtet, so dass aus einer Teiloberfläche 6a der GaAs-Schicht 6 oder
dem inneren Bereich der oberen Elektrode 7a ein kreisförmiger Öffnungsbereich 6C wird, der
als ein Strahlenaustrittsfenster für den Laserstrahl dient. Die
Oberflächen
der oberen Elektrode 7a und der dielektrische Film 8 sind
mit einer Schicht aus zum Beispiel Ti/Pt/Au überzogen, die dadurch einen
Elektrodenzuleitungsblock 7c aus Ti/Pt/Au bilden.
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In
dieser Laservorrichtung A ist die unterste Schicht der oberen Reflektorschicht-Struktur 5 oder
eine Schicht 3c, die sich am nächsten zu der lichtemittierenden
Schicht 4 befindet, aus zum Beispiel p-leitendem AlAs ausgebildet.
Der äußere periphere
Bereich dieser AlAs-Schicht 3c ist ein nichtleitender Bereich 3d mit einer
planaren Form eines kranzförmigen
Rings und besteht im Wesentlichen aus Al2O3, das gebildet wird, indem selektiv nur
die AlAs-Schicht oxidiert wird. Das bildet eine Strom-Einschnürungs-Struktur
für die
lichtemittierende Schicht 4.
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Während die
obere Elektrode 7a und die untere Elektrode 7b dieser
Laservorrichtung A betrieben werden, kommt es zu einer Laseroszillation
in der lichtemittierenden Schicht 4 und der Laserstrahl
tritt durch die GaAs-Schicht 6 und oszilliert senk recht
nach oben zu dem Substrat 1 aus dem Oberflächenbereich 6a (dem Laserstrahl-Austrittsfenster),
wie durch den Pfeil angezeigt ist.
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Um
eine oberflächenemittierende
Halbleiterlaservorrichtung als die Lichtquelle eines optischen Übertragungssystems
aufzunehmen, ist es notwendig, die Transversalmoden des Laserstrahls
zu steuern, der aus der Laservorrichtung emittiert wird.
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Datenverkettung
unter Verwendung von zum Beispiel optischen Multimodefasern erfordert
als eine Lichtquelle eine Laservorrichtung, die stabil in einer
Transversalmode höherer
Ordnung oszilliert. Ein optisches Inter-Board-Übertragungssystem, das räumliche
Ausbreitung verwendet, und ein schnelles optisches Übertragungssystem,
das optische Einzelmodefasern verwendet, benötigen als eine Lichtquelle
eine Laservorrichtung, die in der fundamentalen Transversalmode
oszilliert. Herkömmlich
werden die Transversalmoden der oberflächenemittierenden Halbleiterlaservorrichtung
mit der oben beschriebenen Struktur durch Justierung der Abmessung
der Strom-Einschnürungs-Struktur
gesteuert, wie in der 1 gezeigt ist. Spezifisch wird
diese Steuerung durch Verändern
der Breite des kranzförmigen
Rings des nichtleitenden Bereichs 3d in der Form eines
kranzförmigen
Rings ausgeführt,
das die Abmessungen eines sich in dem Zentralbereich befindlichen Stromzuführungswegs 3e verändert, der
eine kreisförmige
planare Form besitzt. Zum Beispiel erfordert die Laservorrichtung,
die in der fundamentalen Transversalmode oszilliert, dass der Durchmesser
des Stromzuführungswegs 3e gleich
mit oder kleiner als etwa 5 μm
sein sollte.
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Das
Gestalten des Durchmessers des Stromzuführungswegs 3e bei
einem derart kleinen Wert erhöht möglicherweise
den Wiederstand der Laservorrichtung, die somit unerwünscht eine
höhere
Betriebsspannung erfordert.
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Eine
genaue Steuerung des Durchmessers des Stromzuführungswegs 3e in der
Größenordnung
von μm bedeutet
eine akkurate Steuerung der Breite des nichtleitenden Bereichs 3d,
d. h. der Oxidationsbreite der AlAs-Schicht 3c. Es ist
jedoch sehr schwer, die Oxidationsbreite in der Größenordnung
von μm zu
steuern. Das wird wahrscheinlich in einer Veränderung der Eigenschaften der hergestellten
Laservorrichtungen resultieren, die ein Problem in der Reproduzierbarkeit
aufwirft.
