DE60211962T2 - Halbleiterlaser und Herstellungsverfahren - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser und ein Verfahren zum Herstellen desselben und, im besonderen, einen Halbleiterlaser des Typs mit selbstpositionierendem gestuften Substrat (S3-Typ) und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
  • Die Struktur eines zuvor vorgeschlagenen Halbleiterlasers des S3-Typs ist in 1 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt.
  • In 1 sind eine n-Typ-Mantelschicht 102, die aus n-AlGaInP gebildet ist, eine verspannte aktive Quantenmuldenschicht 103, eine erste p-Typ-Mantelschicht 104, die aus p-AlGaInP gebildet ist, eine alternativ pn-dotierte (Strom)-Blockierschicht 105, die aus AlGaInP gebildet ist, eine zweite p-Typ-Mantelschicht 106, die aus p-AlGaInP gebildet ist, und eine Kontaktschicht 107 aus p-GaAs der Reihe nach auf einem n-GaAs-Substrat 101 gebildet, auf dem eine Stufe 101a mit einer geneigten Ebene ausgebildet ist. Jeweilige Schichten 102 bis 107 auf dem n-GaAs-Substrat 101 haben eine geneigte Ebene, die zu der geneigten Ebene der Stufe 101a jeweilig fast parallel ist. Ferner wird die alternativ dotierte Blockierschicht 105 aufgrund der Eigenschaft gebildet, daß die n-Typ-Verunreinigung ohne weiteres in den flachen Abschnitt eingebaut wird, wenn die p-Typ-Verunreinigung und die n-Typ-Verunreinigung beim Wachsen alternativ zugeführt werden. Im Gegensatz dazu wird die p-Typ-Verunreinigung vorzugsweise in den Abschnitt, der zu der geneigten Ebene der Stufe 101a parallel ist, der AlGaInP-Schicht eingebaut, die die alternativ dotierte Blockierschicht 105 darstellt, um dadurch die p-Typ-Mantelschicht 104 zu bilden.
  • In 1 sind die n-Typ-Mantelschicht 102 und die p-Typ-Mantelschichten 104, 106 durch gestrichelte Linien in erste bis vierte Schichtregionen 111 bis 114 geteilt. Die ersten bis vierten Schichtregionen 111 bis 114 sind Abschnitte, in denen sich ein Verhältnis der Flußrate des Materialgases der Gruppe V zu der Flußrate des Materialgases der Gruppe III (im folgenden als "V/III-Verhältnis" bezeichnet) jeweilig verändert, oder Abschnitte, in denen sich die Wachstumstemperatur jeweilig verändert.
  • Im besonderen sind die ersten und vierten Schichtregionen 111, 114 die Abschnitte, die mit dem hohen V/III-Verhältnis oder der niedrigen Wachstumstemperatur gebildet werden, und die zweiten und dritten Schichtregionen 112, 113 sind die Abschnitte, die mit dem niedrigen V/III-Verhältnis oder der hohen Wachstumstemperatur gebildet werden. Die Erläuterung folgt nun anhand des Beispiels der Schritte zum Verändern des V/III-Verhältnisses des Materialgases, wobei aber ähnliche Vorteile und Strukturen durch das Verändern der Wachstumstemperatur erreicht werden können.
  • Zum Unterscheiden dient das V/III-Verhältnis zur Veränderung von Linien, die die flachen Abschnitte und die Stufenabschnitte der Mantelschichten 102, 104, 106 definieren, d.h., von jeweiligen Profilen von Grenzlinien zwischen den flachen Oberflächen und den geneigten Ebenen der ersten bis vierten Schichtregionen 101 bis 114 (im folgenden als "Wachstumsprofile" bezeichnet). In 1 kennzeichnen Strichpunktlinien Wachstumsprofillinien, die die Veränderung des Wachstumsprofils angeben.
  • Übrigens ist in den Mantelschichten 102, 104, 106 ein Winkel θ zwischen dem flachen Abschnitt und der Wachstumsprofillinie in den Abschnitten klein, die mit dem hohen V/III-Verhältnis gewachsen sind, und dieser Winkel θ weist eine Tendenz zur Zunahme auf, wenn das V/III-Verhältnis verringert wird. Zum Beispiel ist ein Winkel θ01 der Wachstumsprofillinie der ersten Schichtregion 111 kleiner als ein Winkel θ02 der Wachstumsprofillinie der zweiten Schichtregion 112, und ein Winkel θ03 der Wachstumsprofillinie der dritten Schichtregion 113 ist größer als ein Winkel θ04 der Wachstumsprofillinie der vierten Schichtregion 114.
  • Es ist herausgefunden worden, daß in den ersten bis vierten Schichtregionen 111 bis 114 der Winkel θ zwischen dem flachen Abschnitt und der Wachstumsprofillinie die Polarisationsebene des Laserstrahls bei der Laseroszillation beeinflußt und daß die Polarisationsebene zu der Wachstumslinie im wesentlichen senkrecht wird. In der Beziehung zwischen der Strahlform des Laserstrahls und der Richtung der Polarisationsebene wird auf der Basis der Anforderung zum Beibehalten der Kompatibilität mit den Lasern mit anderen Strukturen verlangt, daß die Polarisationsebene in der parallelen Richtung zu der geneigten Ebene der aktiven Schicht 103 liegen sollte. Das heißt, der Winkel θ muß so festgelegt werden, um zu der geneigten Ebene der aktiven Schicht 103 etwa 90 Grad zu betragen.
  • In dieser zuvor vorgeschlagenen Struktur wachsen in den Mantelschichten 102, 104, 106 die Abschnitte, die großen Einfluß auf die Polarisationsebene haben und dicht bei der aktiven Schicht 103 liegen, mit dem niedrigen V/III-Verhältnis, um ihre Wachstumsprofillinien im wesentlichen senkrecht zu der geneigten Ebene der aktiven Schicht 103 auszubilden, und auch die Polarisationsebenen werden parallel zu dem Abschnitt der geneigten Ebene der aktiven Schicht 103 angeordnet, indem die Abschnitte, die wenig Einfluß auf die Polarisationsebene haben und von der aktiven Schicht 103 weit entfernt sind, mit dem hohen V/III-Verhältnis wachsen. Die geneigte Ebene (Stufenabschnitt) der aktiven Schicht 103 wird im folgenden als Streifenabschnitt bezeichnet.
  • Der Grund dafür, daß nicht die gesamten Mantelschichten 102, 104, 106 mit dem niedrigen V/III-Verhältnis wachsen, ist der, daß es in dem Fall, wenn das Wachsen der Schicht an dem Grenzabschnitt zwischen dem n-GaAs-Substrat 101 und der GaAs-Kontaktschicht 107 mit dem niedrigen V/III-Verhältnis erfolgt, schnell zu einem Kristalldefekt an dem Grenzabschnitt zwischen ihnen kommt, und deshalb sollte solch ein Defekt verhindert werden.
  • Einhergehend mit der höheren Geschwindigkeit der optischen Platte als Laserstrahleinstrahlungsobjekt nimmt indessen die optische Leistung, die der Halbleiterlaser haben muß, Jahr für Jahr zu. Ein Faktor, der die höhere Leistung des Halbleiterlasers einschränkt, ist der Knick in der gegenwärtigen optischen Leistungscharakteristik des Halbleiterlasers.
  • Ein Faktor, der den Knick hervorruft, ist die Erscheinung, daß normalerweise die Wachstumsprofillinien an den rechten und linken Abschnitten des Streifenabschnittes nicht völlig parallel zueinander sind. Falls die Komponenten, die die Polarisationsebene verschieden modifizieren, an den rechten und linken Abschnitten des Streifenabschnittes liegen, wird der Transversalmodus des Lasers instabil.
  • Als Verfahren zum Stabilisieren solch eines Transversalmodus ist in der Patentanmeldungsveröffentlichung (KOKAI) Hei 11-26884 offenbart, daß die Übergangsregion, die erscheint, wenn die Mantelschicht mit dem niedrigen V/III-Verhältnis auf der Mantelschicht mit dem hohen V/III-Verhältnis wächst, verwendet werden sollte. Die Übergangsregion hat die Eigenschaft, daß sie bewirkt, daß die rechten und linken Wachstumslinien des Streifenabschnittes parallel gebildet werden, um das Knickniveau zu verbessern.
