DE68912852T2

DE68912852T2 - Halbleiterlaser.

Info

Publication number: DE68912852T2
Application number: DE68912852T
Authority: DE
Inventors: Hideaki C O Intellec Kinoshita; Naohiro C O Intellectu Shimada
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1989-09-08
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2009-09-09
Also published as: EP0358227B1; KR930000553B1; EP0358227A3; JPH069282B2; KR900005656A; EP0358227A2; US4982409A; DE68912852D1; JPH0274088A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung, die hauptsächlich aus InGaAlP gebildet ist und für ein Band kurzer Wellenlänge von 580 bis 680 um verwendet wird.
Unter den aus den zur III. bis V. Gruppe der Periodentafel gehörenden Elementen gebildeten Halbleiterlaservorrichtungen erzeugt eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer Doppelheterostruktur, dessen aktive Schicht und Überzugsschicht (clad layer) aus einem Vier-Elementen-Mischkristall aus InGaAlP gebildet sind, die kürzeste Oszillationswellenlänge. Deshalb ist sie im Vergleich mit einer gegenwärtig verwendeten, auf GaAlAs-basierenden Halbleiterlaservorrichtung, dessen Wellenlängenband zwischen 780 und 830 nm liegt, geeignet zur Verwendung in einem optischen Informationsprozesser, welcher eine optische Platte verwendet, einem Laserdrucker oder einer Lichtquelle fiir Plastikfasern. Ferner kann sie in einem Balkencodeleser anstelle einer He-Ne-Gasionenlaservorrichtung mit einer Spitze bei 633,8 nm oder in einer optischen Meßsteuerung verwendet werden.
Allgemein wird eine auf InGaAlP-basierende Halbleiterlaservorrichtung unter Verwendung eines GaAs-Substrats hergestellt. Ein Doppelheterolaser aus InGaAlP wird auf der Oberfläche des GaAs-Substrats in einer Weise gebildet, um eine Gitteranpassung (lattice watching) mit dem GaAs-Substrat zu erzielen.
Der Vier-Elementen-Mischkristall von InGaAlP wird normalerweise ausgedrückt als In1-y(Ga1-xAlx)yP. Wenn y in dieser Formel nahezu gleich 0,5 ist, erzielt der Mischkristall eine Gitteranpassung bezüglich des GaAs-Substrats in der Größenordnung von weniger als ±1 x 10&supmin;³, selbst wenn der Wert von x (d.h. das Mischverhältnis) beliebig ist.
Wenn y gleich 0,5 ist, nimmt die Bandabstand-Energie Eg des Mischkristalls, d.h. In0,5(Ga1-xAlx)0,5P den Wert von 1,91 eV bis 2,25 eV an, wenn x gleich 0 bis 1 ist.
M. Kazumura et al, Jpn. Appl. PHYS., 22 654 (1983) zeigt die Beziehung zwischen der Gitterkonstanten des Mischkristalls von InGaAlP und dem Energieabstand (Eg), wobei die Gitterkonstante und der Energieabstand über die Ordinatenachse bzw. die Abszissenachse dargestellt ist.
Gemäß dem Dokument entsprechen die Übergangsgebiete für direkten Übergang und indirekten Übergang, wenn Eg = 2,17 eV ist, dem Fall, daß das Mischverhältnis x gleich 0,7 ist. Deshalb wird normalerweise ein Mischverhältnis x von 0 bis 0,2 ( = 580 bis 680 nm) für eine Aktivierungsschicht verwendet, und ein Mischverhältnis x von weniger als 0,4 (x > 0,4) wird normalerweise für eine Überzugsschicht verwendet. Die Kristallaufwachsung der aktiven Schicht und der Überzugsschicht wird durchgeführt mittels Verwenden des MOCVD (metal organic chemical vapor deposition)-Verfahrens, des MBE (molecular beam epitaxy)-Verfahrens, oder ähnlichem.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt des Hauptabschnittes einer herkömmlichen InGaAlP-Halbleiterlaservorrichtung, die erhalten wird mittels Verwenden des MOCVD-Verfahrens.