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In
dem Fall der Laservorrichtung, die in Multimoden oszilliert, erzeugt
ein Erhöhen
des Durchmessers des Stromzuführungswegs
ein Rauschen, das durch Schaltung der Transversalmoden zu dem Zeitpunkt
der Stromzufuhr verursacht wird, das somit die optischen Übertragungseigenschaften
senkt.
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Ein
herkömmlicher
oberflächenemittierender
Laser wird in der Veröffentlichung
Th04 von S. Shinada et al., "Ein
oberflächenemittierender
Laser mit Mikro-Strahleröffnung
für optische
Nahfeld-Datenspeicherung", Konferenz über Laser
und Elektrooptik 1999, 30. Aug.–03.
Sept. 1999, Seiten 618–619,
Seoul, Südkorea
offenbart.
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung
bereitzustellen, die einen neuartigen Steuerungsmechanismus für Transversalmoden
besitzt, der die zuvor genannten Probleme der herkömmlichen
oberflächenemittierenden
Halbleiterlaservorrichtungen überwinden
kann und der einfacher als die herkömmlichen Ausführungen
hergestellt wird.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Um
die obige Aufgabe gemäß der vorliegenden
Erfindung zu erzielen, wird eine oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung
bereitgestellt, die folgendes umfasst: ein Substrat; eine Schicht-Struktur
eines Halbleitermaterials, die auf dem Substrat ausgebildet ist
und eine lichtemittierende Schicht besitzt, die zwischen einer oberen
Reflektorschicht-Struktur und einer unteren Reflektorschicht-Struktur
bereitgestellt ist; eine obere Elektrode mit einer planaren Form
eines kranzförmigen
Rings, die oberhalb der oberen Reflektorschicht-Struktur ausgebildet
ist und einen innen bestimmten Öffnungsbereich
besitzt; und eine durchlässige Schicht,
die für
einen oszillierenden Laserstrahl durchlässig ist und einen Teil der
Oberfläche
des Öffnungsbereichs
abdeckt.
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Es
ist vorzuziehen, dass die durchlässige
Schicht aus wenigstens einer Schicht eines dielektrischen Films
besteht. Es ist ferner vorzuziehen, dass ein Stromzuführungsweg
in der Nähe
der lichtemittierenden Schicht ausgebildet sein sollte und dass
die Bildungsposition der durchlässigen
Schicht, die an dem Öffnungsbereich
ausgebildet ist, in der planaren Form des Stromzuführungswegs
eingeschlossen sein sollte. In der oberflächenemittierenden Halbleiterlaservorrichtung
kann die Schichtdicke der durchlässigen
Schicht mit dem (2i + 1)/4n-fachen der Oszillationswellenlänge des
oszillierenden Laserstrahls äquivalent
sein, worin n der Brechungsindex der durchlässigen Schicht und i eine ganze
Zahl ist. Alternativ wird die oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung
mit einem Metall-Film bereitgestellt, der auf der durchlässigen Schicht
ausgebildet ist, in der die Schichtdicke der durchlässigen Schicht
mit dem 2i/4n-fachen der Oszillations-Wellenlänge des oszillierenden Laserstrahls äquivalent
sein kann, worin n der Brechungsindex der durchlässigen Schicht und i eine natürliche Zahl
ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel A einer herkömmlichen
oberflächenemittierenden Halbleiterlaservorrichtung
zeigt;
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2 ist
eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel B1 einer oberflächenemittierenden
Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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3 ist
eine Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel B2 der oberflächenemittierenden
Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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4 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Si3N4-Film und eine Lackmaske darstellt, die
auf einer Schicht-Struktur ausgebildet wird, die auf einem Substrat
ausgebildet ist;
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5 ist
eine Querschnittsansicht, die eine säulenförmige Struktur abbildet, die
auf dem Substrat ausgebildet ist;
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6 ist
eine Querschnittsansicht, die einen Zustand abbildet, nachdem die
säulenförmige Struktur
in der 5 einer Oxidationsbehandlung unterworfen wurde;
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7 ist
eine Querschnittsansicht, die eine obere Elektrode und einen dielektrischen
Film darstellt, der auf der in der 6 gezeigten
Struktur ausgebildet wird;
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8 ist
ein Graph, der die Strom-Spannungs-Eigenschaften und die Strom-Optikausgabe-Eigenschaften
des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 1 zeigt;
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9 ist
ein Graph, der die Strom-Spannungs-Eigenschaften und die Strom-Optikausgabe-Eigenschaften
der Beispiele 2 und 3 und des Vergleichsbeispiels 2 zeigt;
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10 zeigt
Nahfeld-Muster der Beispiele 2 und 3 und des Vergleichsbeispiels
2, wenn der Betriebsstrom 7 mA beträgt; und
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11 zeigt
Nahfeld-Muster der Beispiele 2 und 3 und des Vergleichsbeispiels
2, wenn der Betriebsstrom 15 mA beträgt.