  • In 1 sind die beiden zweiten und dritten Schichtregionen 112, 113 mit dem niedrigen V/III-Verhältnis gewachsen. In diesem Fall entspricht die zweite Schichtregion 112 der Übergangsregion, die das parallele Bilden der Wachstumsprofillinien bewirkt, und die dritte Schichtregion 113 entspricht der stabilen Region, die erscheint, nachdem die Übergangsregion vollendet ist. Die aktive Schicht 103 ist in der zweiten Schichtregion 112 gebildet, die als Übergangsregion dient.
  • Um die Charakteristik in der Klasse von 100 mW durch weiteres Verbessern des Knickniveaus zu erreichen, ist die weitere Optimierung der Schichtstruktur erforderlich.
  • Hauptverfahrensweisen sind das weitere Einengen des Streifenabschnittes und das Verstärken der Symmetrierung der Wachstumsprofile auf beiden Seiten der aktiven Schicht 103.
  • 2 der beiliegenden Zeichnungen zeigt eine schematische Schnittansicht, die erhalten wird, wenn die schmalere Streifenbildung und die Verstärkung der Wachstumsprofilsymmetrierung der aktiven Schicht unter Einsatz der Technologie nach Stand der Technik erfolgen. Um in 2 die Symmetrierung der Wachstumsprofile der aktiven Schicht zu verstärken, wird die aktive Schicht 103 in dem zentralen Abschnitt der Übergangsregion vorgesehen, die mit dem niedrigen V/III-Verhältnis wächst. Daher werden die zwei Wachstumsprofillinien auf beiden Seiten des Streifenabschnittes der aktiven Schicht 103 parallel.
  • Jedoch werden in der in 2 gezeigten Struktur die folgenden Probleme bei den Vorrichtungscharakteristiken verursacht.
  • Das erste Problem liegt darin, daß die Polarisationsebene des Laserstrahls, der von dem Halbleiterlaser ausgegeben wird, zum Rotieren neigt. Normalerweise scheint die Übergangsregion 112 mit dem niedrigen V/III-Verhältnis, die auf der ersten Schichtregion 111 gebildet wird, die als Wachstumsschicht mit dem hohen V/III-Verhältnis dient, keine Dicke von etwa 0,5 μm oder mehr zu haben. Deshalb kann, falls diese Übergangsregion oberen und unteren Abschnitten der aktiven Region 103 zugeordnet ist, auf einer Seite nur die Dicke von etwa 0,25 μm gegeben sein. Um die Charakteristikminderung aufgrund der optischen Absorption des GaAs-Substrates 101 zu verhindern, muß im Gegensatz dazu die n-Typ-Mantelschicht 102 wenigstens eine Dicke von 1,5 μm haben, und deshalb wird eine Belegungsrate der Schichtregion 111 mit dem hohen V/III-Verhältnis in der n-Typ-Mantelschicht 102 hoch. Als Resultat ist es unmöglich, die Polarisationsebene des Laserstrahls parallel zu dem Streifenabschnitt der aktiven Schicht 103 beizubehalten.
  • Das zweite Problem liegt darin, daß eine Breite zwischen den rechten und linken Blockierschichten 105, die zwischen der ersten p-Typ-Mantelschicht 104 und der zweiten p-Typ-Mantelschicht 106 gebildet sind, aufgrund der schmaleren Streifenbildung eingeengt wird und daher der Vorrichtungswiderstand zunimmt. Die Blockierschicht 105 wird gemäß dem vorherigen Vorschlag in der stabilisierten Region gebildet, die mit dem niedrigen V/III-Verhältnis wächst und als dritte Schichtregion 113 dient. In dieser stabilisierten Region werden die Wachstumsprofillinien in Form des Zeichens "A" gebildet, wenn die Schichtdicke zunimmt, und somit ist eine starke Tendenz dahingehend zu verzeichnen, daß eine Breite der geneigten Oberfläche der p-Typ-Mantelschicht 104 verringert wird. Als Resultat ist die Widerstandserhöhung der p-Typ-Mantelschicht 104 zwischen den Stromblockierschichten 105, die im oberen Ende der dritten Schichtregion 113 gebildet sind, beträchtlich.
  • Ein anderer Laser nach Stand der Technik ist aus dem US-Patent US-A-5 862 166 bekannt, worin ein Halbleiterlaser mit gestuftem Substrat (stepped substrate semiconductor laser: S3-Laser) (11) offenbart ist, mit einem gestuften Substrat des n-Typs (60), Mantelschichten des n-Typs (61-63), einer aktiven Schicht (64), Schichten des p-Typs (65, 66) und einer alternierend p-n-dotierten Schicht (67a, 67b), die als Schicht des p-Typs (67a) längs der geneigten Abschnitte dient, und als Stromblockierschichten des n-Typs (67b) in den Regionen, die längs der Hauptebenen orientiert sind, bei dem in der senkrechten Ebene zu der Bewegungsrichtung von Licht dann, wenn der Winkel zwischen der ersten Wachstumsprofillinie der ersten Mantelschicht des p-Typs (65) und der ersten Hauptebene θ11 ist und der Winkel zwischen der zweiten Wachstumsprofillinie der zweiten Mantelschicht des p-Typs (67) und der ersten Hauptebene θ12 ist, θ11 > θ12 erfüllt wird. Eine Schicht des p-Typs (66) mit dem kleineren Wachstumsprofilwinkel θ12 ist zwischen Schichten (65) und (67) vorgesehen.
  • Es ist wünschenswert, einen Halbleiterlaser vorzusehen, bei dem eine Schichtstruktur, durch die ein Knickniveau einer optischen Leistungscharakteristik verbessert werden kann, auf einem gestuften Substrat gebildet ist, und ein Verfahren zum Herstellen desselben.
  • Eine Ausführungsform gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann einen Halbleiterlaser vorsehen, mit: einem gestuften Substrat eines ersten Leitungstyps, das erste Hauptebenen hat, die eine (100)-Ebene oder eine (n11)-A-Ebene exponieren, wobei n < 7 ist und n eine reelle Zahl ist, und eine erste geneigte Ebene, die eine (n111)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n1 < 7 ist und n1 eine reelle Zahl ist; einer Mantelschicht des ersten Leitungstyps, die auf dem gestuften Substrat gebildet ist; einer aktiven Schicht, die auf der Mantelschicht des ersten Leitungstyps gebildet ist und zweite Hauptebenen, die eine (100)-Ebene oder eine (n11)-A-Ebene exponieren, wobei n < 7 ist und n eine reelle Zahl ist, und eine zweite geneigte Ebene, die eine (n211)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n2 < 7 ist und n2 eine reelle Zahl ist, über den ersten Hauptebenen hat; einer ersten Schicht einer Mantelschicht eines zweiten Leitungstyps, die auf der aktiven Schicht gebildet ist; und einer alternierend pndotierten Schicht, die auf und in Kontakt mit der ersten Schicht der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps gebildet ist und als zweite Schicht der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps in einer Region dient, die längs der zweiten geneigten Ebene angeordnet ist, und als Stromblockierschichten des ersten Leitungstyps in einer Region dient, die längs der zweiten Hauptebenen angeordnet ist; bei dem in der senkrechten Ebene zu der Bewegungsrichtung von Licht, wenn ein Winkel einer ersten Wachstumsprofillinie zu den zweiten Hauptebenen, welche erste Wachstumsprofillinie jeweilige Linien der unteren Seite einer oberen geneigten Ebene und einer unteren geneigten Ebene verbindet, wobei beide geneig ten Ebenen längs der zweiten geneigten Ebene gebildet sind, der ersten Schicht der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps θ11 ist und ein Winkel einer zweiten Wachstumsprofillinie zu den zweiten Hauptebenen, welche zweite Wachstumsprofillinie jeweilige Linien der unteren Seite einer oberen geneigten Ebene und einer unteren geneigten Ebene verbindet, wobei beide geneigten Ebenen längs der zweiten geneigten Ebene gebildet sind, der zweiten Schicht der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps θ12 ist, θ11 > θ12 erfüllt wird.
  • Daher werden in den Mantelschichten des zweiten Leitungstyps, die die mehrschichtige Struktur haben, die über der aktiven Schicht gebildet ist, die Stromblockierregionen auf beiden Seiten der geneigten Ebene in der unteren Region der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps gebildet, worin der Winkel der Wachstumsprofillinie klein ist.
