DE60026991T2 - Halbleiterlaser mit vergrabener Streifenstruktur und aluminiumfreier Begrenzungsschicht - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleiterlaser. Im Besonderen betrifft die Erfindung einen Diodenlaser.
  • 2. Technischer Hintergrund
  • Halbleiterdiodenlaser, die in den Infrarotbereichen des Spektrums emittieren, wurden derart ausreichend entwickelt, daß sie in breitem Maße bei einer Vielzahl von Anwendungszwecken verwendet werden. Bei einem Anwendungszweck pumpt ein Hochleistungslaser, der beispielsweise bei etwa 980 nm emittiert, optisch einen Verstärker mit mit Erbium dotierten Fasern (EDFA). Bekanntlich können solche Laser beispielsweise aus Schichten von GaInAs oder AlGaAs oder artverwandten Materialien ausgebildet werden, die auf einem Substrat aus GaAs gezüchtet sind. Bei einem typischen Kantenemissionslaser entsteht eine durch Differentialdotierung der Halbleiterschichten ausgebildete p-n-Übergangsfläche, und über und unter der Übergangsfläche werden elektrische Kontakte zur Bereitstellung der elektrischen Leistung zum Vorspannen des Lasers in Durchlaßrichtung und dadurch zum Pumpen desselben ausgebildet. Fortgeschrittene Strukturen enthalten eine oder mehrere sehr dünne, undotierte, aktive Halbleiterbereiche, die zwischen viel dickeren p-dotierten und n-dotierten Halbleiterschichten, die beide als optische Überzugsschichten wirken und eine vertikale p-n-Diodenstruktur bilden, zu Quantenquellen ausgebildet sind. Mehrere Quantenquellen sind durch Sperrschichten elektronisch isoliert. Durch die Zusammensetzung und die Dicke der Quantenquellen können die Emissionswellenlänge und daher die Laserwellenlänge genau abgestimmt werden. Durch vertikale und horizontale optische Begrenzungsstrukturen wird ein horizontal verlaufender Wellenleiter für die Laserstrahlung gebildet. Die Enden des Laserresonators sind von Spiegeln gebildet, die typischerweise an den Kanten des optoelektronischen Chips ausgebildet sind. Die vertikale optische Begrenzungsstruktur ist durch geeignete Zusammensetzungsprofile gewöhnlich der p-n-Übergangsfläche eng zugeordnet. Die horizontale Begrenzung läßt sich durch mehrere Strukturen zustande bringen, wobei die hier zu erläuternden zwei die geätzte Riefenstruktur und die vergrabene Riefenstruktur sind.
  • Bei der geätzten Riefenstruktur wird die obere Halbleiterüberzugsschicht, die beispielsweise eine p-Schicht ist, wahlweise weit nach unten bis nahe an die aktive Schicht hinan geätzt, um in der oberen Überzugsschicht eine Riefe mit einer Breite von 2 bis 5 μm zu bilden, jedoch wird ein dünner Bereich der oberen Überzugsschicht ausgelassen. Auf die Seiten der Riefe läßt man entweder die Umgebung einwirken, oder sie werden mit einem Material mit einer niedrigen Elektrizitätskonstante bedeckt, um mithin eine Einmoden-Wellenleiterstruktur zu schaffen. Die Höhe der Riefe ist gewöhnlich mit ihrer Breite vergleichbar, begrenzt jedoch das Licht effektiv horizontal auf einen meist unterhalb der Riefe liegenden Bereich. Oben an der Riefe ist ein elektrischer Kontakt vorgesehen, während das Unterteil des Substrats typischerweise für den anderen Kontakt elektrisch geerdet ist. Die Riefe erfüllt die zusätzliche Funktion der Strombegrenzung, um den Vorspannstrom in eine schmale horizontale Erstreckung der darunter liegenden aktiven Schicht zu führen, die der Breite der Riefe entspricht, so daß der Vorspannstrom nicht in Bereichen außerhalb des Wellenleiters vergeudet wird.