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DIE BESTE ART UND WEISE
DER AUSFÜHRUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
oberflächenemittierende
Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nach dem technischen Konzept der Steuerung der Transversalmoden
durch Verringern des Reflexionsgrades desjenigen Bereichs des Öffnungsbereichs
entworfen, der auf der oberen Reflektorschicht-Struktur ausgebildet ist,
worin keine Laseroszillation beabsichtigt ist (d. h. durch Verursachen
von Mehrfachreflexionen in diesem Bereich). Um dieses technische
Konzept zu erzielen, wird eine Schicht, die für die Oszillations-Wellenlänge eines
oszillierenden Laserstrahls durchlässig ist (hiernach einfach
als "durchlässige Schicht" bezeichnet), auf einem
Teil der Oberfläche
des Öffnungsbereichs
bereitgestellt, die als ein Strahlenaustrittsfenster für den Laserstrahl
dient.
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Die
durchlässige
Schicht kann aus verschiedenen Arten von Materialien in Verbindung
mit der Oszillations-Wellenlänge
des Laserstrahls gebildet werden. Ein vorzuziehendes Beispiel dieser
durchlässigen Schicht
ist ein dielektrischer Film, der aus einem typischen Dielektrikum
besteht, wie Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid,
Magnesiumoxid oder Magnesiumfluorid. Die durchlässige Schicht kann ferner aus
ITO (Indium-Zinn-Oxid)
gebildet sein. Bei der Verwendung von ITO kann diese durchlässige Schicht
als eine Elektrode dienen. Es sollte angemerkt werden, dass der
dielektrische Film eine Einzelschicht-Struktur oder eine Laminierungs-Struktur
besitzen kann, die aus zwei oder mehreren Schichten besteht.
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Eine
oberflächenemittierende
Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
anhand des Falles diskutiert, worin die durchlässige Schicht ein dielektrischer
Film ist. Die 2 zeigt ein Beispiel B1 der
oberflächenemittierenden
Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung und die 3 zeigt
ein weiteres Beispiel B2 davon.
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Die
Schicht-Strukturen dieser Vorrichtungen B1 und B2 sind die gleichen
wie diejenigen der in der 1 gezeigten
Vorrichtung A, mit der Ausnahme, dass ferner ein dielektrischer
Film auf der Oberfläche
des Öffnungsbereichs 6C ausgebildet
ist, das als das zuvor genannte Laserstrahlenaustrittsfenster 6a der
Vorrichtung A dient, so dass die planare Form der Laserstrahlenaustrittsfenster
der Vorrichtungen B1 und B2 sich von dem in der 1 unterscheiden.
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In
der Vorrichtung B1 wird ein dielektrischer Film 8A mit
einer planaren Form eines kranzförmigen Rings
auf dem Öffnungsbereich
ausgebildet, der sich innerhalb einer oberen Elektrode 7a befindet,
der dadurch ein neues Strahlenaustrittsfenster 6A mit einem
kleineren Durchmesser bildet, das eine kreisförmige planare Form besitzt.
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In
der Vorrichtung B2 ist ein dielektrischer Film 8B mit einer
kreisförmigen
planaren Form auf dem Zentralbereich einer GaAs-Schicht 6 ausgebildet,
der durch den Öffnungsbereich 6C nach
außen
ragt, der dadurch ein neues Strahlenaustrittsfenster 6B bildet,
das eine planare Form eines kranzförmigen Rings besitzt.