  • Folglich wird die Neigung der Wachstumsprofillinie der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps, die längs der geneigten Ebene der aktiven Schicht gebildet ist und zwischen den Stromblockierregionen liegt, klein, aber das Wachstumsprofil der Region zwischen den Stromblockierregionen behält auch dann, wenn die Schichtdicke zunimmt, fast dieselbe Breite bei. Auch wenn der Streifenabschnitt als schmaler Streifen gebildet wird, wird deshalb die Mantelschicht des zweiten Leitungstyps zwischen den Stromblockierregionen nicht eingeengt, und ferner wird der elektrische Widerstand der Vorrichtung reduziert. Die Reduzierung des elektrischen Widerstandes der Vorrichtung verhindert eine Verschlechterung des Knickniveaus der Leistungscharakteristik.
  • Um zu verhindern, daß die Breite der geneigten Ebene der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps, die zwischen den Stromblockierregionen gebildet ist, schmal wird, wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Verfahren des Wachsens der Stromblockierregionen in den stabilen Regionen mit dem niedrigen V/III-Verhältnis nicht verwendet, sondern es kommt das Verfahren zum Bilden der Stromblockierregionen mit dem hohen V/III-Verhältnis oder der niedrigen Wachstumstemperatur zum Einsatz.
  • In den Schichten, die mit dem hohen V/III-Verhältnis oder der niedrigen Wachstumstemperatur wachsen, werden die Winkel der Wachstumsprofillinien an den Seitenabschnitten der geneigten Ebene klein, wobei dennoch die Tendenz, daß die Breite des Streifenabschnittes reduziert wird, wenn die Schichtdicke zunimmt, anders als beim Wachsen der stabilen Region, das mit dem niedrigen V/III-Verhältnis oder der hohen Wachstumstemperatur erfolgt, klein ist. Deshalb wird das Wachsen mit niedrigem V/III-Verhältnis auf das Wachsen mit dem hohen V/III-Verhältnis in der Stufe mit geringer Dicke von dem stabilen Wachsen mit dem niedrigen V/III-Verhältnis umgeschaltet, wobei die Reduzierung der Breite des Streifenabschnittes nicht auffällig ist, und dann kann die Zunahme des Vorrichtungswiderstandes dadurch verhindert werden, indem die Stromblockierregionen unter diesen Bedingungen durch die alternative pn-Dotierung gebildet werden.
  • Eine Ausführungsform gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung kann ein Halbleiterlaserherstellungsverfahren vorsehen, mit den Schritten: Bilden einer Mantelschicht eines ersten Leitungstyps auf einem gestuften Substrat mit einer ersten geneigten Ebene, die eine (n111)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n1 < 7 ist und n1 eine reelle Zahl ist, und ersten Hauptebenen, die eine (100)-Ebene oder eine (n11)-A-Ebene exponieren, wobei n < 7 ist und n eine reelle Zahl ist, auf beiden Seiten der ersten geneigten Ebene; Bilden einer aktiven Schicht, die zweite Hauptebenen, die die (100)-Ebene oder die (n11)-A-Ebene exponieren, wobei n < 7 und n eine reelle Zahl ist, über den ersten Hauptebenen hat, und eine zweite geneigte Ebene, die eine (n211)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n2 < 7 ist und n2 eine reelle Zahl ist, auf der Mantelschicht des ersten Leitungstyps; Bilden einer ersten Schicht der Mantelschicht eines zweiten Leitungstyps auf der aktiven Schicht durch Festlegen eines V/III-Verhältnisses, das ein Verhältnis einer Quelle der Gruppe V zu einer Quelle der Gruppe III ist, auf einen ersten Wert; Bilden einer zweiten Schicht der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps über der zweiten geneigten Ebene der aktiven Schicht und Bilden von Stromblockierschichten des ersten Leitungstyps, in Kontakt mit der ersten Schicht, über den zweiten Hauptebenen der aktiven Schicht durch Festlegen des V/III-Verhältnisses der Quellen auf einen zweiten Wert, der höher als der erste Wert ist, und alternatives Einführen eines Dotanten des zweiten Leitungstyps und eines Dotanten des ersten Leitungstyps; und Bilden einer dritten Schicht der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps auf der zweiten Schicht der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps und den Stromblockierschichten des ersten Leitungstyps, während das V/III-Verhältnis der Quellen auf dem zweiten Wert gehalten wird.
  • Eine Ausführungsform gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung kann ein Halbleiterlaserherstellungsverfahren vorsehen, mit den Schritten: Bilden einer Mantelschicht eines ersten Leitungstyps auf einem gestuften Substrat mit einer ersten geneigten Ebene, die eine (n111)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n1 < 7 ist und n1 eine reelle Zahl ist, und ersten Hauptebenen, die eine (100)-Ebene oder eine (n11)-A- Ebene exponieren, wobei n < 7 ist und n eine reelle Zahl ist, auf beiden Seiten der ersten geneigten Ebene; Bilden einer aktiven Schicht, die zweite Hauptebenen, die die (100)-Ebene oder die (n11)-A-Ebene exponieren, wobei n < 7 und n eine reelle Zahl ist, über den ersten Hauptebenen hat, und eine zweite geneigte Ebene, die eine (n211)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n2 < 7 ist und n2 eine reelle Zahl ist, auf der Mantelschicht des ersten Leitungstyps; Bilden einer ersten Schicht der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps auf der aktiven Schicht durch Festlegen einer Wachstumstemperatur auf einen ersten Wert; Bilden einer zweiten Schicht der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps über der zweiten geneigten Ebene der aktiven Schicht und Bilden von Stromblockierschichten des ersten Leitungstyps, in Kontakt mit der ersten Schicht, über den zweiten Hauptebenen der aktiven Schicht durch Festlegen der Wachstumstemperatur auf einen zweiten Wert, der niedriger als der erste Wert ist, und alternatives Einführen eines Dotanten des zweiten Leitungstyps und eines Dotanten des ersten Leitungstyps; und Bilden einer dritten Schicht der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps auf der zweiten Schicht der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps und den Stromblockierschichten des ersten Leitungstyps, während die Wachstumstemperatur auf dem zweiten Wert gehalten wird.
  • In einer Struktur, die für die vorliegende Erfindung relevant ist, diese aber nicht speziell verkörpert, sind die Mantelschichten des ersten Leitungstyps, die unter der aktiven Schicht gebildet sind, auf der gestuften Ebene des Substrates gebildet, um wenigstens eine vierschichtige Struktur zu haben, und der Winkel der wachstumsprofillinie der geneigten Ebene der obersten Mantelschicht des ersten Leitungstyps zu der flachen Hauptebene wird vergrößert, indem die Winkel der Wachstumsprofillinien der geneigten Ebenen der Mantelschichten des ersten Leitungstyps zu der Hauptebene verändert werden, um abwechselnd klein, groß, klein und groß zu sein.
  • Demzufolge kann der Winkel der Wachstumsprofillinie der geneigten Ebene der Mantelschicht des ersten Leitungstyps, die genau unter der aktiven Schicht gebildet ist, im wesentlichen rechtwinklig zu dem Streifenabschnitt der aktiven Schicht festgelegt werden. Zusätzlich sind wenigstens zwei Schichten, die die Wachstumsprofillinie mit dem Winkel haben, der im wesentlichen rechtwinklig zu dem Streifenabschnitt der aktiven Schicht ist, in den Mantelschichten des ersten Leitungstyps alternierend vorgesehen. Deshalb kann in den Mantelschichten des ersten Leitungstyps eine Gesamtschichtdicke der Schichten, die die Wachstumsprofillinie haben, die zu dem Streifenabschnitt der aktiven Schicht im wesentlichen nicht rechtwinklig wird, viel mehr als nach Stand der Technik reduziert werden. Als Resultat wird die Rotation der Polarisationsebene des Laserstrahls unterdrückt, und somit wird das hohe Knickniveau der Leistungscharakteristik des Halbleiterlasers beibehalten.