Diese Halbleiterlaservorrichtung ist von einem Verstärkungswellenleitertyp, welcher eine sogenannte innere Streifenstruktur (IS) hat, worin eine aus GaAs gebildete Stromblockierschicht auf der Oberseite einer Doppelheteroschicht aus InGaAlP angeordnet ist.
Die obige herkömmliche Halbleiterlaservorrichtung wird wie folgt hergestellt.
Zuerst werden die folgenden Schichten auf der Oberfläche eines GaAs-Substrats 50 vom n-Typ mittels Verwenden des MOCVD-Verfahrens gebildet: Eine untere, auf n-Typ In0,5(Ga0,5Al0,5)0,5P gebildete Überzugsschicht 51; eine undotierte aktive Schicht 52 aus In0,5Ga0,5P; eine obere Überzugsschicht 53 aus In0,5(Ga0,5Al0,5)0,5P vom p-Typ; eine Stromzuführungserleichterungsschicht 54 aus In0,5Ga0,5P vom p-Typ; und eine Stromblockierschicht 55 aus GaAs vom n-Typ. Die Dicken der jeweiligen Schichten werden wie folgt bestimmt: 1 um für die untere Überzugsschicht 51; 0,08 bis 0,1 um für die undotierte aktive Schicht 52; 1 um für die obere Überzugsschicht 53; 0,05 um für die Stromzuführungserleichterungsschicht 54; und 0,5 um für die Stromblockierschicht 55.
Als Dotierstoffe zum Bestimmen des Leitfähigkeitstyps einer jeden Schicht werden Zn und eines von Si und Se verwendet.
Die Trägerkonzentration jeder Schicht ist wie folgt 51 x 10¹&sup8; cm³ für die untere Überzugsschicht 51; weniger als 1 x 10¹&sup6; cm³ für die undotierte aktive Schicht 52; 2 x 10¹&sup7; cm&supmin;³ für die obere Überzugsschicht 53; (2-8) x 10¹&sup8; cm&supmin;³ für die Stromzuführungserleichterungsschicht 54; und (1-2) x 10¹&sup8; cm&supmin;³ für die Stromblockierschicht 55.
Als nächstes wird eine Mesastreifenrille 56 in der Stromblockierschicht 55 gebildet. Danach wird eine aus p-Typ GaAs gebildete Kontaktschicht 57 auf die resultierende Struktur mittels des MOCVD-Verfahrens so aufgebracht, daß die Kontaktschicht 57 eine Dicke von 1 bis 3 um und eine Trägerkonzentration von 1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ hat.
Weil eine große Energiedifferenz zwischen den Valenzbändern von InGaAlP und GaAs besteht, dient die Stromzuführungserleichterungsschicht 54 dazu, die Bildung einer Energiebarriere mit hohem Widerstand an der Heteroschnittstelle zwischen den Gebieten vom p-Typ zu unterdrücken.
Nachdem eine Kristallaufwachsung bezüglich einer jeden Schicht in der obigen Weise durchgeführt ist, wird die Oberfläche des GaAs-Substrats 50 geläppt und spiegelpoliert, während gleichzeitig die Dicke des GaAs-Substrats 50 auf ungefähr 80 um abgeglichen wird. Dann werden (nicht gezeigte) Ohm'sche Elektroden, wie etwa Au/Zn (p-Seite) und Au/Ge (n-Seite) auf den freiliegenden Oberflächenabschnitten der Kontaktschicht 57 bzw. des GaAs-Substrats 50 angeordnet. Danach wird das GaAs-Substrat 50 in Chips mit vorbestimmten Gestalten unterteilt, und die p-Seite des Chips wird auf einem Kühlkörper montiert.
Die Eigenschaften der in der obigen Weise hergestellten InGaAlP-Halbleiterlaservorrichtung hängen stark von dem p-Typ-Dotierstoff ab, der in das InGaAlP dotiert wird. Allgemein ist Zn am besten geeignet zur Verwendung als p-Typ-Dotierstoff im Hinblick auf Steuerbarkeit und Stabilität. Spezieller wird im Vergleich mit dem Fall, daß GaAs oder GaAlAs verwendet wird, eine kleine Menge von Zn zur Zeit des Dampfphasenaufwachsvorganges in den Kristall genommen, wie etwa des Dampfphasenaufwachsvorganges des MOCVD-Verfahrens. Ferner ist es schwierig, Zn als Träger in dem Kristall zu aktivieren. Diese Tendenzen werden deutlicher mit einem Anwachsen des Al-Mischverhältnisses x.