  • Wenn die geätzte Riefenstruktur an einem Hochleistungslaser angewandt wird, leidet sie jedoch an mehreren Problemen. Durch die schmale Breite der Riefe und deren Vorstehen von dem Substrat nach oben nimmt der elektrische Reihenschlußwiderstand für den Vorspannstrom zu, und auch der innere Wärmewiderstand für die in der Riefe erzeugte Wärme nimmt zu. Weiterhin erfolgt das Ätzen der Riefe gewöhnlich durch diffusionsbeschränktes chemisches Naßätzen, das zu einer verbreiterten Riefe führt, jedoch hängt die Hochleistungseigenschaft entscheidend von dem Ätzprofil der Riefe ab. Infolgedessen leiden Laser mit geätzten Riefen an mangelhafter Reproduzierbarkeit.
  • Mit der vergrabenen Riefenstruktur werden die vorstehende geätzte Riefe und deren Probleme vermieden. Statt dessen wird die Züchtung der oberen Halbleiterüberzugsschicht, die beispielsweise aus p+-dotiertem AlGaAs besteht, in zwei Abschnitte unterteilt. Nachdem ein unterer Abschnitt aus p+-dotiertem AlcGa1-cAs abgeschieden ist, wird auf dem unteren Abschnitt des AlcGa1-cAs eine Sperr- oder Begrenzungsschicht gezüchtet, beispielsweise ein n+-dotiertes AlbGa1-bAs mit höherem Aluminiumgehalt (b > c), und bis hinunter auf die darunter liegende, p+-dotierte Schicht aus AlcGa1-cAs wird ein Loch modelliert und eingeätzt. Dann wird ein oberer Abschnitt der p+-dotierten Überzugsschicht aus AlcGa1-cAs sowohl in dem Loch über dem freiliegenden p+-dotierten AlcGa1-cAs als auch über dem Oberteil des entgegengesetzt dotierten AlbGa1-bAs neu gezüchtet. Durch das entgegengesetzte Dotieren der Sperrschicht wird der Vorspannstrom auf das durch die Sperrschicht führende Loch begrenzt. Der obere Abschnitt der oberen Überzugsschicht in dem Loch wirkt als von dem unteren Abschnitt nach oben verlaufende Riefe. Die Dicke des unteren Abschnitts der oberen Überzugsschicht ist geringer als die zum vertikalen Einengen des Lichts notwendige, jedoch wird dieses von der zusätzlichen Dicke der Riefe vertikal wie auch horizontal eingeengt.
  • Typischerweise wird vor dem Ätzen des Lochs eine Schutzschicht aus n+-dotiertem AlpGa1-pAs mit niedrigerem Aluminiumgehalt (p < b) auf der Sperrschicht aus AlbGa1-bAs gezüchtet, damit die an Aluminium reiche Sperrschicht nicht vor der Neuzüchtung oxidiert wird. Jedoch schützt die Schutzschicht nicht die Seitenwand der Sperrschicht nach dem Ätzen des Lochs und vor der Neuzüchtung. Eine Oxidation der Seitenwand kann zu mangelhafter Sicherheit des Lasers führen. Um einen sehr sicheren Laser zu erhalten, sollte allgemein eine an Aluminium reiche Schicht aus zwei Gründen vermieden werden. Eine solche Schicht unterliegt an jeder gespaltenen Fläche einem höheren Grad der Oxidation. Weiterhin wird Gitterzugverformung relativ zu den an Aluminium armen Schichten eingebracht, da die Gitterkonstante von AlAs kleiner als diejenige von GaAs ist.
  • Mithin soll ein Laser mit vergrabener Riefe geschaffen werden, bei dem keine Aluminium enthaltene Sperrschicht oder keine andere Aluminium enthaltene Schicht verwendet wird, die vorher der Neuzüchtung unterworfen ist. Ebenso soll eine Laserdiode mit vergrabenen Riefen geschaffen werden, bei der keine an Aluminium reiche Schicht verwendet wird, die beim Spalten freigelegt würde.