  • Beispielhaft wird nun Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen, in denen:
  • 1 (oben beschrieben) eine Schnittansicht ist, die ein erstes Beispiel für einen zuvor vorgeschlagenen Halbleiterlaser des S3-Typs zeigt;
  • 2 (oben beschrieben) eine Schnittansicht ist, die ein zweites Beispiel für einen zuvor vorgeschlagenen Halbleiterlaser des S3-Typs zeigt;
  • 3, 4, 5 und 6 Schnittansichten in der senkrechten Ebene zu der Bewegungsrichtung von Licht sind, die Schritte zum Bilden des Halbleiterlasers des S3-Typs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen; und
  • 7 eine Schnittansicht in der senkrechten Ebene zu der Bewegungsrichtung von Licht ist, die ein anderes Beispiel für eine Schichtstruktur des Halbleiterlasers des S3-Typs gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 bis 6 sind Schnittansichten, die Schritte zum Bilden des Halbleiterlasers des S3-Typs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 3 zeigt einen Querschnitt einer Struktur, worin n-Typ-Mantelschichten auf einem Substrat mit einer Niveaudifferenz gebildet sind. Diese Struktur wird durch folgendes Verfahren gebildet.
  • Zuerst wird ein n-GaAs-Substrat 1, dessen Hauptebene von einer (100)-Ebene mit einem Winkel von 6 Grad hin zu einer (111)-A-Ebene versetzt ist und das einen Durchmesser von 2 Zoll hat, vorbereitet. Als n-Typ-Verunreinigung wird Silizium in das n-GaAs-Substrat 1 mit der Konzentration von etwa 4 × 1018 cm–3 dotiert.
  • Eine Niveaudifferenz wird auf der Hauptebene gebildet, indem ein streifenförmiges Resist (nicht gezeigt) auf der Hauptebene des n-GaAs-Substrates 1 gebildet wird und dann der Abschnitt, der nicht mit dem Resist bedeckt ist, unter Einsatz einer fluorwasserstoffhaltigen Lösung bis in eine Tiefe von etwa 0,5 μm geätzt wird. Falls die Hauptebene, die mit dem Resist bedeckt ist, als obere Hauptebene 1a defi niert ist und die Hauptebene, die durch das Ätzen erscheint, als untere Hauptebene 1b definiert ist, wird eine geneigte Ebene 1c, die eine Ebenenrichtung von ungefähr einer (411)-A-Ebene hat und eine Breite von etwa 1,15 μm hat, an der Grenze zwischen der oberen Hauptebene 1a und der unteren Hauptebene 1b gebildet. Diese geneigte Ebene 1c hat die Form eines Streifens, der sich zum Beispiel in einer <011>-Richtung erstreckt.
  • Das Resist seinerseits wird von dem n-GaAs-Substrat 1 entfernt, und dann wird eine Pufferschicht 2, die aus n-GaAs gebildet wird und eine Dicke von 1,0 μm hat, auf der oberen Hauptebene 1a, der unteren Hauptebene 1b und der geneigten Ebene 1c des n-GaAs-Substrates 1 gebildet. In der Pufferschicht 2 erscheint eine geneigte Ebene 2a mit der Ebenenrichtung von ungefähr einer (411)-A-Ebene auf der geneigten Ebene 1c des n-GaAs-Substrates 1.
  • Die GaAs-Schicht, die die Pufferschicht 2 bildet, wird durch das MOVPE-Verfahren unter Verwendung von Triethylgallium (TEGa: Ga(C2H5)3) als Galliummaterialgas und Arsin (AsH3) als Arsenmaterialgas gebildet. In diesem Fall wird die Wachstumsrate auf 1 μm/Stunde festgelegt, und das V/III-Verhältnis wird auf 100 festgelegt. Beim Wachsen der GaAs-Schicht wird die n-Typ-Verunreinigung unter Verwendung von Disilan (Si2H6) als Dotierungsmaterial des n-Typs eingeführt. Die n-Typ-Verunreinigungskonzentration in der Pufferschicht 2 wird auf etwa 5 × 1017 cm–3 festgelegt.
  • Eine Vielzahl von Schichten von der Pufferschicht 2 bis zu einer Kontaktschicht 14, die später beschrieben ist, wird insgesamt durch das MOVPE-Verfahren kontinuierlich gebildet, und zwar unter den Bedingungen einer Substrattemperatur von 680 °C, einem Wachstumsluftdruck von 50 Torr, einer Wachstumseffektivität von 80 μm/mol und einer Gesamtgasflußrate von 8 slm. Die Gasquelle zum Wachsen dieser Schichten wird der Wachstumsatmosphäre unter Verwendung von Wasserstoff als Trägergas zugeführt.
  • Dann wird eine untere Zwischenschicht 3 aus GaInP und mit einer Schichtdicke von 0,1 μm auf der Pufferschicht 2 gebildet. Dieses GaInP wird unter den Bedingungen des V/III-Verhältnisses von 500 und einer Wachstumsrate von 1 μm/Stunde gebildet. Damit GaInP wächst, werden TEGa und Trimethylindium (TMIn: In(CH3)3) als Quellengas der Gruppe III verwendet und wird auch Phosphin (PH3) als Quellengas der Gruppe V verwendet. Ferner wird Disilan als Dotant des n-Typs verwendet, um die Verunreinigungskonzentration in der unteren Zwischenschicht 3 auf etwa 1×1018 cm18 zu bringen. Eine geneigte Ebene 3a, die zu der geneigten Ebene 2a der Pufferschicht 2 parallel ist, wird in der unteren Zwischenschicht 3 gebildet.
  • Zusätzlich werden erste bis vierte n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 aus n-AlGaInP der Reihe nach auf der unteren Zwischenschicht 3 gebildet, während die Bedingungen verändert werden. Eine Schichtdicke der ersten n-Typ-Mantelschicht 4 beträgt 0,3 μm, eine Schichtdicke der zweiten n-Typ-Mantelschicht 5 beträgt 1,0 μm, eine Schichtdicke der dritten n-Typ-Mantelschicht 6 beträgt 0,3 μm, und eine Schichtdicke der vierten n-Typ-Mantelschicht 7 beträgt 0,25 μm.
  • Beim Wachsen der ersten bis vierten n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 werden Trimethylaluminium (TMAl: Al(CH3)3), TEGa und TMIn als Quellengas der Gruppe III verwendet und wird Phosphin als Quellengas der Gruppe V verwendet, und ferner wird Disilan als n-Typ-Dotant verwendet. Die n-Typ-Verunreinigungskonzentration in den ersten bis vierten n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 wird auf 5×1017 cm–3 festgelegt.
  • Die ersten bis vierten n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 haben obere geneigte Ebenen 4a bis 7a, die zu der geneigten Ebene 1c des n-GaAs-Substrates 1 jeweilig fast parallel sind, und haben auch flache Oberflächen, die zu den Hauptebenen 1a, 1b des n-GaAs-Substrates 1 parallel sind und mit diesen geneigten Ebenen 4a bis 7a jeweilig verbunden sind.
  • Das V/III-Verhältnis zum Wachsen der ersten n-Typ-Mantelschicht 4 wird auf einen hohen Wert von 270 gesetzt; das V/III-Verhältnis zum Wachsen der zweiten n-Typ-Mantelschicht 5 wird auf einen niedrigen wert von etwa 110 gesetzt; das V/III-Verhältnis zum Wachsen der dritten n-Typ-Mantelschicht 6 wird auf einen hohen Wert von etwa 270 gesetzt; und das V/III-Verhältnis zum Wachsen der vierten n-Typ-Mantelschicht 7 wird auf einen niedrigen Wert von etwa 110 gesetzt.
  • Falls die ersten bis vierten n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 kontinuierlich wachsen, während das V/III-Verhältnis auf diese Weise verändert wird, werden Profile der Grenzlinien zwischen den flachen Oberflächen und den geneigten Ebenen 4a bis 7a in den ersten bis vierten n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 (Wachstumsprofile) jeweilig verändert.
  • Veränderungen der Profile der Grenzlinien zwischen den unteren flachen Oberflächen und den geneigten Ebenen 4a bis 7a in den ersten bis vierten n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 (untere Wachstumsprofile) sind als untere Wachstumsprofillinien gegeben, die auf der rechten Seite von 3 jeweilig durch Strichpunktlinien gekennzeichnet sind. Ferner sind Veränderungen der Profile der Grenzlinien zwischen den oberen flachen Oberflächen und den geneigten Ebenen 4a bis 7a in den ersten bis vierten n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 (obere Wachstumsprofile) als obere Wachstumsprofillinien gegeben, die auf der linken Seite von 3 jeweilig durch Strichpunktlinien gekennzeichnet sind. In diesem Fall sind mit unteren flachen Oberflächen Flächen gemeint, die zu der unteren Hauptebene 1b des n-GaAs-Substrates 1 parallel sind, und mit den oberen flachen Oberflächen sind Flächen gemeint, die zu der oberen Hauptebene 1a des n-GaAs-Substrates 1 parallel sind.