Fig. 2 zeigt, wie der spezifische Widerstand von dem Mischverhältnis x in dem Fall abhängt, daß Verunreinigungen vom n-Typ und p-Typ in das auf dem GaAs-Substrat mittels des MOCVD-Kristallaufwachsverfahrens aufgebrachte In0,5(Ga1-xAlx)0,5 dotiert werden. Wie aus Fig. 2 verständlich, ist der Widerstand vom p-Typ InGaAlP ungefähr zehnmal größer als der vom n-Typ InGaAlp, und der Widerstand vom p-Typ InGaAlP steigt in dem Bereich x > 0,5 schnell an (in welchem Bereich p-Typ InGaAlP als p-Typ-Überzugsschicht einer Halbleiterlaservorrichtung verwendet wird). Deshalb zeigt Fig. 2, wie der spezifische Widerstand vom n-Typ oder p-Typ InGaAlP von Al abhängt. Die Quelle dieser technischen Information ist I. Hino et al., Jpn. Appl. Phys., 23, Nr. 9, 1 746 (1984).
Weil es, wie oben erwähnt, schwierig ist, Zn in dem Kristall zu aktivieren, enthält der Kristall eine große Menge von Zn, welches nicht als Träger funktioniert. Ferner wächst die Menge von Zn, die in den Kristall genommen wird, mit einem Anwachsen des Mischverhältnisses x an. Deshalb wird das meiste des Zn, nachdem es in den Kristall genommen ist, zu Defekten, mit dem Ergebnis, daß sowohl die optischen als auch thermischen Eigenschaften des Kristalls nachteilig beeinflußt werden.
In der obigen, auf InGaAlP basierenden Halbleiterlaservorrichtung hat die obere Überzugsschicht vom p-Typ einen entscheidenden Effekt auf die Eigenschaften der Laservorrichtung. Spezieller ist, weil die obere Überzugsschicht einen hohen Widerstand hat, der Reihenwiderstand der Elemente hoch, was die Anlegung einer hohen Treiberspannung erforderlich macht. Zusätzlich dehnt sich das Gebiet, in welchem Strom fließt, lateral aus, gerade unter die Stromblockierschicht, wenn der Widerstand der oberen Überzugsschicht höher ist als jene der anderen Schichten. Demgemäß erfordert die Stromeinführung in die aktive Schicht eine große Fläche und kann nicht durchgeführt werden ohne ein gewisses Ausmaß an Dämpfung. Als Ergebnis wachsen der Schwellenstrom und der Treiberstrom. Es ist auch zu vermerken, daß der thermische Widerstand von InGaAlP höher ist als jener von GaAs und GaAlAs. (Der thermische Widerstand wird größer mit einem Anwachsen des Al-Mischverhältnisses x und ist maximal, wenn Al/Ga = 1.) Weil jedoch die obere Überzugsschicht vom p-Typ eine niedrige Trägerkonzentration hat, ist ihr thermischer Widerstand unvermeidbar höher als derjenige der unteren Überzugsschicht vom n-Typ.
Aus den oben genannten Gründen ist die thermische Abstrahlung des Lichterzeugungsgebietes nicht gut, und deshalb werden die Lasereigenschaften bei hoher Temperatur deutlich beeinflußt. Weil zusätzlich die obere Überzugsschicht vom p-Typ Defekte enthält, die durch die große Menge von Zn darin verursacht werden, ist es wahrscheinlich, daß sich die Eigenschaften der oberen Überzugsschicht verschlechtern, wenn sie Licht oder Hitze ausgesetzt wird. Ein Element, dessen Eigenschaften sich verschlechtert haben, wurde untersucht, und die Untersuchung zeigte, daß der Grund der Verschlechterung die in der oberen Überzugsschicht vom p-Typ verursachten Defekte, wie etwa DLD (dark line effect) und DSD (dark spot effect) waren.
Die oben erwähnten Probleme werden mit einem Anwachsen des Al-Mischverhältnisses x der oberen Überzugsschicht vom p-Typ schwerwiegender. Wenn jedoch die Al-Mischrate verringert wird, können die Träger auf ein begrenztes Gebiet beschränkt werden, und es besteht die Gefahr, daß Licht entweicht. Deshalb wird es notwendig, die obere Überzugsschicht dicker zu machen. Auf diese Weise können die Probleme betreffend die Überzugsschicht vom p-Typ nicht gelöst werden, selbst wenn das Mischverhältnis x variiert wird.
