DE69026972T2 - Halbleiterlaservorrichtung - Google Patents

Halbleiterlaservorrichtung

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung.
  • In den letzten Jahren wurde eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer kurzen Wellenlänge für den Zweck einer Anwendung auf beispielsweise ein optisches Plattensystem hoher Dichte, einen Hochgeschwindigkeitslaserdrucker und einen Balkencodeleser entwickelt. Unter derartigen Halbleiterlaservorrichtungen mit jeweils einer kurzen Wellenlänge hat eine InGaAlP-Reihenhalbleiterlaservorrichtung mit einer Schwingungswellenlänge in einem 0,6 µm-Band eine große Menge an Aufmerksamkeit als eine vielversprechende Vorrichtung empfangen.
  • Um eine Halbleiterlaservorrichtung als eine Lichtquelle für eine optische Informationsverarbeitung zu verwenden, muß eine transversale Modussteuerung durchgeführt werden. Die vorliegenden Erfinder stellten eine Halbleiterlaservorrichtung des vergrabenen Rippentyps, wie in Fig. 1 gezeigt, als eine InGaAlP-Reihenhalbleiterlaservorrichtung mit einer transversalen Modussteuerstruktur her, um eine grundlegende transversale Modusschwingung zu bestatigen.
  • Fig. 1 zeigt eine in "Extended Abstracts of the 20th Conference on Solid State Devices and Materials", Tokyo, 1988, Seiten 307-310 beschriebene Vorrichtung. Eine n-Typ-GaAs-Schicht 2, eine n-Typ-InGaAlP-Überzugschicht 3, eine InGaAlP-Aktivschicht 4, eine p-Typ- InGaAlP-Überzugschicht 5, eine p-Typ-InGaP-Kappenschicht 6 und eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 sind sequentiell auf ein n-Typ-GaAs-Substrat 1 gestapelt. Elektroden 8a und 8b sind auf beiden Oberflächen der obigen Struktur gebildet.
  • Wenn eine p-Typ-InGaAlP-Überzugschicht 5 eine große Menge an Al enthält, liegt eine große Heterobarriere an der Heteroübergangszwischenfläche zwischen der p-Typ- GaAs-Kontaktschicht 7 und der p-Typ-InGaAlP-Überzugschicht 5 vor, um einen Spannungsabfall zu verursachen. Wenn im Hinblick hierauf eine p-Typ-InGaP-Schicht mit einem mittleren Bandabstand im Vergleich zu denjenigen von p-Typ-GaAs und p-Typ-InGaAlP an der Heteroübergangszwischenfläche gebildet wird, kann ein Spannungsabfall vermindert werden. In der in Fig. 1 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung, die eine derartige Abnahme im Spannungsabfall ausnutzt, wird die p-Typ-InGaP- Kappenschicht 6 an lediglich der Zwischenfläche zwischen der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 und der p-Typ- InGaAlP-Überzugschicht 5, gebildet auf einem Rippenteil der p-Typ-InGaAlP-Überzugschicht 5, erzeugt, um so einen Strom zu sperren. Zusätzlich werden ein Lichtleiter und ein transversaler Modus stabilisiert, indem eine Rippe in der p-Typ-Überzugschicht 5 gebildet und die p- Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 nahe zu der InGaAlP-Aktivschicht 4 außerhalb der Rippe angeordnet wird.
  • Ein Verfahren zum Herstellen der oben beschriebenen Halbleiterlaservorrichtung wird im folgenden anhand der Fig. 2A und 2B erläutert.
  • Zunächst wird eine MOCVD (metallorganische chemische Dampfabscheidung bzw. -auftragung) durchgeführt, um sequentiell die n-Typ-GaAs-Pufferschicht 2, die n-Typ- InGaAlP-Überzugschicht 3, die InGaAlP-Aktivschicht 4, die p-Typ-InGaAlP-Überzugschicht 5 und die p-Typ-InGaP- Kappenschicht 6 auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 1 zu bilden. Dann wird ein Resistmuster 9 auf der obigen Struktur erzeugt (Fig. 2A).