  • Mit anderen Worten: die untere Wachstumsprofillinie der ersten n-Typ-Mantelschicht 4 ist eine Linie, die eine Linie der unteren Seite der geneigten Ebene 4a der ersten n-Typ-Mantelschicht 4 und eine Linie der unteren Seite der geneigten Ebene 3a verbindet. Ähnlich sind die unteren Wachstumsprofillinien der zweiten bis vierten n-Typ-Mantelschichten 5 bis 7 definiert. Auch mit anderen Worten ausgedrückt: die obere Wachstumsprofillinie der ersten n-Typ-Mantelschicht 4 ist eine Linie, die eine Linie der oberen Seite der geneigten Ebene 4a der ersten n-Typ-Mantelschicht 4 und eine Linie der oberen Seite der geneigten Ebene 3a verbindet. Ähnlich sind die oberen Wachstumsprofillinien der zweiten bis vierten n-Typ-Mantelschichten 5 bis 7 definiert.
  • Wenn hierbei angenommen wird, daß ein Winkel zwischen der unteren Wachstumsprofillinie und der unteren flachen Oberfläche auf θ1, θ3 in den ersten und dritten n-Typ-Mantelschichten 4, 6 festgelegt ist, die jeweilig mit dem hohen V/III-Verhältnis wachsen, und daß ein Winkel zwischen der unteren Wachstumsprofillinie und der unteren flachen Oberfläche auf θ2, θ4 in den zweiten und vierten n-Typ-Mantelschichten 5, 7 festgelegt ist, die jeweilig mit dem niedri gen V/III-Verhältnis wachsen, sind die Größenbeziehungen zwischen diesen Winkeln θ1, θ2, θ3 und θ4 gegeben als θ1 < θ2, θ2 > θ3, θ3 < θ4.
  • Ferner wirkt in der zweiten n-Typ-Mantelschicht 5, die eine Dicke von 1,0 μm hat und mit dem niedrigen V/III-Verhältnis gebildet wird, die Region, die eine Dicke von etwa 0,5 μm ab Beginn des Wachstums erreicht, als Übergangsregion, und ihre untere Wachstumsprofillinie und ihre obere Wachstumsprofillinie werden zu der geneigten Ebene 5a fast rechtwinklig, und die Region, die eine anschließende Dicke von etwa 0,5 μm erreicht, wirkt als stabile Region, und ein Abstand der Wachstumsprofillinien auf beiden Seiten der geneigten Ebene 5a wird ziemlich schmal.
  • Die erste n-Typ-Mantelschicht 4 und die dritte n-Typ-Mantelschicht 6 werden mit dem hohen V/III-Verhältnis gebildet, und ihre Winkel θ1, θ3 zwischen den Wachstumsprofillinien auf beiden Seiten dieser geneigten Ebenen 4a, 6a und den geneigten Ebene 4a, 6a sind im wesentlichen nicht rechtwinklig. Eine Schichtdicke der ersten und dritten n-Typ-Mantelschichten 4, 6 beträgt jedoch insgesamt etwa 0,6 μm und beläuft sich damit auf ungefähr 32 % der Gesamtschichtdicke der n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 und ist kleiner als nach Stand der Technik. Deshalb kann die Situation eliminiert werden, daß die ersten und dritten n-Typ-Mantelschichten 4, 6, die Wachstumsprofillinien mit solch einer Neigung haben, die Polarisationsebene des Laserstrahls rotieren.
  • Da eine Dicke der vierten n-Typ-Mantelschicht 7, die mit dem niedrigen V/III-Verhältnis auf der dritten n-Typ-Mantelschicht 6 gebildet wird, die mit dem hohen V/III-Verhältnis gebildet ist, 0,25 μm beträgt, bilden die untere wachstumsprofillinie und die obere Wachstumsprofillinie der vierten n-Typ-Mantelschicht 7 im wesentlichen einen rechten Winkel (d.h., sie sind rechtwinklig) zu der geneigten Ebene 7a. Der "im wesentlichen rechte Winkel" ist ein Winkel, der ausgehend von 90 Grad innerhalb des Bereiches von ± 15 Grad, jedoch vorzugsweise von ± 10 Grad liegt.
  • Nachdem die n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 wie oben beschrieben gebildet sind, wie in 4 gezeigt, wird eine verspannte aktive Quantenmuldenschicht 8 auf der vierten n-Typ-Mantelschicht 7 gebildet, und dann werden darauf sequentiell eine erste p-Typ-Mantelschicht 9 und eine zweite p-Typ-Mantelschicht 10 gebildet.
  • Die verspannte aktive Quantenmuldenschicht 8 hat eine streifenförmige obere geneigte Ebene 8a, die zu der geneigten Ebene 7a der vierten n-Typ-Mantelschicht 7 parallel ist und eine Breite von 1,15 μm hat. Auch die ersten und zweiten p-Typ-Mantelschichten 9, 10 haben obere geneigte Ebenen 9a, 10a, die zu der geneigten Ebene 8a der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht 8 jeweilig parallel sind.
  • Die verspannte aktive Quantenmuldenschicht 8 hat eine erste Barrierenschicht 8b, eine erste Muldenschicht 8c, eine zweite Barrierenschicht 8d, eine zweite Muldenschicht 8e, eine dritte Barrierenschicht 8f, eine dritte Muldenschicht 8g und eine vierte Barrierenschicht 8h, die zum Beispiel in der Reihenfolge auf der vierten n-Typ-Mantelschicht 7 gebildet sind.
  • Die ersten bis vierten Barrierenschichten 8b, 8d, 8f, 8h sind aus einer (Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P-Schicht gebildet, die mit einer Wachstumsrate von 1 μm/Stunde gebildet wird und eine Schichtdicke von 5 nm hat. Damit diese (Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P-Schicht wächst, werden TMAl, TEGa und TMIn als Quellengas der Gruppe III eingesetzt und wird Phosphin als Quellengas der Gruppe V eingesetzt.
  • Die ersten bis dritten Muldenschichten 8c, 8e, 8g sind aus einer Ga0,42In0,58P-Schicht gebildet, die mit dem V/III-Verhältnis von 330 und der Wachstumsrate von 1 μm/Stunde gebildet wird und eine Schichtdicke von 5 nm hat. Damit diese Ga0,42In0,58P-Schicht wächst, werden TEGa und TMIn als Quellengas der Gruppe III eingesetzt und wird Phosphin als Quellengas der Gruppe V eingesetzt.
  • In diesem Fall hat die verspannte aktive Quantenmuldenschicht 8 nicht den Vorteil, daß sie als Schicht mit hohem V/III-Verhältnis das Wachstumsprofil verändern kann, da ihre Schichtdicke dünn ist.
  • Ferner ist sowohl die erste p-Typ-Mantelschicht 9 als auch die zweite p-Typ-Mantelschicht 10 aus einer p-AlGaInP-Schicht gebildet, die mit dem V/III-Verhältnis von 110 und der Wachstumsrate von 2,2 μm/Stunde gebildet wird. Damit diese p-AlGaInP-Schicht wächst, werden TMAl, TEGa und TMIn als Quellengas der Gruppe III eingesetzt, wird Phosphin als Quellengas der Gruppe V eingesetzt und wird Diethylzink (DEZ: (C2H5)Zn) als p-Typ-Dotant eingesetzt. Das DEZ-Gas wird mit einer Flußrate eingeleitet, die ein Verhältnis von 0,1 zu der Flußrate des Quellengases der Gruppe III hat. Die p-Typ-Verunreinigungskonzentration in den ersten und zweiten p-Typ-Mantelschichten 9, 10 wird in den geneigten Ebenen 9a, 10a jeweilig auf 7×1017 cm–3 festgelegt und wird in den flachen Oberflächen auf 1,2×1017 cm–3 festgelegt.