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Es
ist vorzuziehen, dass die Schichtdicke des dielektrischen Films 8A (8B)
in etwa ein Wert von λ × (2i +
1)/4n ist, worin λ die
Oszillations-Wellenlänge
des von den Vorrichtungen B1 (B2) emittierten Laserstrahls, n der
Brechungsindex des Dielektrikums, welches das Material für den dielektrischen
Film 8A (8B) ist, und i eine ganze Zahl ist, wie
0, 1, 2 oder dergleichen.
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Wenn
der dielektrische Film 8A (8B) mit der zuvor genannten
planaren Form und Schichtdicke auf der obersten Oberfläche ausgebildet
wird, dann senkt sich der effektive Reflexionsgrad der oberen Reflektorschicht-Struktur,
die sich direkt unterhalb des dielektrischen Films 8A (8B)
befindet. Als eine Folge kommt es nicht nur direkt unter dem dielektrischen
Film 8A (8B) zu einer Laseroszillation, so dass
die Transversalmoden gesteuert werden.
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Die
planare Form dieses dielektrischen Films ist nicht auf den oben
erwähnten
beschränkt,
sondern kann zu irgendeiner erwünschten
Form verändert
werden.
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Es
ist vorzuziehen, dass der dielektrische Film mit einer Schichtdicke
von λ × 2i/4n
gebildet wird, und dass ein Metall-Film aus Au, Ti, Cr oder dergleichen
auf dem dielektrischen Film ausgebildet wird, weil der Metall-Film
den Effekt der Verringerung des Reflexionsgrades fördert, so
dass eine Steuerung der Transversalmoden des Laserstrahls effektiver
dargelegt wird.
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Wie
der auf dem Öffnungsbereich 6C ausgebildete
dielektrische Film (durchlässige
Schicht) den zuvor genannten Effekt darlegt, ist es wünschenswert,
dass die Bildungsposition des dielektrischen Films in der planaren
Form des Stromzuführungswegs 3e eingeschlossen
ist, der die Laseroszillation in einer lichtemittierenden Schicht 4 reguliert.
Das geschieht, weil die Ausgestaltung den effektiven Reflexionsgrad
der oberen Reflektorschicht-Struktur 5, die sich direkt
unterhalb des dielektrischen Films befindet, in Bezug auf den Laserstrahl
sicherlich verringert, der durch den Stromzuführungsweg 3e oszilliert,
wobei dadurch die Zuverlässigkeit der
Steuerung der Transversalmoden verbessert wird.
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BEISPIELE
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(1) Strukturen der Laservorrichtungen
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Die
in der 2 gezeigte Laservorrichtung wurde auf die folgende
Art und Weise hergestellt. Man beachte, dass die Oszillations-Wellenlänge dieser
Laservorrichtung auf 850 nm ausgelegt ist.
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Eine
dünne Schicht
aus n-leitendem Al0,2Ga0,8As
mit einer Schichtdicke von 40 nm und eine dünne Schicht aus n-leitendem
Al0,9Ga0,1As mit
einer Schichtdicke von 50 nm wurden abwechselnd auf ein n-leitendes GaAs-Substrat 1 mittels
MOCVD mit einer Schicht vertauschter Zusammensetzung einer Schichtdicke
von 20 nm laminiert, die bei jeder Phasengrenze des Heteroübergangs
der beiden dünnen
Schichten dazwischen kam, wobei somit eine untere Reflektorschicht-Struktur 2 mit
30,5 Paaren von Mehrfachschichten gebildet wurde. Dann wurden eine
untere Deckschicht 3a (Schichtdicke von 97 nm) aus nicht-dotiertem
Al0,3Ga0,7As, eine lichtemittierende
Schicht 4 mit einer Quantentopf-Struktur, die eine 3-schichtige
GaAs-Quantentopf-Schicht umfasst (jede Schicht besitzt eine Schichtdicke
von 7 nm), und eine 4-schichtige Al0,2Ga0,8As-Sperrschicht (jede Schicht besitzt
eine Schichtdicke von 8 nm) und eine obere Deckschicht 3b (Schichtdicke
von 97 nm) aus nicht-dotiertem Al0,3Ga0,7As auf der unteren Reflektorschicht-Struktur 2 in