EP-A-0 007 730 beschreibt eine Halbleitervorrichtung mit einer Doppelheterostruktur einschließlich einem Halbleitersubstrat, einer aktiven Halbleiterschicht und Überzugsschichten, zwischen welchen sich die aktive Schicht befindet. Die Überzugsschichten können zueinander asymmetrisch sein.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterlaservorrichtung vorzusehen, worin die obere Überzugsschicht die Eigenschaften des Laserelementes nicht stark beeinflußt.
Um diese Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung eine Halbleiterlaservorrichtung vor, welche umfaßt: Ein aus Elementen der III-V-Gruppen gebildetes Substrat eines Leitfähigkeitstyps; eine auf dem Substrat gebildete, untere Überzugsschicht, welche aus einem Vier-Elementen-Mischkristall gebildet und von dem einen Leitfähigkeitstyp ist; eine obere tiberzugsschicht auf der unteren Überzugsschicht, mit einer aktiven Schicht dazwischen, wobei die obere Überzugsschicht aus einem Vier-Elementen-Mischkristall gebildet und von einem Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt dem einen Leitfähigkeitstyp ist; und eine asymmetrische Doppelheterostruktur, die von den oberen und unteren Überzugsschichten definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die asymmetrische Doppelheterostruktur durch Versehen der oberen Überzugsschicht mit einem größeren Brechungsindex als derjenige der unteren Überzugsschicht gebildet ist.
Diese Erfindung kann vollständiger aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, welche zeigen:
Fig. 1 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Konstruktion einer herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung darstellt;
Fig. 2 ist ein Graph, der zeigt, wie der spezifische Widerstand einer auf dem Substrat gebildeten Mischkristallschicht von dem Mischverhältnis x abhängt, mit welchem der Mischkristall mit den Verunreinigungen vom n-Typ und p-Typ dotiert ist;
Fig. 3 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Konstruktion einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 4 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Konstruktion einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 5A ist ein Graph, welcher die Verteilung des Brechungsindex des Doppelheteroüberganges zeigt, wobei die aktive Schicht und die Überzugsschichten als Parameter verwendet werden; und
Fig. 5B ist ein Graph, welcher die Verteilung der optischen Intensität des Doppelheteroüberganges zeigt, wobei die aktive Schicht und die Überzugsschichten als Parameter verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
Fig. 3 ist eine erläuternde Ansicht des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein GaAs-Substrat vom p-Typ. Auf diesem GaAs-Substrat sind die folgenden Schichten mittels des Kristallaufwachsprozesses des MOCVD-Verfahrens gebildet: eine aus p-Typ In0,5Ga0,5P gebildete Stromzuführungserleichterungsschicht 2; eine aus p-Typ In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P gebildete untere Überzugsschicht 3; eine undotierte aktive Schicht 4 aus In0,5Ga0,5P; eine untere Überzugsschicht 5 aus n-Typ In0,5(Ga0,5Al0,5)0,5P; und eine Stromblockierschicht 6 aus p-Typ GaAs.