  • Mittels des Resistmusters 9 als eine Maske wird die p- Typ-InGaP-Kappenschicht 6 geätzt, wobei ein Rührer in einer wässrigen Lösung verwendet wird, die Br&sub2; und HBr enthält. Zusätzlich wird die p-Typ-InGaAlP-Überzugschicht 5 durch heiße Phosphorsäure bei 60 bis 80ºC geätzt, um eine Rippe zu bilden (Fig. 2B).
  • Nachdem das Resistmuster 9 entfernt ist, wird die p- Typ-GaAs-Kontaktschicht 7 durch eine zweite MOCVD gebildet, um so die in Fig. 1 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung des vergrabenen Rippentyps zu vervollständigen.
  • Die so hergestellte Halbleiterlaservorrichtung ist als eine Vorrichtung mit einem exzellenten Betriebsverhalten vielversprechend. Wenn jedoch das oben erwähnte Herstellungsverfahren verwendet wird, ist es schwierig, die Vorrichtung mit einer hohen Produktionsausbeute herzustellen. Das heißt, in dem oben beschriebenen Ätzprozeß ist es schwierig, eine Dicke h jedes Teiles der p-Typ-InGaAlP-Überzugschicht 5 zu steuern, die auf beiden Seiten der Rippe gelegen ist, was stark eine transversale Modussteuerung aufgrund einer Instabilität einer Ätzrate beeinträchtigt. Zusätzlich tritt eine große Veränderung in der Ätzmenge in der Scheibenoberfläche auf.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterlaservorrichtung vorzusehen, die genau die Dimensionen der Vorrichtung steuern kann, um so die Kennlinien und Eigenschaften und eine Produktionsausbeute zu verbessern.
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die Patentansprüche 1, 10 und 15 definiert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleiterlaservorrichtung vorgesehen mit einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer Doppelheterostruktur aus einer unteren Überzugschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, einer Aktivschicht und einer ersten oberen Überzugschicht aus In1-w(Ga1-yAly)wP eines zweiten Leitfähigkeitstyps, gebildet auf dem Halbleitersubstrat, einer zweiten oberen Überzugschicht aus In1-w(Ga1-zAlz)wP des zweiten Leitfähigkeitstyps, die teilweise auf der ersten oberen überzugschicht gebildet ist, einer ersten Kontaktschicht aus In1-w(Ga1-sAls)wP (0 &le; s < z &le; 1) des zweiten Leitfähigkeitstyps, gebildet auf der zweiten oberen Überzugschicht, und einer zweiten Kontaktschicht aus GaAs des zweiten Leitfähig keitstyps, gebildet in Kontakt mit einer ersten Überzugschicht und der ersten Kontaktschicht. Der Wert von y in In1-w(Ga1-yAly)wP das zu der ersten oberen Überzugschicht beiträgt, und der Wert von z in In1-w(Ga1-zAlz)wP das zu der zweiten oberen Überzugschicht beiträgt, erfüllt eine Beziehung 0,6 &le; y < z &le; 1.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die folgenden Schritte:
  • sequentielles Bilden einer unteren Überzugschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer Aktivschicht, einer ersten oberen Überzugschicht aus In1-w(Ga1-yAly)wP eines zweiten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten oberen Überzugschicht aus In1-w(Ga1-zAlz)wP des zweiten Leitfähig keitstyps und einer ersten Kontaktschicht aus In1-w(Ga1-sAls)wP (0 &le; s < z &le; 1) des zweiten Leitfähigkeitstyps auf einem Halbleitersubstrat des ersten Leitfähigkeitstyps, und
  • Bilden einer zweiten Kontaktschicht aus GaAs des zweiten Leitfähigkeitstyps in Kontakt mit der ersten oberen Überzugschicht und der ersten Kontaktschicht. Der Wert von In1-w(Ga1-yAly)wP, das zu der ersten oberen Überzugschicht beiträgt, und der Wert von In1-w(Ga1-zAlz)wP das zu der zweiten oberen Überzugschicht beiträgt, erfüllt eine Beziehung 0,6 &le; y < z &le; 1.