  • Auf diese Weise werden die erste p-Typ-Mantelschicht 9 und die zweite p-Typ-Mantelschicht 10 unter denselben Bedin gungen gebildet. In diesem Fall ist die erste p-Typ-Mantelschicht 9 in der Übergangsregion angeordnet, die mit dem niedrigen V/III-Verhältnis über der dritten n-Typ-Mantelschicht 6 gebildet ist, die mit dem hohen V/III-Verhältnis gebildet wird. Winkel der Wachstumsprofillinien auf beiden Seiten der geneigten Ebene 9a sind mit den Winkeln θ4 der Wachstumsprofillinien auf beiden Seiten der geneigten Ebene 7a der vierten n-Typ-Mantelschicht 7 identisch und bilden im wesentlichen einen rechten Winkel zu der geneigten Ebene 8a der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht 8. Als Resultat kann die verspannte aktive Quantenmuldenschicht 8 im Zentrum der Übergangsregion positioniert sein, die mit dem niedrigen V/III-Verhältnis gebildet wird.
  • Im Gegensatz dazu ist die zweite p-Typ-Mantelschicht 10 eine stabile Schicht, die von der dritten n-Typ-Mantelschicht 6, die mit dem hohen V/III-Verhältnis gebildet wird, um 0,5 μm oder mehr entfernt ist, wird ein Abstand zwischen den Wachstumsprofillinien auf beiden Seiten der geneigten Ebene 10a hin zu der oberen Position allmählich eingeengt, und somit bilden die Winkel der Wachstumsprofillinien auf beiden Seiten der geneigten Ebene 10a im wesentlichen keinen rechten Winkel zu der geneigten Ebene 8a der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht 8. Da eine Schichtdicke der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 jedoch nahezu 0,1 μm beträgt, ist eine Breite der geneigten Ebene 10a geringfügig schmaler als eine Breite der geneigten Ebene 9a der ersten p-Typ-Mantelschicht 9, wird aber nicht so schmal, um die Stromdurchgangsregion wesentlich einzuengen.
  • Als nächstes wird, wie in 5 gezeigt, eine dritte p-Typ-Mantelschicht 11 aus AlGaInP mit einer Dicke von 1,1 μm auf der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 gebildet.
  • Um die dritte p-Typ-Mantelschicht 11 zu bilden, werden TMAl, TEGa und TMIn als Quellengas der Gruppe III eingesetzt, wird Phosphin als Quellengas der Gruppe V eingesetzt, wird das V/III-Verhältnis auf 270 erhöht und wird die Wachstumsrate auf 2,2 μm/Stunde festgelegt und werden DEZ als p-Typ-Dotierungsquelle und H2Se als n-Typ-Dotierungsquelle alternativ zugeführt, bis die Schichtdicke 0,35 μm erreicht. Daher kann die dritte p-Typ-Mantelschicht 11 nur auf der geneigten Ebene 10a der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 gebildet werden, bis die Schichtdicke ab dem Boden 0,35 μm erreicht. Im Gegensatz dazu inkorporiert AlGaInP, das auf dem flachen Abschnitt der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 wächst, außer dem p-Typ-Dotanten viele n-Typ-Dotanten, um im wesentlichen den n-Typ aufzuweisen. Solches n-Typ-AlGaInP mit einer Schichtdicke von 0,35 μm wird als n-Typ-Stromblockierschichten 12a, 12b beiderseits der Schräge 10a aufgetragen.
  • Die Erscheinung, daß AlGaInP, das auf diese Weise durch die alternative Zufuhr des n-Typ-Dotanten und des p-Typ-Dotanten wächst, in der geneigten Ebene den p-Typ und in der flachen Oberfläche den n-Typ aufweist, ist auf die Abhängigkeit der Einbauraten des n-Typ-Dotanten und des p-Typ-Dotanten von der Ebenenrichtung zurückzuführen.
  • Daher wird die dritte p-Typ-Mantelschicht 11, die zu der geneigten Ebene 10a parallel ist und deren stoffliche p-Typ-Verunreinigungskonzentration auf 7×1017 cm–3 festgelegt wird, auf der geneigten Ebene 10a der zweiten p-Typ-Mantel schicht 10 gebildet, während die n-Typ-Stromblockierschichten 12a, 12b, deren stoffliche n-Typ-Verunreinigungskonzentration auf 6×1017 cm–3 festgelegt wird, auf der flachen Oberfläche der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 gebildet wird.
  • Wenn AlGaInP in einer Dicke von 0,35 μm gebildet wird, während der n-Typ-Dotant und der p-Typ-Dotant auf diese Weise alternativ umgeschaltet werden, und dann AlGaInP in einer Dicke von 0,75 μm gebildet wird, während nur DEZ kontinuierlich als Dotant zugeführt wird, vergrößert die dritte p-Typ-Mantelschicht 11 nicht nur die Schichtdicke auf der geneigten Ebene 10a der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10, sondern sie wird auch auf den n-Typ-Stromblockierschichten 12a, 12b gebildet. Deshalb ist die p-Typ-Halbleiterschicht auf und unter den n-Typ-Stromblockierschichten 12a, 12b vorhanden, und somit existiert ein pnp-Übergang über beiden Seiten der geneigten Ebene 8a der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht 8.
  • In der dritten p-Typ-Mantelschicht 11 wird die p-Typ-Verunreinigungskonzentration in den flachen Regionen auf den n-Typ-Stromblockierschichten 12a, 12b auf 1,2×1017 cm–3 festgelegt und wird die p-Typ-Verunreinigungskonzentration in der Region der geneigten Ebene 11a, die zwischen diesen flachen Regionen gebildet ist, auf 7×1017 cm–3 festgelegt.
  • Falls angenommen wird, daß ein Winkel zwischen der unteren Wachstumsprofillinie, die an der Grenze zwischen der geneigten Ebene 11a der dritten p-Typ-Mantelschicht 11 und der unteren flachen Oberfläche erscheint, und der unteren flachen Oberfläche θ12 ist und ferner ein Winkel zwischen der unteren Wachstumsprofillinie, die an der Grenze zwischen der geneigten Ebene 10a der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 und der unteren flachen Oberfläche erscheint, und der unteren flachen Oberfläche θ11 ist, wird θ12 kleiner als θ11, Im besonderen wird der Winkel θ12 der Wachstumsprofillinie der dritten p-Typ-Mantelschicht 11, die mit dem hohen V/III-Verhältnis gebildet wird, kleiner als der Winkel θ11 der Wachstumsprofillinien der ersten und zweiten p-Typ-Mantelschichten 9, 10, die mit dem niedrigen V/III-Verhältnis gebildet werden, wobei dennoch die Tendenz, daß die Breite der geneigten Ebene 11a bei Erhöhung der Schichtdicke reduziert wird, in solch einer dritten p-Typ-Mantelschicht 11 anders als in der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 klein ist. Als Resultat wird, falls die dritte p-Typ-Mantelschicht 11 durch Erhöhen des V/III-Verhältnisses in der Stufe mit der kleinen Dicke gebildet wird, bevor die Reduzierung der Streifenbreite der geneigten Ebene 10a der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 auffällig wird, die Region, durch die der Strom fließt, nicht eingeengt, und somit kann die Erhöhung des Vorrichtungswiderstandes verhindert werden.
  • Mit anderen Worten, die untere Wachstumsprofillinie der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 entspricht einer Linie, die die Linie der unteren Seite der geneigten Ebene 10a der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 und die Linie der unteren Seite der geneigten Ebene 9a verbindet. Auch die untere Wachstumsprofillinie der dritten p-Typ-Mantelschicht ist ähnlich definiert. Mit anderen Worten: die obere Wachstumsprofillinie der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 entspricht zusätzlich einer Linie, die die Linie der oberen Seite der geneigten Ebene 10a der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 und die Linie der oberen Seite der geneigten Ebene 9a verbindet.
  • Auch die obere Wachstumsprofillinie der dritten p-Typ-Mantelschicht 11 ist ähnlich definiert.
  • Indessen liegt ein optimaler Punkt an der Position in der Dickenrichtung der Stromblockierschichten 12a, 12b. Die Verfahrensweise, daß die Stromblockierschichten 12a, 12b auf der ersten p-Typ-Mantelschicht 9 durch Weglassen der zweiten p-Typ-Mantelschicht 10 gebildet werden, um die verspannte aktive Quantenmuldenschicht 8 zu erreichen, kann nicht zur Anwendung kommen, da im Gegenteil durch solch eine Verfahrensweise die Temperaturcharakteristik gemindert wird.