Die Dicke der jeweiligen Schichten wird wie folgt bestimmt: 0,05 um für die Stromzuführungserleichterungsschicht 2; 0,5 bis 0,8 um für die untere Überzugsschicht 3; 0,08 bis 1 um für die undotierte aktive Schicht 4; 1 um für die obere Überzugsschicht 5; und 0,5 um für die Stromblockierschicht 6. Entweder Si oder Se wird als n-Typ-Dotierstoff verwendet, und Zn wird als p-Typ-Dotierstoff verwendet. Mittels dieser Dotierstoffe wird die Trägerkonzentration jeder Schicht wie folgt gesteuert: (1-2) x 10¹&sup8; cm&supmin;³ für die p-Typ-Stromzuführungserleichterungsschicht 2; (2-5) x 10¹&sup7; cm&supmin;³ für die untere Überzugsschicht 3 vom p-Typ; 3 x 10¹&sup7; cm&supmin;³ für die obere Überzugsschicht 5 vom n-Typ; und (1-2) x 10¹&sup8; cm&supmin;³ für die Stromblockierschicht 6 vom p-Typ.
Eine inverse Mesastreifenrille 7 ist in der Mitte der Stromblockierschicht 6 vom p-Typ gebildet. Die Streifenrille 7 erstreckt sich in einer Richtung rechtwinklig zur Richtung, in welcher die Schichten gestapelt sind. Mittels des MOCVD-Verfahrens wird eine Kontaktschicht 8 vom n-Typ auf der Stromblockierschicht 6 vom p-Typ und ebenfalls auf derjenigen Oberfläche der oberen Überzugsschicht 5 gebildet, welche nach der Bildung der Streifenrille 7 freiliegt. Die Kontaktschicht 8 hat eine Dicke von 1 bis 2 um und eine Trägerkonzentration von (2-5) x 10¹&sup8; cm&supmin;³.
Das GaAs-Substrat 1 hat eine Dicke von 80 um, und seine Oberfläche ist spiegelpoliert. Ohm'sche Elektroden 9 und 10 sind in den freiliegenden Oberflächen des GaAs-Substrats 1 bzw. der Kontaktschicht 8 vom n-Typ gebildet. Die mit dem GaAs-Substrat 1 verbundene Ohm'sche Elektrode 9 ist aus Au/Zn gebildet, während die mit der Kontaktschicht 8 vom n-Typ verbundene Ohm'sche Elektrode 10 aus Au/Ge gebildet ist.
Die so hergestellte Halbleiterlaservorrichtung wird aus dem Waverzustand in Chips geteilt, und jeder Chip wird auf einen Kühlkörper mit seiner Ohm'schen Elektrode 10 montiert.
Die Halbleitervorrichtung dieses Ausführungsbeispiels unterscheidet sich fundamental von der in Fig. 1 gezeigten, herkömmlichen Halbleitervorrichtung darin, daß die oberen und unteren Überzugsschichten 3 und 5 von Leitfähigkeitstypen entgegengesetzt jenen der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung sind.
Es sollte auch vermerkt werden, daß das Al-Mischverhältnis der unteren Überzugsschicht 3 vom p-Typ des Ausführungsbeispiels gleich 0,7 ist, welches höher ist als das entsprechende Al-Mischverhältnis der in Fig. 1 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung. Als Ergebnis dieses hohen Al-Mischverhältnisses ist der Brechungsindex der unteren Überzugsschicht 3 vom p-Typ niedrig (siehe Fig. 5A), so daß Licht daran gehindert wird, aus der aktiven Schicht 4 zu entweichen. Weil deshalb die Überzugsschicht nicht dick sein muß, ist die Trägerkonzentration in der Überzugsschicht gering aufgrund einer Abnahme in der mit dem Al-Mischverhältnis im Zusammenhang stehenden Zn-Dotierungseffizienz.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.
In der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Überzugsschicht vom n-Typ in der Mitte der Stromblockierelementschicht gebildet, um einen Strom auf ein begrenztes Gebiet wirksam zu beschränken.
Spezieller ist die in Fig. 4 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung der in Fig. 3 gezeigten darin ähnlich, daß sie ein GaAs-Substrat 1 umfaßt, eine Stromzuführungserleichterungsschicht 2 vom p-Typ, eine untere Überzugsschicht 3 und eine aktive Schicht 4, unterscheidet sich jedoch davon in den folgenden Punkten.
Wie in Fig. 4 gezeigt, ist eine Lichtführungsschicht 11 aus n-Typ In0,5(Ga0,5Al0,4-0,5)0,5P auf der aktiven Schicht 4 gebildet. Eine Stromblockierschicht 13 aus p-Typ GaAs ist auf der Lichtführungsschicht 11 gebildet. Eine Streifenrille 20 ist in der Mitte der Stromblockierschicht 13 gebildet. Auf derjenigen Oberfläche der Lichtführungsschicht 11, welche nach der Bildung der Streifenrille 20 freiliegt, werden eine Ätzstoppschicht 14 und eine obere Überzugsschicht 12 sukzessive in einer Weise gebildet, die Rille 12 zu füllen.