  • EP-A-0 843 393 beschreibt verschiedene Ausführungsformen einer Halbleiter-Laserdiode, darunter eine, die dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung umfaßt einen Halbleiter-Diodenlaser mit vergrabener Riefenstruktur, der auf der Materialfamilie AlGaAs beruht.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Diodenlaser mit vergrabener Riefenstruktur bereitgestellt, mit:
    einer unteren Überzugsschicht, umfassend AlGaAs einer ersten Leitfähigkeitsart;
    einer ersten oberen Überzugsschicht, umfassend AlGaAs einer zweiten Leitfähigkeitsart, welche auf der unteren Überzugsschicht ausgebildet ist,
    einer über der ersten oberen Überzugsschicht ausgebildeten Ätzstoppschicht; einer im wesentlichen von Aluminium freien Halbleiterbegrenzungsschicht der ersten Leitfähigkeitsart, welche auf der Ätzstoppschicht ausgebildet ist und eine hindurch führende Öffnung zum Führen von Strom aufweist; und
    einer zweiten oberen Überzugsschicht, umfassend AlGaAs der zweiten Leitfähigkeitsart, welche in der durch die Begrenzungsschicht hindurch verlaufenden Öffnung ausgebildet ist;
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzstoppschicht eine im wesentlichen von Aluminium freie Ätzstoppschicht ist, welche GaInAsP umfaßt.
  • Es kann ein Ätzmittel, beispielsweise eine Flüssigkeit wie HCl:H3PO4 oder HCL:NBr:CH3COOH:H2O, gewählt werden, die durch die Begrenzungsschicht aus GaInP hindurch ätzt, jedoch an der GaInAsP stoppt. Deshalb wird keine Aluminium enthaltende Oberfläche für das Neuwachstum freigelegt. Das Ätzmittel ätzt vorzugsweise eine V-förmige Rille, um die Öffnung in der Begrenzungsschicht zu bilden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Lasers mit vergrabener Riefenstruktur gemäß der Erfindung.
  • 2 ist ein Diagramm des Verhältnisses zwischen einer seitlichen Größe einer optischen Betriebsart erster Ordnung und dem Brechungskontrast zwischen den Überzugs- und den Begrenzungsschichten.
  • 3 ist ein Diagramm der Abhängigkeit des Indexkontrastes von der Dicke der oberen Überzugsschicht.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In 1 ist eine Ausführungsform eines Dioden-Wellenleiterlasers 10 mit einer von Aluminium freien Begrenzungsschicht im Querschnitt dargestellt. Auf einem n+-dotierten GaAs-Wafer 12 mit einer kristallinen Orientierung <001> ist epitaktisch eine Heteroübergangsdiodenkonstruktion gezüchtet worden. Die Züchtung kann neben anderen Verfahren durch Molekülstrahlepitaxie (MBE) oder metallorganische chemische Bedampfung (OMCVD) zustande gebracht werden. Die Diodenstruktur umfaßt eine untere, n-dotierte AlGaAs-Überzugsschicht 14, über der eine untere, getrennte Begrenzungsheterostrukturschicht (GRINSCH-Schicht) 16 mit abgestuftem Index liegt, eine eigenleitende Quantenquellsstruktur 18, eine obere GRINSCH-Schicht 20 und eine obere, p-dotierte AlGaAs-Überzugsschicht 22. Die optische Emissionswellenlänge λ, die der Laserwellenlänge entspricht, wird von der Dicke der einen oder der mehreren Quantenquellen in der Quantenquellstruktur 18 und deren Zusammensetzung relativ zu dünnen elektronischen Sperrschichten bestimmt, die jede Quantenquelle umgeben und trennen. Beispielhafte Zusammensetzungen und Dicke dafür sind eine einzige, 6,5 nm dicke Quantenquelle von Ga0,82In0,18As, die von 2 nm dicken Sperren von GaAs umgeben ist. Die GRINSCH-Schichten 16, 20 erzeugen Brechungsindizes, die zwischen den Materialien auf jeder Seite linear abgestuft sind, so daß sie das Licht optisch besser begrenzen, und weisen auch Zusammensetzungsprofile auf, die ein elektrisches Feld erzeugen, das den Transport von Elektronen durch die aktive Quantenquellenstruktur 18 hindurch begünstigt. Eine beispielhafte GRINSCH-Schicht 16, 20 weist eine Dicke von 170 nm und eine Zusammensetzung auf, die von Al0,05Ga0,95As bis Al0,28Ga0,72As schwankt. Diese Gesamtstruktur erzeugt einen Strahl mit einem Fernfeldwinkel in der Vertikalrichtung mit 29° voller Breite und halbem Maximum.