Reihenfolge gestapelt. Dann wurden eine dünne Schicht aus p-leitendem
Al0,2Ga0,8As mit
einer Schichtdicke von 40 nm und eine dünne Schicht aus p-leitendem
Al0,8Ga0,2As mit
einer Schichtdicke von 50 nm abwechselnd auf der resultierenden
Struktur mit einer Schicht vertauschter Zusammensetzung einer Schichtdicke
von 20 nm geschichtet, die bei jeder Phasengrenze des Heteroübergangs
der beiden dünnen
Schichten dazwischen kam, die somit eine obere Reflektorschicht-Struktur 5 mit
25 Paaren von Mehrfachschichten bildeten.
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Dann
wurde eine p-leitende GaAs-Schicht 6 auf die oberste Schicht,
die p-leitende Al0,2Ga0,8As-Schicht,
der oberen Reflektorschicht-Struktur 5 gestapelt.
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Die
unterste Schicht 3c der oberen Reflektorschicht-Struktur 5 wurde
aus p-leitendem AlAs mit einer Schichtdicke von 50 nm gebildet.
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Als
Nächstes
wurde ein Si3N4-Film 8a auf
der Oberfläche
der p-leitenden GaAs-Schicht 6 in der Schicht-Struktur
mittels Plasma-CVD ausgebildet, und eine kreisförmige Lackmaske 9 wurde
mit einem Durchmesser von etwa 45 μm auf dem Si3N4-Film 8a mittels Photolithographie
unter Verwendung eines gewöhnlichen
Photolacks ausgebildet (4).
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Dann
wurde der Si3N4-Film 8a mit
Ausnahme des Teils, der direkt unterhalb der Lackmaske 9 liegt, mittels
RIE unter Verwendung von CF4 ausgeätzt, wonach
die Lackmaske 9 komplett entfernt wurde, und somit die
Oberfläche
der GaAs-Schicht 6 freigelegt, die eine planare Form eines
kranzförmigen
Rings besitzt.
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Dann
wurde unter Verwendung des Si3N4-Films 8a als
eine Maske das Ätzen
auf die untere Reflektorschicht-Struktur 2 unter Verwendung
eines Ätzmittels
ausgeführt,
das eine Mischung aus Phosphorsäure, Wasserstoffperoxid
und Wasser ist, und somit eine säulenförmige Struktur
gebildet (5).
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Dann
wurde diese säulenförmige Struktur
bei 400°C
für etwa
25 Minuten in einer Wasserdampf-Atmosphäre erhitzt. Nur der äußere periphere
Bereich der p-leitenden AlAs-Schicht 3c wurde selektiv
zu einer kranzförmigen
Ringform oxidiert, die einen Stromzuführungsweg 3e mit einem
Durchmesser von etwa 15 μm in
dem Zentralbereich bildet (6).
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Als
Nächstes
wurde der Si3N4-Film 8a vollständig mittels
RIE entfernt, und die gesamte Oberfläche wurde mit einem Si3N4-Film 8 mittels
Plasma-CVD beschichtet. Dann wurde der Si3N4-Film 8, der auf der oberen Oberfläche der
GaAs-Schicht 6 mit einem Durchmesser von etwa 35 μm ausgebildet
wurde, in einer kranzförmigen
Ringform mit einem Außendurchmesser
von 25 μm
und einem Innendurchmesser von 15 μm entfernt, und somit die Oberfläche der
GaAs-Schicht 6 freigelegt. Das AuZn wurde dann auf der
freigelegten Oberfläche dampfphasen-abgeschieden,
um eine obere Elektrode 7a mit einer kranzförmigen Ringform
zu bilden. Dann wurde nur die äußere Oberfläche der
oberen Elektrode 7A mit einem Si3N4-Film 8 beschichtet, auf dem ein Block 7c für eine Elektrodenzuführung aus
Ti/Pt/Au ausgebildet wurde (7).
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Die
Schichtdicke des Si3N4-Films 8 wurde
dann auf 121 nm gesetzt, ein Wert, der sich für i = 0 in der zuvor genannten
Gleichung λ × (2i +
1)/4n ergibt, weil der Brechungsindex von Si3N4 1.75 und die Oszillations-Wellenlänge der
Vorrichtung 850 nm betrug.