Die chemische Zusammensetzung der oberen Überzugsschicht 12 und diejenige der Lichtführungsschicht 11 sind einander ähnlich. Die Ätzstoppschicht 14 ist gebildet, um zu verhindern, daß die Lichtführungsschicht 11 unerwünscht dann geätzt wird, wenn die obere Überzugsschicht 12 isotrop in eine vorbestininite Gestalt geätzt wird. Die obere Überzugsschicht 12 ist aus n-Typ In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P gebildet. Die Ätzstoppschicht 14 und die obere Überzugsschicht 12 werden beispielsweise mittels des MOCVD-Verfahrens gebildet.
Die Stromblockierschicht 13 wird mittels des MOCVD-Verfahrens unter Verwendung der oberen Überzugsschicht 12 als Maske gebildet. Wie in Fig. 4 gezeigt, hat deshalb die Stromblockierschicht 13 einen streifenförmig weggeschnittenen Abschnitt, womit die obere Seite der oberen Überzugsschicht 12 freigelegt wird. Eine Ohm'sche Schicht 15 vom n-Typ wird auf der Stromblockierschicht 13 gebildet, und ebenfalls auf der freiliegenden oberen Seite der oberen Überzugsschicht 12. Die Trägerkonzentrationen der oberen Überzugsschicht 12, der Stromblockierschicht 13 und der Ohm'schen Schicht 15 sind dieselben, wie diejenigen der entsprechenden, in Fig. 3 gezeigten Schichten.
Wie in dem ersten, in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel, sind die Ohm'schen Elektroden 9 und 10 auf den freiliegenden Oberflächen des GaAs-Substrats 1 bzw. der Ohm'schen Schicht 15 gebildet.
In der in der obigen Weise gebildeten Halbleiterlaservorrichtung beträgt die Gesamtdicke der Lichtführungsschicht 11, der Ätzstoppschicht 14 und der oberen Überzugsschicht 12 ungefähr 1 um. Mit anderen Worten ist die Halbleiterlaservorrichtung dünner als die in Fig. 3 gezeigte. Zusätzlich ist das Stromflußgebiet ausreichend beschränkt, weil die aktive Schicht 4 von der Stromblockierschicht 13 eingeschlossen ist. Deshalb ist die Laservorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels von einem Brechungsindex-Wellenleitertyp, worin die transversale Mode sowohl in der vertikalen als auch der horizontalen Richtung gesteuert werden kann. Demgemäß ist die Funktion der Halbleiterlaservorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels derjenigen der in Fig. 3 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung überlegen.
Wenn die in Fig. 4 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung hergestellt wird, wird eine p-Typ GaAs-Stromblockade 13 mittels Zn gebildet. Anstelle dieses Dotierstoffes kann Mg, welches eine niedrige Diffusionsgeschwindigkeit bietet, verwendet werden, um zu verhindern, daß eine n-Typ-Schicht durch Diffusion invertiert wird. Ferner kann die p-Typ-Schicht von einer Schicht mit hohem Widerstand ersetzt werden, die erhalten wird durch Ionenimplantation von (H-Protonen).
In jedem der oben beschriebenen, obigen Ausführungsbeispiele wurde eine InGaAlP-Schicht auf der Oberfläche des GaAs-Substrats aufwachsen gelassen. Vorteile der Halbleiterlaservorrichtung gemäß den in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen werden beschrieben, wobei auf die herkömmliche Halbleiterlaservorrichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist, Bezug genommen wird.