  • Als nächstes werden, wie in 5 gezeigt, eine obere Zwischenschicht 13 und eine Kontaktschicht 14 der Reihe nach auf der dritten p-Typ-Mantelschicht 11 gebildet.
  • Die obere Zwischenschicht 13 wird aus einer p-GaInP-Schicht gebildet, die mit dem V/III-Verhältnis von 100 gebildet wird und eine Schichtdicke von 0,1 μm hat. Damit die GaInP-Schicht wächst, werden TEGa und TMIn als Quellengas der Gruppe III eingesetzt, wird Phosphin als Quellengas der Gruppe V eingesetzt und wird DEZ als p-Typ-Dotierungsquelle eingesetzt. Weiterhin wird eine geneigte Ebene 13a, die zu der geneigten Ebene 11a der dritten p-Typ-Mantelschicht 11 parallel ist, in der oberen Schicht 13 gebildet, und die p-Typ-Verunreinigungskonzentration in der Region der geneigten Ebene 13a wird auf 7×1017 cm–3 festgelegt.
  • Dann wird die Kontaktschicht 14, die auf der oberen Zwischenschicht 13 gebildet wird, aus einer p-GaAs-Schicht gebildet, die mit dem V/III-Verhältnis von 100 gebildet wird und eine Schichtdicke von 1 μm hat. Damit die GaAs-Schicht wächst, wird TEGa als Quellengas der Gruppe III eingesetzt, wird Arsin als Quellengas der Gruppe V eingesetzt und wird DEZ als p-Typ-Dotierungsquelle eingesetzt. Ferner wird eine geneigte Ebene 14a, die zu der geneigten Ebene 13a der oberen Zwischenschicht 13 parallel ist, in dieser Kontaktschicht 14 gebildet, und die p-Typ-Verunreinigungskonzentration in der Region der geneigten Ebene 14a wird auf 2×1018 cm–3 festgelegt.
  • Bei den obigen Schritten wird der Winkel der Wachstumsprofillinie durch das Verändern des V/III-Verhältnisses geändert. In diesem Fall kann der Winkel der Wachstumsprofillinie geändert werden, indem die Wachstumstemperatur verändert wird, während das V/III-Verhältnis fast konstant gehalten wird. Diese Wachstumstemperatursteuerung erfolgt so, daß dann, falls der Winkel der Wachstumsprofillinie zu der flachen Oberfläche verringert wird, die Wachstumstemperatur auf einen niedrigen Wert gesetzt wird und dann, falls der Winkel der Wachstumsprofillinie zu der flachen Oberfläche vergrößert wird, die Wachstumstemperatur auf einen hohen Wert gesetzt wird. So wird die Wachstumstemperatur zum Beispiel um 10 °C relativ abgesenkt, statt das V/III-Verhältnis auf 270 zu erhöhen.
  • Nachdem die Bildung der Halbleiterschichten durch das obige MOVPE-Verfahren vollendet ist, wie in 6 gezeigt, wird eine Elektrode der n-Seite 15 aus Au/AuGe auf einer unteren Fläche des n-GaAs-Substrates 1 gebildet, und dann wird eine Elektrode der p-Seite 16 aus Au/Zn/Au auf der Kontaktschicht 14 gebildet.
  • Gemäß dem in 6 gezeigten Halbleiterlaser werden beim Bilden der n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 die Schritte zum Erhöhen und Verringern des V/III-Verhältnisses der Quellengase oder die Schritte zum Erhöhen und Verringern der Wachstumstemperatur in wenigstens zwei Perioden verändert, wie in 6 gezeigt. Da zwei Schichten vorhanden sind, die ein nahezu senkrechtes Wachstumsprofil zu der geneigten Ebene 8a der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht 8 haben, kann deshalb die Rotation der Polarisationsebene des Laserstrahls, der von der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht 8 ausgegeben wird, auch dann unterdrückt werden, wenn die Gesamtdicke der n-Typ-Mantelschichten 4 bis 7 auf 1,5 μm festgelegt wird. Da zusätzlich die verspannte aktive Quantenmuldenschicht 8 in der Übergangsregion A der Halbleiterschichten gebildet ist, die mit dem niedrigen V/III-Verhältnis gebildet werden, erscheinen die Wachstumsprofillinien auf beiden Seiten des Streifenabschnittes 8a in der senkrechten Richtung zu der geneigten Ebene 8a. Als Resultat ist es möglich, eine höhere Knickausgabe als nach Stand der Technik einzuhalten.
  • Ferner werden in dem obigen Halbleiterlaser die Stromblockierschichten 12a, 12b im Anfangsstadium des Wachsens der dritten p-Typ-Mantelschicht 11 gebildet, die mit dem hohen V/III-Verhältnis gebildet wird. In der Halbleiterschicht, die mit dem hohen V/III-Verhältnis gebildet wird, wird der Winkel θ12 der Wachstumsprofillinien auf beiden Seiten der geneigten Ebene 11a zu der flachen Oberfläche verringert, wodurch dennoch die Veränderung der Streifenbreite der geneigten Ebene 11a reduziert werden kann. Auch wenn die Breite der geneigten Ebene des Streifens 8a, die als Lichtemissionsregion der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht 8 dient, auf etwa 1,15 μm eingeengt wird, wird deshalb der Vorrichtungswiderstand nicht erhöht, und es ist auch möglich, das Knickniveau mehr als nach Stand der Technik zu erhöhen.
  • Falls zum Beispiel in der in 2 gezeigten Struktur nach Stand der Technik die Resonatorlänge auf 900 μm festgelegt wird und die Streifenbreite der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht 103 auf 1,15 μm festgelegt wird, beläuft sich die Abweichung der Polarisationsebene von dem Streifenabschnitt der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht 103 auf einen Winkel von 12 Grad, und auch der Vorrichtungswiderstand beträgt 18 Ω.
  • Falls in der Struktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Resonatorlänge in der Richtung, die zu dem Blatt in 6 senkrecht ist, auf 900 μm festgelegt wird und die Streifenbreite der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht auf 1,15 μm festgelegt wird, beläuft sich die Abweichung der Polarisationsebene von dem Streifenabschnitt der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht im Gegensatz dazu auf einen Winkel von 0 Grad, und ferner beträgt der Vorrichtungswiderstand 10 Ω. Daran ist zu erkennen, daß die Charakteristiken im Vergleich zum Stand der Technik verbessert werden können.
  • Übrigens können die Hauptebenen 1a, 1b des obigen n-GaAs-Substrates 1 aus der (100)-Ebene oder der (n11)-A-Ebene gebildet sein (n < 7; n ist eine reelle Zahl). Ferner kann die geneigte Ebene 1c, die auf der Hauptebene des n-GaAs-Substrates 1 gebildet wird, aus der (n111)-Ebene gebildet sein (2 ≤ n1 < 7; n1 ist eine reelle Zahl). Als Resultat wird die flache Oberfläche der verspannten aktiven Quantenmuldenschicht 8, die über dem n-GaAs-Substrat 1 gebildet wird, die (100)-Ebene oder die (n11)-A-Ebene sein (n < 7), und weiterhin wird die geneigte Ebene die (n211)-Fläche sein (2 ≤ n2 < 7; n2 ist eine reelle Zahl).
  • In der Halbleiterschichtstruktur des Halbleiterlasers können, wie in 7 gezeigt, die Pufferschicht 2, die untere Zwischenschicht 3 und die obere Zwischenschicht 13 weggelassen werden. Ferner können bei dem obigen Beispiel beim Bilden der n-Typ-Mantelschichten die Schritte zum Erhöhen und Verringern des V/III-Verhältnisses der Quellengase oder die Schritte zum Erhöhen und Verringern der Wachstumstemperatur in wenigstens 2 Perioden verändert werden. Die n-Typ-Mantelschichten können aus sechs oder mehr Schichten konstruiert werden, indem diese Schritte in drei oder mehr Perioden wiederholt werden.
  • Da gemäß einer Struktur, welche die vorliegende Erfindung nicht speziell verkörpert, die Winkel der Wachstumsprofillinien der geneigten Ebenen der n-Typ-Mantelschichten, die auf dem gestuften Substrat gebildet werden, verändert werden, wie oben beschrieben, um einen kleinen, großen, kleinen und großen Winkel zu wiederholen, können die Regionen, in denen die Wachstumsprofillinien zu dem Streifenabschnitt der aktiven Schicht im wesentlichen nicht senkrecht werden, dünn gebildet werden. Deshalb kann die Rotation der Polarisationsebene des Laserstrahls unterdrückt werden, und somit kann das Knickniveau verbessert werden.