  • Gemäß der Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung können die Dimensionen mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden, während ein gutes Stromsperren aufrechterhalten ist.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen der Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung kann eine hochzuverlässige Halbleiterlaservorrichtung mit einem niedrigen Schwellenwert bei hoher Ausbeute hergestellt werden.
  • Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung, die folgt, ersichtlich und sind teilweise aus der Beschreibung zu ersehen oder können durch Ausführen der Erfindung erlaubt werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mittels der Gerätschaften und Kombinationen, die insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen herausgestellt sind, realisiert und erhalten werden.
  • Die begleitenden Zeichnungen, die in die Patentbeschreibung einbezogen sind und einen Teil von dieser bilden, illustrieren gegenwärtig bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der obigen allgemeinen Beschreibung und der unten folgenden Detailbeschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
  • Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung, die eine Struktur einer herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung zeigt;
  • Fig. 2B sind Schnittdarstellungen, die Stufen in der Herstellung der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung zeigen;
  • Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 4A und 4B sind Schnittdarstellungen, die Stufen beim Herstellen der in Fig. 3 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung zeigen;
  • Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung, die eine Struktur eines Stromsperrabschnittes zeigt;
  • Fig. 6 ist ein Graph, der Strom-Spannungskurven des in Fig. 5 dargestellten Stromsperrabschnittes zeigt;
  • Fig. 7 ist eine Schnittdarstellung, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 8A und 8B sind Schnittdarstellungen, die Stufen beim Herstellen der in Fig. 7 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung zeigen;
  • Fig. 9 ist ein Graph, der einen Spannungsabfall zeigt, der auftritt, wenn die Dikke einer Ätzstopschicht in der in Fig. 7 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung verändert wird;
  • Fig. 10 ist eine Schnittdarstellung, die eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • Fig. 11 ist eine Schnittdarstellung, die Schritte beim Herstellen der in Fig. 10 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung zeigt;
  • Fig. 12 ist eine Schnittdarstellung, die eine Struktur einer anderen Halbleiterlaservorrichtung zeigt; und
  • Fig. 13 ist eine Schnittdarstellung, die die Stufen beim Herstellen der in Fig. 12 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung zeigt.
  • Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine Doppelheterostruktur aus einer unteren Überzugschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, einer Aktivschicht und einer ersten oberen Überzugschicht, gebildet auf dem Halbleitersubstrat, eine zweite obere Überzugschicht, teilweise gebildet auf der ersten oberen Überzugschicht, eine erste Kontaktschicht, gebildet auf der zweiten oberen Überzugschicht, und eine zweite Kontaktschicht, gebildet auf einer ersten oberen Überzugschicht und der ersten Kontaktschicht.
  • Das heißt, in der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die herkömmliche Überzugschicht mit der einzigen Zusammensetzung, gebildet auf der Aktivschicht, durch eine erste obere Überzugschicht aus In1-w(Ga1-yAly)wP und eine rippenförmige zweite obere Überzugschicht aus In1-w(Ga1-zAlz)wP gebildet. Die Werte von y und z erfüllen eine Beziehung 0,6 &le; y < z &le; 1. Der Wert von w erfüllt vorzugsweise eine Beziehung 0,50 &le; w &le; 0,54.
  • In der obigen Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hat die erste obere Überzugschicht aus In1-w(Ga1-yAly)wP eine Funktion zum Erzeugen einer Barriere aufgrund einer Diskontinuität eines Bandes bei einem Heteroübergang zwischen der ersten oberen Überzugschicht und der zweiten Kontaktschicht, die darauf gebildet ist, um ein Stromsperren zu verursachen. Die erste obere Überzugschicht aus In1-w(Ga1-yAly)wP weist auch eine Funktion als eine Ätzstopschicht auf, wenn die rippenförmige zweite obere Überzugschicht aus In1-w(Ga1-zAlz)wP durch selektives Ätzen gebildet wird.