Fig. 5A zeigt die Verteilung des Brechungsindex des Doppelheteroüberganges, in welcher eine aktive Schicht und Überzugsschichten, zwischen welchen sich die aktive Schicht befindet, als Parameter verwendet werden. In gleicher Weise zeigt Fig. 5B die Verteilung der optischen Intensität des Doppelheteroüberganges, in welcher eine aktive Schicht und Überzugsschichten, zwischen welchen sich die aktive Schicht befindet, als Parameter verwendet werden. In den Fig. 5A und 5B sind die Eigenschaften der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit den durchgezogenen Linien angedeutet, während jene der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung gestrichelt angedeutet sind. Im Fall der Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung ist die Spitze der optischen Intensität dargestellt, dem Gebiet der "oberen Überzugsschicht vom n-Typ" näher zu sein. Im Fall der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung ist im Gegensatz dazu die Verteilung des Brechungsindex als symmetrisch dargestellt, und die Spitze der optischen Intensität ist dargestellt, in der Mitte des Gebiets der "aktiven Schicht" zu sein.
Spezieller wird die in Fig. 5A gezeigte Verteilung des Brechungsindex zwischen den Überzugsschichten vom p-Typ und n-Typ und der aktiven Schicht durch Verringern des Mischverhältnisses x der p-Typ-Überzugsschicht relativ zum Mischverhältnis x der n-Typ-Überzugsschicht erhalten. Mit solch einer Verteilung des Brechungsindex wird das in der aktiven Schicht erfolgte Licht zur oberen n-Typ-Überzugsschicht geführt, wie in Fig. 5B gezeigt ist. Das heißt, daß die Lichtmenge, welche zur unteren Überzugsschicht vom p-Typ (welche eine vergleichsweise große Anzahl von Kristalldefekten hat) entweichen kann, im Vergleich mit dem Fall der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung klein ist. Deshalb wird die optische Intensität nicht viel verringert, wie im Fall der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung.
Weil der thermische Widerstand der n-Typ-Überzugsschicht niedriger ist als derjenige der p-Typ-Überzugsschicht, wächst ihre Temperatur aufgrund des erzeugten Lichtes nicht viel an. Weil die n-Typ-Seite auf einem Kühlkörper montiert ist, hat die Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung zusätzlich eine zufriedenstellende Wärmeabstrahlungscharakteristik. Als Ergebnis kann die Betriebstemperatur der Halbleiterlaservorrichtung erhöht werden.
Die obigen Vorteile werden bemerkenswerter durch Erhöhen der Differenz zwischen dem Al-Mischverhältnis in der n-Typ-Überzugsschicht und demjenigen in der p-Typ-Überzugsschicht. Weil ferner der thermische Widerstand der n-Typ-Überzugsschicht durch Verringern des Mischverhältnisses in der n-Typ-Überzugsschicht verringert wird, können die Temperatureigenschaften verbessert werden.
Wenn das Mischverhältnis in der n-Typ-Überzugsschicht verringert wird, wächst der Betrag von entweichendem Licht an, so daß die obere Überzugsschicht dick gemacht werden muß. Selbst wenn die obere Überzugsschicht dicker gemacht wird, beeinflußt jedoch ein Anwachsen des Serienwiderstandes die Eigenschaften der Halbleiterlaservorrichtung nicht nachteilig, weil der spezifische Widerstand des n-Typ InGaAlP, welches die obere Überzugsschicht bildet, ausreichend niedrig ist, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Weil ferner der Widerstand der oberen Überzugsschicht vom n-Typ ausreichend kleiner ist als derjenige der unteren Überzugsschicht vom p-Typ, hängt das Gebiet, in welchem der Strom unter der Stromblockierschicht fließt, von der unteren Überzugsschicht vom p-Typ ab. Deshalb ergibt sich in der Praxis kein Problem aus der Vergrößerung der Dicke der oberen Überzugsschicht.