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Als
Nächstes
wurden die Photolithographie und RIE auf dem Si3N4-Film durchgeführt, der sich innerhalb der
oberen Elektrode 7a befindet, um ein kleines kreisförmiges Loch
mit einem Durchmesser von 6 μm
in dem Zentralbereich zu bohren, und somit die Oberfläche der
GaAs-Schicht 6 unter Erhalt des anderen Si3N4-Films 8A freigelegt.
Als Folge wurde ein Strahlenaustrittsfenster 6A gebildet,
und somit die in der 2 gezeigte Vorrichtung B1 vollendet.
Das ist als Beispiel 1 bestimmt.
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In
einem weiteren Beispiel wurde das Strahlenaustrittsfenster 6A durch
Einstellen des Durchmessers des kleinen Lochs auf 10 μm gebildet.
Das ist als Beispiel 2 bestimmt.
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Ein
Bereich 8B mit einem Durchmesser von 6 μm wurde auf dem Zentralbereich
des Si3N4-Films
gelassen, der sich innerhalb der oberen Elektrode 7a befindet,
und der andere Bereich des Si3N4-Films wurde vollständig entfernt,
und somit ein Strahlenaustrittsfenster 6B mit einer kranzförmigen Ringform
mit einem Außendurchmesser
von 15 μm
und einem Innendurchmesser von 6 μm
gebildet. Das vervollständigte
die in der 3 gezeigte Vorrichtung B2. Diese
Vorrichtung ist als das Beispiel 3 bestimmt.
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In
der Vorrichtung jedes Beispiels wurde die Rückseite des Substrats 1 poliert,
so dass das gesamte Substrat 1 eine Schichtdicke von in
etwa 100 μm
besaß,
und AuGeNi/Au wurde auf der polierten Oberfläche dampfphasen-abgeschieden,
und somit die untere Elektrode 7b gebildet.
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Zum
Vergleich mit der auf in etwa 30 Minuten gesetzten Oxidationszeit
für die
AlAs-Schicht 3c wurde die Oxidationsbreite der AlAs-Schicht 3c erhöht, um den
Durchmesser des Stromzuführungswegs 3e auf
etwa 5 μm
zu setzen, und der Öffnungsbereich 6C wurde
mit einem Durchmesser von 15 μm
in der GaAs-Schicht 6 ausgebildet, und somit die in der 1 gezeigte
Vorrichtung A hergestellt, in der dieser Öffnungsbereich 6C als
das Strahlenaustrittsfenster 6a diente. Diese Vorrichtung
ist als das Vergleichs-Beispiel 1 bestimmt. In der Vorrichtung aus
Beispiel 1 wurde der gesamte Si3N4-Film entfernt, der sich innerhalb der oberen
Elektrode 7a befindet, um einen Öffnungsbereich mit einem Durchmesser
von 15 μm
zu bilden, und somit die Vorrichtung A hergestellt, in der dieser Öffnungsbereich
als das Strahlenaustrittsfenster 6a diente. Diese Vorrichtung
ist als das Vergleichs-Beispiel 2 bestimmt.
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Die
Tabelle 1 zeigt unten die Abmessungen der Stromzuführungswege
und die Abmessungen und Gestalten der Strahlenaustrittsfenster der
obigen fünf
Vorrichtungstypen.
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(2) Evaluierung der Eigenschaften
der Laservorrichtungen
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1)
Die 8 zeigt die Strom-Spannungs-Eigenschaften und
die Strom-Optikausgabe-Eigenschaften des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels
1. In diesem Diagramm repräsentieren
die durchgezogenen Linien die Strom-Spannungs-Eigenschaften und
die gestrichelten Linien die Strom-Optikausgabe-Eigenschaften.
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Sowohl
in dem Beispiel 1 als auch dem Vergleichsbeispiel 1 findet die Oszillation
in den fundamentalen Transversalmoden statt.
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Wie
es aus der 8 ersichtlich ist, besitzt das
Beispiel 1 eine niedrigere Betriebsspannung als das Vergleichsbeispiel
1; zum Beispiel beträgt
die vorherige Betriebsspannung etwa 1,8 V bei 5 mA, die bedeutend niedriger
ist als die Betriebsspannung von 2,4 V des Vergleichsbeispiels 1.