  • Als ein Ergebnis können gemäß der vorliegenden Erfindung die Dimensionen eines Bauelementes mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, während ein gutes Stromsperren aufrechterhalten ist. Daher kann eine hochzuverlässige Halbleiterlaservorrichtung mit einem niedrigen Schwellenwert und hervorragenden Kennlinien bei hoher Produktionsausbeute hergestellt werden.
  • Verschiedene bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im folgenden beschrieben.
  • Fig. 3 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In der in Fig. 3 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung ist eine n-Typ-GaAs- Pufferschicht 13 auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 12 gebildet. Eine Doppelheterostruktur ist auf der n-Typ- GaAs-Pufferschicht 13 gebildet. Diese Doppelheterostruktur besteht aus einer Überzugschicht 14 eines n- Typ-In0,5Ga0,15Al0,35P (n-Typ-In1-w(Ga1-vAlv)wP, 0 &le; v &le; 1 und 0,50 &le; w &le; 0,54) einer Aktivschicht 15 aus In0,5Ga0,5P (In1-w(Ga1-xAlx)wP, 0 &le; x < v &le; 1 und 0,50 &le; w &le; 0,54), einer ersten oberen Überzugschicht 16 eines p- Typ-In0,5Ga0,15Al0,35P (In1-w(Ga1-yAly)wP, 0 &le; x < y &le; 1 und 0,50 &le; w &le; 0,54) und einer zweiten oberen Überzugschicht 17 aus p-Typ-In0,5Al0,5P (In1-w(Ga1-zAlz)wP, 0,6 &le; y &le; z &le; 1 und 0,50 &le; w &le; 0,54), das teilweise in einer Streifenform gebildet ist (Al-Gehalt jeder Schicht hat eine Beziehung von 0 &le; x < v und y &le; 1). Eine mittlere (erste) Kontaktschicht 18 aus p-Typ-In0,5Ga0,5P (In1-w(Ga1-sAls)wP, 0 &le; s < z &le; 1 und 0,50 &le; w &le; 0,54) ist auf der zweiten oberen Überzugschicht 17 gebildet, die in Streifenform gemustert ist. Eine p-Typ-GaAs-(zweite) Kontaktschicht 19 ist auf der gesamten Oberfläche der obigen Struktur gebildet. Eine Au/Zn-Elektrode 20 ist auf der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 19 gebildet, und eine Au/Ge-Elektrode 21 ist auf der unteren Oberfläche des n-Typ-GaAs-Substrates 12 gebildet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Gehalte an In, Ga und Al so bestimmt sind, daß eine Gitterkonstante von jeder der n-Typ- Überzugschicht 14, der Aktivschicht 15 und der ersten Überzugschicht 16, die als den Doppelheterostrukturabschnitt dienen, und der Zwischenkontaktschicht 18 im wesentlichen die gleiche ist wie diejenige des GaAs- Substrates 12 (w in jeder Schicht erfüllt 0,50 &le; w &le; 0,54), und daß eine Bandabstandsenergie von jeder der Überzugschicht 14 und der ersten Überzugschicht 16 größer ist als diejenige der Aktivschicht 15.
  • Ein charakteristisches Merkmal der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist das folgende. Die erste obere Überzugschicht 16 eines p-Typ-In0,5Ga0,15Al0,35P, das als eine obere Überzugschicht der Doppelheterostruktur dient, hat eine Funktion zum Erzeugen einer Barriere aufgrund einer Banddiskontinuität an der Heteroübergangszwischenfläche zwischen der ersten oberen Überzugschicht 16 und der p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 19, um ein Stromsperren zu verursachen, und hat auch eine Funktion als eine Ätzstopschicht, die erforderlich ist, wenn die zweite obere Überzugschicht 17 aus p-Typ-In0,5Al0,5P in eine Mesastreifenform geätzt wird.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß, um eine Operation als eine Halbleiterlaservorrichtung durchzuführen, ohm'sche Kontakte mit kleinen Widerständen jeweils zwischen der ersten oberen Überzugschicht 16 aus p-Typ- In0,5Ga0,15Al0,35P und der zweiten oberen Überzugschicht 17 aus p-Typ-In0,5Al0,5P, zwischen der zweiten oberen Überzugschicht 17 und der Zwischenkontaktschicht 18 aus p-Typ-InGaP und zwischen der Zwischenkontaktschicht 18 und der Kontaktschicht 19 aus p-Typ-GaAs erzielt werden.
