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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Halbleiterlaser. Im Besonderen
betrifft die Erfindung einen Diodenlaser.
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2. Technischer
Hintergrund
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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EP-A-0
843 393 beschreibt verschiedene Ausführungsformen einer Halbleiter-Laserdiode,
darunter eine, die dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung umfaßt
einen Halbleiter-Diodenlaser mit vergrabener Riefenstruktur, der
auf der Materialfamilie AlGaAs beruht.
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Lasers mit
vergrabener Riefenstruktur gemäß der Erfindung.
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2 ist
ein Diagramm des Verhältnisses zwischen
einer seitlichen Größe einer
optischen Betriebsart erster Ordnung und dem Brechungskontrast zwischen
den Überzugs-
und den Begrenzungsschichten.
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3 ist
ein Diagramm der Abhängigkeit
des Indexkontrastes von der Dicke der oberen Überzugsschicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Damit
die durch Trägerinjektion
eingebrachte Antileitwirkung vermieden wird, sollte der seitliche
Indexkontrast Δn
I 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 W
co für die Mode
erster Ordnung in erster Linie als Funktion des seitlichen Indexkontrastes Δn
I als
ausgedrückt werden, wobei n der durchschnittliche effektive
Brechungsindex ist. Bei einer geringeren Wellenleiterbreite als
der Abschneidbreite W
co unterstützt der
Wellenleiter nur die Grundmode, so daß die Struktur zumindest in
horizontaler Richtung eine Einmodenstruktur ist. Infolgedessen stellt
die Abschneidbreite W
co die maximale Breite
eines Einmoden-Wellenleiters dar. In dem Diagramm gemäß
2 ist
die Beziehung zwischen der Abschneidbreite W
co und
dem effektiven seitlichen Brechungsindexkontrast Δn
I gezeigt. Zur Erhöhung der Strahlgröße für den Einmodenbetrieb
ist ein kleiner Wert von 10
–3 für Δn
I erwünscht. Die
Strahlgröße wird
vorwiegend von der Breite des Bodens des Grabens
28 bestimmt, die
durch die Begrenzungsschicht
26 hindurch geätzt wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.