  • Bei dieser Ausführungsform wird eine dünne (5 bis 10 nm betragende) Ätzstoppschicht 24 aus p-dotiertem HaInAsP über der oberen Überzugsschicht 22 gezüchtet, und über der Stoppschicht 24 wird eine von Aluminium freie Begrenzungsschicht 26 aus n+-dotiertem GaInP gezüchtet. Die Zusammensetzung der Begrenzungsschicht 26 wird relativ zu derjenigen der oberen Überzugsschicht 22 derart gewählt, daß die Begrenzungsschicht 26 einen niedrigeren Brechungsindex aufweist und ein seitlicher Brechungskontrast ΔnI zwischen den zwei Materialien gebildet wird. Die Begrenzungsschicht 26 wird für eine sich entlang der Richtung <110> erstreckende vergrabene Riefe mit einer Fotoschablone versehen, die sowohl die Strominjektion als auch die seitliche optische Begrenzung definiert. In die Begrenzungsschicht 26 wird mit Ausnahme der Ätzstopps auf der Stoppschicht 24 ein schräger Graben 28 eingeätzt. Diese anisotrope Ätzung kann mit einem nassen Ätzmittel erfolgen, beispielsweise mit HCl:H3PO4 (Volumen 1:1) oder HCl:HBr:CH3COOH:H2O (Volumen 30:30:30:5), welches nach oben weisende Facetten in GaInP ätzt, jedoch kein GaInAsP ätzt, das größere Anteile an As enthält.
  • Dann wird der Wafer in den Züchtraum zurückgebracht, und über der Stoppschicht 24 wird am Boden des Grabens 28 und über der Begrenzungsschicht 26 eine oberste Überzugsschicht 30 von p-dotiertem AlGaAs gezüchtet, die typischerweise die gleiche Zusammensetzung und Dotierung wie die obere Überzugsschicht 22 aufweist. Das den Graben 28 füllende AlGaAs wirkt als Riefe, die von der Begrenzungsschicht 26 mit niedrigerem Brechungsindex umgeben ist. Da die Riefe als die optische Welle in den meist darunter liegenden Schichten begrenzend wirkt, ist die Tiefe der obersten Überzugsschicht 30 oben über der Begrenzungsschicht 26 gewöhnlich nicht entscheidend. Man kann die Zusammensetzung und die Dotierungsgrade zwischen der oberen und der obersten Überzugsschicht 22, 30 zwecks besserer optischer und elektrischer Wirkungen variieren. Sie bestehen jedoch typischerweise aus dem gleichen Material.
  • Über der obersten Überzugsschicht 30 wird eine p++-dotierte GaAs-Kontaktschicht 32 gezüchtet. Auf die Vorderseite und die Rückseite des Wafers werden jeweils metallische Kontaktschichten 34, 36 aufgebracht, um Kontaktstellen zu den elektrischen Vorspannungskreisen zu schaffen. Dann wird der Wafer in einzelne Chips zerlegt, und die Endflächen der Chips werden als Spiegel ausgebildet, welche die Enden des Laserresonators bilden, von denen eines leitend ist.