  • Ein Verfahren zum Herstellen der in Fig. 3 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung wird im folgenden beschrieben.
  • Die Fig. 4A und 4B sind Schnittdarstellungen, die die Schritte beim Herstellen der in Fig. 3 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung zeigen. Wie in Fig. 4A gezeigt ist, sind eine erste Pufferschicht 13 aus n-typ- GaAs (Si-Dotierung, Ladungsträgerkonzentration: 3 bis 5 x 10¹&sup7; Atome/cm³), eine 0,8 µm dicke Überzugschicht 14 aus n-Typ-In0,5Ga0,15Al0,35P (Si-Dotierung, Ladungsträgerkonzentration: 3 bis 5 x 10¹&sup7; Atome/cm³), eine 0,06 µm dicke Aktivschicht 15 aus In0,5Ga0,5P (nicht dotiert), eine erste obere Überzugschicht 16 aus p-Typ- In0,5Ga0,15Al0,35P mit einer Dicke von 0,2 bis 0,3 µm (Zn- Dotierung, Ladungsträgerkonzentration: 3 bis 5 x 10¹&sup7; Atome/cm³), eine zweite Überzugschicht 17 aus p-Typ- In0,5Al0,5P mit einer Dicke von 0,5 µm (Zn-Dotierung, Ladungsträgerkonzentration: 3 bis 5 x 10¹&sup7; Atome/cm³ und eine 500 Å dicke Zwischenkontaktschicht 18 aus p-Typ- In0,5Ga0,5P (Zn-Dotierung, Ladungsträgerkonzentration: 1 x 10¹&sup8; Atome/cm³) sequentiell auf ein n-Typ-GaAs-Substrat 12 (Si-Dotierung, Ladungsträgerkonzentration: 3 x 10¹&sup8; Atome/cm³), das eine Oberflächenkonzentration (100), hat, durch MOCVD (metallorganische chemische Dampfabscheidung) aufgewachsen, um so eine Doppelheteroscheibe zu bilden. Ein Resistfilm aus SiO&sub2; ist auf der gesamten Oberfläche der Zwischenkontaktschicht 18 aus p-Typ-In0,5Ga0,5P durch CVD gebildet. Dieser Resistfilm wird durch einen PEP-Prozeß gemustert, um einen SiO&sub2;-Film 22 mit einer Breite von 5 bis 7 µm in eine Streifengestalt zu bilden.