  • Ferner werden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Stromblockierschichten auf den flachen Oberflächen auf beiden Seiten der geneigten Ebene der p-Typ-Mantelschicht auf dem Boden der Region gebildet, in der die geneigte Ebene der auf der aktiven Schicht gebildeten p-Typ-Mantelschicht nicht schmal ausgebildet ist. Auch wenn die geneigte Ebene der aktiven Schicht als schmaler Streifen gebildet wird, kann deshalb die Situation eliminiert werden, daß die Stromblockierschichten bewirken, daß die p-Typ- Mantelschicht schmaler wird. Als Resultat kann der Vorrichtungswiderstand verringert werden, und daher kann das Knickniveau verbessert werden.

Claims (5)

  1. Halbleiterlaser mit: einem gestuften Substrat eines ersten Leitungstyps (1), das erste Hauptebenen hat, die eine (100)-Ebene oder eine (n11)-A-Ebene exponieren, wobei n < 7 ist und n eine reelle Zahl ist, und eine erste geneigte Ebene (1c), die eine (n111)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n1 < 7 ist und n1 eine reelle Zahl ist; einer Mantelschicht des ersten Leitungstyps (4~7), die auf dem gestuften Substrat gebildet ist; einer aktiven Schicht (8), die auf der Mantelschicht des ersten Leitungstyps (4~7) gebildet ist und zweite Hauptebenen, die eine (100)-Ebene oder eine (n11)-A-Ebene exponieren, wobei n < 7 ist und n eine reelle Zahl ist, und eine zweite geneigte Ebene (8a), die eine (n211)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n2 < 7 ist und n2 eine reelle Zahl ist, über den ersten Hauptebenen hat (1a, 1b); einer ersten Schicht (9, 10) einer Mantelschicht eines zweiten Leitungstyps, die auf der aktiven Schicht (8) gebildet ist; und einer alternierend pn-dotierten Schicht (11, 12a, 12b), die auf und in Kontakt mit der ersten Schicht (9, 10) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps gebildet ist und als zweite Schicht (11) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps in einer Region dient, die längs der zweiten geneigten Ebene (8a) angeordnet ist, und als Stromblockierschichten des ersten Leitungstyps (12a, 12b) in einer Region dient, die längs der zweiten Hauptebenen angeordnet ist; bei dem in der senkrechten Ebene zu der Bewegungsrichtung von Licht, wenn ein Winkel einer ersten Wachstumspro fillinie zu den zweiten Hauptebenen, welche erste Wachstumsprofillinie jeweilige Linien der unteren Seite einer oberen geneigten Ebene (10a) und einer unteren geneigten Ebene (8a) verbindet, wobei beide geneigten Ebenen (9a, 10a) längs der zweiten geneigten Ebene (8a) gebildet sind, der ersten Schicht (9, 10) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps θ11 ist und ein Winkel einer zweiten Wachstumsprofillinie zu den zweiten Hauptebenen, welche zweite Wachstumsprofillinie jeweilige Linien der unteren Seite einer oberen geneigten Ebene (11a) und einer unteren geneigten Ebene (10a) verbindet, wobei beide geneigten Ebenen (11a, 10a) längs der zweiten geneigten Ebene (8a) gebildet sind, der zweiten Schicht (11) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps θ12 ist, θ11 > θ12 erfüllt wird.
  2. Halbleiterlaserherstellungsverfahren mit den Schritten: Bilden einer Mantelschicht eines ersten Leitungstyps (4~7) auf einem gestuften Substrat (1) mit einer ersten geneigten Ebene (1c), die eine (n111)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n1 < 7 ist und n1 eine reelle Zahl ist, und ersten Hauptebenen (1a, 1b), die eine (100)-Ebene oder eine (n11)-A-Ebene exponieren, wobei n < 7 ist und n eine reelle Zahl ist, auf beiden Seiten der ersten geneigten Ebene (1c); Bilden einer aktiven Schicht (8), die zweite Hauptebenen, die die (100)-Ebene oder die (n11)-A-Ebene exponieren, wobei n < 7 und n eine reelle Zahl ist, über den ersten Hauptebenen hat, und eine zweite geneigte Ebene (8a), die eine (n211)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n2 < 7 ist und n2 eine reelle Zahl ist, auf der Mantelschicht des ersten Leitungstyps (4~7); Bilden einer ersten Schicht (9, 10) der Mantelschicht eines zweiten Leitungstyps auf der aktiven Schicht (8) durch Festlegen eines V/III-Verhältnisses, das ein Verhältnis einer Quelle der Gruppe V zu einer Quelle der Gruppe III ist, auf einen ersten Wert; Bilden einer zweiten Schicht (11) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps über der zweiten geneigten Ebene der aktiven Schicht und Bilden von Stromblockierschichten des ersten Leitungstyps (12a, 12b), in Kontakt mit der ersten Schicht (9, 10), über den zweiten Hauptebenen der aktiven Schicht (8) durch Festlegen des V/III-Verhältnisses der Quellen auf einen zweiten Wert, der höher als der erste Wert ist, und alternatives Einführen eines Dotanten des zweiten Leitungstyps und eines Dotanten des ersten Leitungstyps; und Bilden einer dritten Schicht (11) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps auf der zweiten Schicht (11) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps und den Stromblockierschichten des ersten Leitungstyps (12a, 12b), während das V/III-Verhältnis der Quellen auf dem zweiten Wert gehalten wird.
  3. Halbleiterlaserherstellungsverfahren nach Anspruch 2, bei dem jeweilige Schichten von der ersten Schicht (4) der Mantelschicht des ersten Leitungstyps bis zu der dritten Schicht (11) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps durch ein MOVPE-Verfahren kontinuierlich wachsen.
  4. Halbleiterlaserherstellungsverfahren mit den Schritten: Bilden einer Mantelschicht eines ersten Leitungstyps (4~7) auf einem gestuften Substrat (1) mit einer ersten geneigten Ebene (1c), die eine (n111)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n1 < 7 ist und n1 eine reelle Zahl ist, und ersten Hauptebenen, die eine (100)-Ebene oder eine (n11)-A-Ebene exponieren, wobei n < 7 ist und n eine reelle Zahl ist, auf beiden Seiten der ersten geneigten Ebene (1c); Bilden einer aktiven Schicht (8), die zweite Hauptebenen, die die (100)-Ebene oder die (n11)-A-Ebene exponieren, wobei n < 7 und n eine reelle Zahl ist, über den ersten Hauptebenen (1a, 1b) hat, und eine zweite geneigte Ebene (8a), die eine (n211)-A-Ebene exponiert, wobei 2 ≤ n2 < 7 ist und n2 eine reelle Zahl ist, auf der Mantelschicht des ersten Leitungstyps (4~7); Bilden einer ersten Schicht (9, 10) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps auf der aktiven Schicht (8) durch Festlegen einer Wachstumstemperatur auf einen ersten Wert; Bilden einer zweiten Schicht (11) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps über der zweiten geneigten Ebene (8a) der aktiven Schicht (8) und Bilden von Stromblockierschichten des ersten Leitungstyps (12a, 12b), in Kontakt mit der ersten Schicht (9, 10), über den zweiten Hauptebenen der aktiven Schicht (8) durch Festlegen der Wachstumstemperatur auf einen zweiten Wert, der niedriger als der erste Wert ist, und alternatives Einführen eines Dotanten des zweiten Leitungstyps und eines Dotanten des ersten Leitungstyps; und Bilden einer dritten Schicht (11) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps auf der zweiten Schicht (11) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps und den Stromblockierschichten des ersten Leitungstyps (12a, 12b), während die Wachstumstemperatur auf dem zweiten wert gehalten wird.
  5. Halbleiterlaserherstellungsverfahren nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem jeweilige Schichten von der Mantelschicht des ersten Leitungstyps (4~7) bis zu der dritten Schicht (11) der Mantelschicht des zweiten Leitungstyps durch ein MOVPE-Verfahren kontinuierlich wachsen.
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