  • Im Folgenden werden genauere Zusammensetzungen und Dicken der Überzugs- und der Begrenzungsschichten als Beispiele für die Erfindung dargestellt. Diese sind jedoch lediglich beispielhaft, und es können auch andere Parameter mit der Erfindung verwendet werden. Die Überzugsschichten 14, 22 beider Leitfähigkeitsarten und die oberste Überzugsschicht 30 besitzen typischerweise Zusammensetzungen aus Al0,28Ga0,72As für einen zur Emission mit 980 nm ausgelegten Laser. Da AlAs und GaAs fast die gleichen Gitterkonstanten (0,56605 gegenüber 0,56533 nm) aufweisen, entsprechen die Überzugsschichten im Wesentlichen im Gitter dem Substrat 12. Die Zusammensetzung der von Aluminium freien n+-Begrenzungsschicht 26 wird vorzugsweise mit Ga0,51In0,49P gewählt, die im Gitter ebenfalls GaAs entspricht. Diese Zusammensetzung erzeugt eine Bandlückenenergie von 1,904 eV, die gleich der von Al0,385Ga0,615As ist, und einen Brechungsindex von 3,268 bei 980 nm, der gleich demjenigen von Al0,45Ga0,55As ist. Auf Grund der Gleichheit der Bandlücken der Stoppschicht 24 und der oberen Überzugsschichtabschnitte 22, 30 kann die Stoppschicht 24 nicht als Sperre für die Strominjektion wirken. Da die Begrenzungsschicht 26 eine Leitfähigkeitsart aufweist, die derjenigen der zwei oberen Überzugsschichten 22, 30 entgegengesetzt ist, beschränkt sie die Injektion des Vorspannstroms auf den Bereich der vergrabenen Riefe 28. Jedoch ist die horizontale Beschränkung der Strominjektion auf die Tiefe der Begrenzungsschicht 26 begrenzt, und durch die Form des Grabens nimmt der durchschnittliche Querschnitt zu. Infolgedessen wird der elektrische Reihenwiderstand minimiert.
  • Angesichts der relativen Brechungsindizes zwischen der Begrenzungsschicht und der oberen Überzugsschicht kann die von Aluminium freie GaInP-Begrenzungsschicht gemäß der Erfindung für eine ähnliche horizontale optische Beschränkung wie die an Aluminium reiche Begrenzungsschicht nach dem Stand der Technik sorgen. Durch die Kombination der vertikalen optischen Begrenzung, für welche die Überzugsschichten 14, 22, 30 sorgen, und der GRINSCH-Schichten 16, 18 und der horizontalen optischen Begrenzung, die durch den Brechungskontrast zwischen der Begrenzungsschicht 26 und den oberen Überzugsschichten 22, 30 hergestellt wird, wird ein Wellenleiterbereich 38 erzeugt, der entlang der Richtung <011> verläuft. Die dargestellte Form des Wellenleiterbereiches 38 ist nur eine Anregung, und faktisch besteht keine scharfe Grenze für die geleitete Welle.
  • Damit die durch Trägerinjektion eingebrachte Antileitwirkung vermieden wird, sollte der seitliche Indexkontrast ΔnI zwischen der oberen Überzugsschicht aus AlGaAs und der Begrenzungsschicht 26 aus GaInP bei massiven Lasern größer als 5 × 10–3 und bei Quantenquellenlasern größer als 1 × 10–3 sein. Des Weiteren ist es allgemein erwünscht, daß der Wellenleiterbereich 38 nur eine einzelne, grundsätzliche Mode unterstützt, daß jedoch die seitliche Erstreckung verhältnismäßig groß ist, beispielsweise 5 μm selbst bei λ = 0,98 μm, so daß die optische Leistungsdichte an der Ausgangsfläche minimiert wird und mithin jeder Wärmeschaden an der Fläche eliminiert wird. Bekanntlich kann die Abschneidbreite Wco für die Mode erster Ordnung in erster Linie als Funktion des seitlichen Indexkontrastes ΔnI als
    Figure 00080001
    ausgedrückt werden, wobei n der durchschnittliche effektive Brechungsindex ist. Bei einer geringeren Wellenleiterbreite als der Abschneidbreite Wco unterstützt der Wellenleiter nur die Grundmode, so daß die Struktur zumindest in horizontaler Richtung eine Einmodenstruktur ist. Infolgedessen stellt die Abschneidbreite Wco die maximale Breite eines Einmoden-Wellenleiters dar. In dem Diagramm gemäß 2 ist die Beziehung zwischen der Abschneidbreite Wco und dem effektiven seitlichen Brechungsindexkontrast ΔnI gezeigt. Zur Erhöhung der Strahlgröße für den Einmodenbetrieb ist ein kleiner Wert von 10–3 für ΔnI erwünscht. Die Strahlgröße wird vorwiegend von der Breite des Bodens des Grabens 28 bestimmt, die durch die Begrenzungsschicht 26 hindurch geätzt wird.