  • Wie in Fig. 4B gezeigt ist, wird, indem der in eine Streifengestalt gemusterte SiO&sub2;-Film 22 als eine Maske verwendet wird, die Zwischenkontaktschicht 18 des p- Typ-In0,5Ga0,5P teilweise in ein Streifenmuster durch eine Lösungsmischung aus Wasserstoffbromsäure, Brom und Wasser geätzt. Dann wird, indem die in ein Streifenmuster geätzte Zwischenkontaktschicht 18 als eine Maske verwendet wird, die zweite obere Überzugschicht 17 durch heiße Schwefelsäure oder heiße Phosphorsäure bei 60 bis 80ºC geätzt, um Rippenstreifen (Mesastreifen) zu bilden. Für InGaAlP hat ein selektives Ätzmittel aus heißer Schwefelsäure oder heißer Phosphorsäure eine Eigenschaft, daß, je kleiner der Al-Gehalt ist, die Ätzrate desto niedriger ist (d.h. je größer der Al-Gehalt ist, desto höher ist die Ätzrate). Wenn das Ätzmittel bei einer geeigneten Temperatur, beispielsweise 15 bis 130ºC verwendet wird, so dient die erste obere Überzugschicht 16 als ein Ätzstopper. Daher kann eine Dicke h der ersten oberen Überzugschicht 16 auf einen gewünschten Wert gesteuert werden, was in einer hervorragenden Modussteuerung resultiert. Nachdem der in ein Streifenmuster geätzte SiO&sub2;-Film 22 dann entfernt ist, wird Phosphorhydrid und eine organische Verbindung von In, beispielsweise TMI (Trimethyljodid, TEL (Triethyljodid) zu einem Wachstumsraum gespeist, und die Scheibe wird in einer Dampfatmosphäre, die P und In enthält, erwärmt und bei etwa 800ºC gehalten, um einen Oberflächenoxidfilm der Scheibe zu entfernen. Danach wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, eine 3 µm dicke p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 19 (Zn-Dotierung, Ladungsträgerkonzentration: 3 x 10¹&sup8; Atome/cm³) auf der ersten oberen Überzugschicht 16, Seitenwänden der zweiten oberen Überzugschicht 17, die in Streifengestalt gemustert ist, und der Zwischenkontaktschicht 18 durch MOCVD gebildet. Dann wird eine Au/Zn-Elektrode 20 auf der oberen Oberfläche der p-Typ- GaAs-Kontaktschicht 19 aufgetragen, und eine Au/Ge- Elektrode 21 wird auf der unteren Oberfläche des n-Typ- GaAs-Substrates 12 aufgetragen, um so die in Fig. 3 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung zu erhalten.
  • Wenn in der in Fig. 3 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung die erste obere Überzugschicht 16 aus p-Typ- In0,5Ga0,15Al0,35P eine Barriere aufgrund einer Banddiskontinuität auf der Heteroübergangszwischenfläche zwischen der ersten oberen Überzugschicht 16 und der Kontaktschicht 19 aus p-Typ-GaAs bildet, müssen die folgenden Bedingungen erfüllt sein. Fig. 5 zeigt einen Stromsperrabschnitt der in Fig. 3 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung, bei der die zweite obere Überzugschicht 17 aus p-Typ-In0,5Al0,5P, gemustert in eine Streifengestalt, und die p-Typ-InGaP, Zwischenkontaktschicht 18 aus p-Typ-InGaP nicht vorhanden sind. Die Abmessung dieses Stromsperrabschnittes beträgt 300 x 300 µm². Diese Abmessung ist im wesentlichen die gleiche, die erhalten wird, wenn dieser Teil als ein Element der Halbleiterlaservorrichtung dient. Die gleichen Bezugszeichen in Fig. 5 bezeichnen die gleichen Teile wie in Fig. 3. Fig. 6 zeigt eine Strom-Spannungskennlinie des Stromsperrabschnittes, der in Fig. 5 dargestellt ist. Ein Al-Gehalt y der ersten Überzugschicht 16 aus p-Typ-In1-w(Ga1-yAly)wP wird als ein Parameter verändert.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß eine Ladungsträgerkonzentration der ersten oberen Überzugschicht 16 aus p- Typ-In1-w(Ga1-yAly)wP 3 x 10¹&sup7; Atome/cm³ beträgt. Wenn, wie in Fig. 6 gezeigt ist, der Al-Gehalt y graduell derart abnimmt, daß y = 1,0, 0,7, 0,6, 0,5, ... vorliegt, so wird ein Strom einfacher zu dem in Fig. 5 gezeigten Stromsperrabschnitt gespeist. Eine Strichlinie in Fig. 6 stellt eine Strom-Spannungskennlinie dar, die erhalten wird, wenn die InGaAlP-Reihenhalbleiterlaservorrichtung (eine Kontaktfläche: 5 x 300 cm²), die in Fig. 1 gezeigt ist, bei einer Spannung von etwa 2,0 bis 2,5 V betrieben wird. Wenn, wie aus der Fig. 6 zu ersehen ist, der Al-Gehalt y in den Bereich von 0,6 bis 1,0 fällt, kann ein Spannungsabfall erhalten werden, der für ein Stromsperren der Halbleiterlaservorrichtung benötigt wird. Wenn jedoch y &le; 0,5 vorliegt, so wird ein Strom von 1 x 10 bis 1 x 10² mA oder mehr zu dem Stromsperrabschnitt bei einer Betriebsspannung gespeist, und ein Spannungsabfall, der für ein Stromsperren erforderlich ist, kann nicht erhalten werden. Um daher einen für ein Stromsperren erforderlichen Spannungsabfall zu erzielen, muß der Al-Gehalt y festgelegt werden, um y &ge; 0,6 zu erfüllen.