Claims

1. Halbleiterlaservorrichtung, mit

einem aus Elementen der III-V-Gruppen gebildeten Substrat (1) eines Leitfähigkeitstyps;

einer auf dem Substrat (1) gebildeten unteren Überzugsschicht (3), welche aus einem Vier-Elementen-Mischkristall gebildet und von dem einen Leitfähigkeitstyp ist;

einer oberen Überzugsschicht (5) auf der unteren Überzugsschicht (3), mit einer dazwischen angeordneten aktiven Schicht (4), wobei die obere Überzugsschicht (5) aus einem Vier-Elementen-Mischkristall gebildet und von einem Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt dem einen Leitfähigkeitstyp ist; und

einer asymmetrischen Doppelheterostruktur, die von den oberen und unteren Überzugsschichten definiert ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die asymmetrische Doppelheterostruktur gebildet ist durch Versehen der oberen Überzugsschicht (5) mit einem größeren Brechungsindex als derjenige der unteren Überzugsschicht (3).

2. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die asymmetrische Doppelheterostruktur gebildet ist durch Versehen der unteren und oberen Überzugsschicht (5, 3), jeweils mit vorbestimmten thermischen Leitfähigkeiten.

3. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vier-Elementen-Mischkristalle der oberen und unteren Überzugsschichten (5, 3) InGaAlP sind.

4. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vier-Elementen-Mischkristall der unteren Überzugsschicht (3) In1-y(Ga1-xAlx)yP ist.

5. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vier-Elementen-Mischkristall der unteren Überzugsschicht (3) In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P ist.

6. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vier-Elementen-Mischkristall der oberen Überzugsschicht (5) In0,5(Ga0,5Al0,5)0,5P ist, und der Vier-Elementen-Mischkristall der unteren Überzugsschicht (3) In0,5(Ga0,3Al0,7)0,5P ist.

7. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Elementen der III-V-Gruppen gebildete Substrat (l) von einem n-Typ ist.

8. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromzuführungserleichterungsschicht (2) zwischen dem aus Elementen der III-V-Gruppen gebildeten Substrat (1) und der unteren Überzugsschicht (3) gebildet ist, wobei die Stromzuführungserleichterungsschicht (2) aus InGaP gebildet und vom selben Leitfähigkeitstyp ist wie derjenige der unteren Überzugsschicht (3).

9. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromblockierschicht (6) auf der oberen Überzugsschicht (5) gebildet ist, wobei die Stromblockierschicht (6) aus GaAs gebildet und von einem Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt demjenigen der oberen Überzugsschicht (5) ist.

10. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (4) aus undotiertem InGaP gebildet ist.

11. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Elementen der III-V-Gruppe gebildete Substrat (1) ein GaAs-Substrat (1) ist.