  • Jedoch müssen auch andere Überlegungen festgestellt werden, die zu einem bevorzugten Wert von etwa 3 × 10–3 für ΔnI führen. Die Grenze zwischen der Begrenzungsschicht und der oberen Überzugsschicht, d.h. der Rand des Grabens 28, bildet sowohl die seitliche Begrenzung des Sichtfeldes als auch die Strominjektionsbegrenzung. Bei einem sehr kleinen Indexkontrast verläuft das Sichtfeld seitlich weit in die darunter liegende obere Überzugsschicht 22 hinein und über den Rand der Begrenzungsschicht 26 hinaus. Infolgedessen wird der Strom nur in einen Abschnitt des Wellenleiterbereiches injiziert. Das heißt, die optische Mode ist größer als der durch Strominjektion geschaffene Verstärkungsbereich. Infolgedessen nimmt die optische Verstärkung oder Effektivität ab. Aus diesem Grund wird der Indexkontrast ΔnI sogar bei Riefenbreiten von 5 bis 7 μm vorzugsweise auf etwa 3 × 10–3 festgelegt. Das Diagramm gemäß 2 zeigt an, daß sowohl eine Grundmode als auch eine Seitenmode erster Ordnung unterstützt wird. Jedoch kann man trotzdem eine Betätigung mit einer einzigen Seitenmode erhalten, solange die Grundmode eine ausreichend höhere Verstärkung von dem begrenzten injizierten Strom genießt. Bekanntlich ist die Mode erster Ordnung weniger durch die Unregelmäßigkeiten des Indexes als durch die Grundmode für Indexkontraste ΔnI zwischen 1 × 10–3 und 3 × 10–3 und Riefenbreiten im Bereich von 5 bis 7 μm begrenzt. Daher wird durch Strombegrenzung die Grundmode begünstigt.
  • Der Wert des effektiven Indexkontrasts ΔnI hängt zum großen Teil von den Dicken der oberen Überzugsschicht 22 und der Begrenzungssicht 24 sowie von deren Zusammensetzungen ab. Mit einer Modellberechnung wird die Abhängigkeit des Indexkontrasts ΔnI von der Dicke der in dem Diagramm gemäß 3 gezeigten oberen Überzugsschicht erzeugt. Bei einer Dicke der oberen Überzugsschicht von 0,18 μm wird bei einem Fernfeldwinkel von 29° ein Indexkontrast ΔnI von 3 × 10–3 erzeugt. Wird der Fernfeldwinkel auf 22° verkleinert, steigt die Dicke auf 0,31 μm an. Die Dicken wären bei einer geätzten Riefe um etwa 50% größer und nicht bei der vergrabenen Tiefe, die erläutert wird. Andere Modellberechnungen zeigen, daß der Indexkontrast bei kleinen Dicken der Begrenzungsschicht 26, d.h. bei kürzeren Riefen, sehr stark abnimmt, daß sich jedoch der Indexkontrast ΔnI für die Begrenzungsschicht 26 bei einer Dicke von etwa 0,4 μm sättigt. Es wird eine etwas größere Dicke gewählt.
  • Damit eine hohe Knickleistung erzielt wird, die den Übergang vom Einmoden- zum Mehrmodenbetrieb kennzeichnet, muß die p-Dotierung der oberen Überzugsschicht optimiert werden, um die Trägerverteilung der optischen Mode anzupassen.
  • Die Gitteranpassung der Begrenzungsschicht an GaAs braucht nicht präzis zu sein. Für die Gitteranpassung genügt es, daß die Zusammensetzung der Begrenzungsschicht eine Gitterkonstante erzeugt, die gleich einer Kombination von GaAs und AlAs ist.
  • Als Darstellung, die nicht zu den Ausführungsformen der Erfindung gehört, kann in die Begrenzungsschicht 26 in der in den folgenden Beispielen beschriebenen Weise etwas Aluminium eingebracht werden:
    Zwar sind die Begrenzungsschicht 26 und die Stoppschicht 24 vollständig frei von Aluminium, jedoch stellt ein kleiner Aluminiumanteil, beispielsweise 2 Atom.-% relativ zu den Anionen, trotzdem mehr als einen zehnfachen Verbesserungsfaktor zur Oxidationsfestigkeit gegenüber dem Stand der Technik bereit.