Das geschieht, weil der Durchmesser des Stromzuführungswegs aus Beispiel 1 15 μm beträgt, was
den Widerstand dort mehr senkt als der Stromzuführungsweg des Vergleichsbeispiels
1, der einen Durchmesser von 5 μm
besitzt.
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Im
Hinblick auf die Strom-Optikausgabe-Eigenschaften steigt die Optikausgabe
des Beispiels 1 ohne eine Sättigung,
bis der Strom etwa 10 mA beträgt,
selbst wenn der Grenzwertstrom im Vergleich mit dem des Vergleichsbeispiels
1 etwas hoch ist. Das scheint von dem Effekt der Unterdrückung der
Wärmeentwicklung bedingt
durch den niedrigen Widerstand in der Nähe des Stromzuführungswegs
resultiert zu haben.
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2)
Die 9 zeigt die Strom-Spannungs-Eigenschaften und
die Strom-Optikausgabe-Eigenschaften der Beispiele 2 und 3 und des
Vergleichsbeispiels 2. In diesem Diagramm repräsentieren die durchgezogenen Linien
die Strom-Spannungs-Eigenschaften und die gestrichelten Linien die
Strom-Optikausgabe-Eigenschaften.
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Wie
es aus der 9 ersichtlich ist, sind keine
wesentlichen Unterschiede in beiden Eigenschaften zwischen den Beispielen
2 und 3 und dem Vergleichsbeispiel 2 zu sehen.
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Die
Nahfeld-Muster für
die Vorrichtungen der Beispiele 2 und 3 und des Vergleichsbeispiels
2 wurden untersucht. Die 10 zeigt
die Ergebnisse der Untersuchung mit dem Betriebsstrom von 7 mA und
die 11 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung mit dem
Betriebsstrom von 15 mA.
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In
den 10 und 11 ist
ein Muster a für
das Beispiel 2, ein Muster b für
das Beispiel 3 und ein Muster c für das Vergleichsbeispiel 2.
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Wie
es aus den 10 und 11 ersichtlich
ist, zeigt das Muster c für
das Vergleichsbeispiel mehrere Emissionspunkte an dem peripheren
Bereich, die durch die Stromzuführung
geschaltet werden. In dem Fall des Musters a aus Beispiel 2 gibt
es weniger Emissionspunkte, die an dem Zentralbereich konzentriert sind.
Sogar eine Steigerung der Menge des zugeführten Stroms hat nicht irgendeine
Schaltungsaktion in dem letzteren Fall verursacht.
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In
dem Fall des Musters b aus Beispiel 3 wird die Anzahl der Emissionspunkte
größer als
die aus Beispiel 2. Darüber
hinaus sind alle Emissionspunkte diffus. Eine Steigerung der Menge
des zugeführten
Stroms hat auch nicht irgendeine Schaltungsaktion in dem Fall des
Beispiels 3 verursacht.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Wie
es aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, stellt die Laservorrichtung
der vorliegenden Erfindung eine oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung
dar, die in der Lage ist, die Transversalmoden zum Beispiel einer
Laservorrichtung zu steuern, die bei einer niedrigen Betriebsspannung
in den fundamentalen Transversalmoden oszilliert. Für eine Laservorrichtung,
die in Transversalmoden höherer
Ordnung oszilliert, wird das durch Schaltung der Moden verursachte
Rauschen verringert. Deswegen kann diese oberflächenemittierende Halbleiterlaservorrichtung
als eine Lichtquelle für
eine parallele Datenübertragung
verwendet werden und trägt
somit zu der Konstruktion eines schnellen optischen Daten-Kommunikationssystems
bei.
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Ferner
werden die Transversalmoden der Laservorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die planare Form des dielektrischen Films (durchlässige Schicht),
die auf der gesamten oberen Oberfläche ausgebildet ist, und nicht
durch die Größe der Strom-Einschnürungs-Struktur
gesteuert. Das versieht die Ausgestaltung der Laservorrichtung mit
einem höheren
Freiheitsgrad und erleichtert die Herstellung, die somit zu niedrigeren
Herstellungskosten führt.