  • Die oben dargestellte Laserkonstruktion erzeugt eine optische Emission von etwa 980 nm. Die Konstruktion kann auf kürzere Wellenlängen, sogar in sichtbare, ausgedehnt werden, wenn die Aluminiummenge in den Überzugsschichten aus AlGaAs erhöht wird. Um dann jedoch den höheren Brechungsindex, der zur optischen Begrenzung des Lichts auf die Riefe erforderlich ist, in der Begrenzungsschicht zu erhalten, kann eine wesentliche Aluminiummenge in die Begrenzungsschicht eingebracht werden, wodurch eine GaAlInP-Zusammensetzung erzeugt wird. Dieser Aluminiumanteil kann bis zu 10 bis 15 Atom.-% relativ zu den Anionen betragen, ist jedoch kleiner als der Aluminiumanteil in den Überzugsschichten aus AlGaAs und ist wesentlich kleiner als der Aluminiumanteil, der in einer Begrenzungsschicht erforderlich wäre, in der kein GaInP als Teil des Begrenzungsmaterials verwendet wird.
  • Zwar enthielt der dargestellte Diodenlaser einen quantenquellenaktiven Bereich, jedoch kann die Erfindung vorteilhaft bei Volumendiodenlasern angewandt werden, bei denen eine p-n-Übergangsfläche zwischen entgegengesetzt dotierten Überzugsschichten ausgebildet ist, oder es kann eine eigenleitende aktive Schicht zur Ausbildung einer p-n-Übergangsfläche eingefügt werden.
  • Die Konstruktion gemäß der Erfindung bietet viele Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Die vergrabene Riefenstruktur bietet eine viel strengere Kontrolle über den seitlichen Indexkontrast, da sie nur von Dicke und Zusammensetzung der aufgebrachten Schichten abhängt. Dagegen erzeugt die geätzte Riefenstruktur eine planare obere Überzugsschicht mit einer Dicke, die von der Ätzzeit für die Riefe abhängt. Alle Veränderungen der Dickenuniformität oder den Ätzmerkmalen verstärken sich bei der verbleibenden oberen Überzugsschicht und deren Dickenwirkung auf den Indexkontrast. Die vergrabene Riefenstruktur sorgt auch für geringeren elektrischen Reihenwiderstand als die geätzte Riefenstruktur, da der Kontakt für die vergrabene Riefenstruktur viel größer als die Breite des optischen Wellenleiters gestaltet werden kann. Weiterhin vermindert sich bei der vergrabenen Riefenstruktur der innere Wärmewiderstand.
  • Die Laserdiode mit vergrabener Riefenstruktur gemäß der Erfindung bietet gegenüber der Laserdiode mit vergrabener Riefenstruktur nach dem Stand der Technik den Vorteil, daß sowohl die Begrenzungsschicht als auch die Ätzstoppschicht frei von Aluminium sind oder zumindest einen verminderten Aluminiumgehalt aufweisen. Infolgedessen wird während der Neuzüchtung wenig oder kein Aluminium freigelegt. Da es während der Neuzüchtung an Gelegenheit zur Oxidation mangelt, ergibt sich eine zuverlässigere Vorrichtung.
  • Für den Fachmann ist erkennbar, daß sich verschiedene Modifizierungen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von dem Umfang der Erfindung vornehmen lassen. Mithin soll die vorliegende Erfindung die Modifizierungen und Veränderungen an der Erfindung unter der Voraussetzung erfassen, daß diese innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalenten liegen.

Claims (15)

  1. Diodenlaser mit vergrabener Rinne, umfassend eine untere Überzugsschicht (14), umfassend AlGaAs einer ersten Leitfähigkeitsart, eine erste obere Überzugsschicht (22), umfassend AlGaAs einer zweiten Leitfähigkeitsart, welche auf der unteren Überzugsschicht ausgebildet ist, eine über der ersten oberen Überzugsschicht ausgebildete Ätzstoppschicht (24), eine im wesentlichen aluminiumfreie Halbleiterbegrenzungsschicht (26) der ersten Leitfähigkeitsart, welche auf der Ätzstoppschicht (24) ausgebildet ist und eine hindurch führende Öffnung (28) zum Führen von Strom aufweist, und eine zweite obere Überzugsschicht (30), umfassend AlGaAs der zweiten Leitfähigkeitsart, welche in der durch die Begrenzungsschicht hindurch verlaufenden Öffnung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzstoppschicht eine im wesentlichen aluminiumfreie Ätzstoppschicht ist, welche GaInAsP umfaßt.
  2. Diodenlaser nach Anspruch 1, wobei die von Aluminium freie Ätzstoppschicht (24) eine Schicht aus GaInAsP mit einer Dicke im Bereich zwischen 5 und 10 mm ist.
  3. Diodenlaser nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Brechungsindex der Begrenzungsschicht (26) kleiner als derjenige der ersten oberen Überzugsschicht (22) ist.
  4. Diodenlaser nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Unterschied im Brechungsindex zwischen der Begrenzungsschicht (26) und der ersten oberen Überzugsschicht (22) im Bereich zwischen 1 × 10–3 und 3 × 10–3 liegt.
  5. Diodenlaser nach Anspruch 4, wobei eine Breite der Öffnung (28) innerhalb eines Bereiches zwischen 5 und 7 μm liegt.
  6. Diodenlaser nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite obere Überzugsschicht (30) auch auf der Begrenzungsschicht (26) ausgebildet ist.
  7. Diodenlaser nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Begrenzungsschicht (26) GaInP umfaßt.
  8. Diodenlaser nach Anspruch 7, wobei das GaInP der Begrenzungsschicht (26) im wesentlichen ein Gitter ist, das dem AlGaAs der unteren und der ersten oberen Überzugsschicht (14, 22) angepaßt ist.
  9. Diodenlaser nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend ein Substrat (12) aus GaAs, auf welchem die untere Überzugsschicht (14) ausgebildet ist.
  10. Diodenlaser nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner umfassend einen aktiven Bereich (1620), welcher zwischen der unteren Überzugsschicht (14) und der ersten oberen Überzugsschicht (22) ausgebildet ist.
  11. Diodenlaser nach Anspruch 10, wobei der aktive Bereich (1620) mindestens einen Quantentopf umfaßt.
  12. Diodenlaser nach Anspruch 11, ferner umfassend zwei getrennte Begrenzungs-Heterostrukturen (16, 20) mit abgestuftem Index, welche zwischen dem mindestens einen Quantentopf und jeweiligen von der unteren Überzugsschicht (14) und der ersten oberen Überzugsschicht (22) ausgebildet sind.
  13. Diodenlaser nach Anspruch 11 oder 12, wobei der mindestens eine Quantentopf von Sperrschichten eingeschlossen ist, welche zwischen der unteren Überzugsschicht (14) und der ersten oberen Überzugsschicht (22) ausgebildet sind.
  14. Diodenlaser nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei die Schicht des mindestens einen Quantentopfes GaInAs umfaßt.
  15. Diodenlaser nach einem vorhergehenden Anspruch, mit einem Substrat aus GaAs (12) und einer aktiven Schicht (1620), welche mindestens eine Quantentopfschicht (18) umfaßt, die von epitaktisch auf die untere Überzugsschicht (14) aufgebrachten Sperrschichten eingeschlossen ist, wobei: die untere Überzugsschicht (14) epitaktisch auf das Substrat (12) aufgebracht ist, die erste obere Überzugsschicht (22) epitaktisch auf die aktive Schicht (1620) aufgebracht ist, eine Ätzstoppschicht (24), welche GaInAsP der zweiten Leitfähigkeitsart umfaßt, auf die erste obere Überzugsschicht (22) aufgebracht ist, die Begrenzungsschicht (26) GaInP umfaßt und epitaktisch auf die Ätzstoppschicht (24) aufgebracht ist, und die zweite obere Überzugsschicht (30) durch die Begrenzungsschicht (26) hindurch in der Öffnung (28) epitaktisch auf die Ätzstoppschicht (24) aufgebracht ist.
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