  • Damit die erste obere Überzugschicht 16 aus p-Typ- In1-w(Ga1-yAly)wP, die in Fig. 3 gezeigt ist, eine Funktion als eine Ätzstopschicht hat, die erforderlich ist, wenn die zweite obere Überzugschicht 17 aus p-Typ- In1-w(Ga1-zAlz)wP geatzt wird, muß ein Al-Gehalt der zweiten oberen Überzugschicht 17 größer als derjenige der ersten oberen Überzugschicht 16 sein. Daher ist ein Al-Gehalt y der ersten oberen Überzugschicht 16 aus p- Typ-In1-w(Ga1-yAly)wP als 0,6 &le; y &le; 1 für ein Stromsperren definiert, und eine Beziehung zwischen dem Al-Gehalt y der ersten oberen Überzugschicht 16 und dem Al-Gehalt z der zweiten oberen Überzugschicht 17 ist als 0,6 &le; y &le; z < 1 definiert. Daher muß eine Beziehung zwischen den Al-Gehalten y und z zu 0,6 &le; y &le; z &le; 1 definiert sein.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß in dem obigen Ausführungsbeispiel eine Pufferschicht aus n-Typ-In0,5Ga0,5P (In1-w(Ga1-pAlp)wP 0,50 &le; w &le; 0,54 und 0 &le; p &le; 1 zwischen der n-Typ-Pufferschicht 13 und der n-Typ-Überzugschicht 14 gebildet sein kann.
  • Wie oben beschrieben ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Dicke der Überzugschicht für eine Modussteuerung auf einen gewünschten Wert ohne Behinderung eines Stromsperrens gesteuert werden. Daher kann eine sichtbare InGaAlP-Reihenhalbleiterlaservorrichtung mit einem stabilen lateralen Modus bei hoher Produktionsausbeute hergestellt werden.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel wird unten anhand der Fig. 7 beschrieben. In Fig. 7 ist eine Ätzstopschicht 23 aus p-Typ-In0,5Ga0,5P (In1-w(Ga1-uAlu)wP, 0 &le; u < z &le; 1 und 0,50 &le; w &le; 0,54) auf einer Überzugschicht 16 aus p- Typ-In0,5Ga0,15Al0,35P in der in Fig. 3 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung gebildet.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Al-Gehalt y der ersten oberen Überzugschicht 16 zu 0,6 &le; y &le; 1 definiert, um eine Stromsperrfunktion zu liefern. Zusätzlich ist ein Al-Gehalt u der Ätzstopschicht 23 zu 0 &le; u &le; z &le; 1 definiert, damit die Schicht 23 als ein Ätzstopper arbeiten kann.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer in Fig. 7 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung wird im folgenden anhand der Fig. 8A und 8B beschrieben. Wie in Fig. 8A gezeigt ist, werden in der gleichen Weise wie in den in Fig. 4A dargestellten Schritten eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 13, eine Überzugschicht 14 aus n-Typ-In0,5Ga0,15Al0,35P, eine Aktivschicht 15 aus In0,5Ga0,5P und eine erste obere Überzugschicht 16 aus p-Typ-In0,5Ga0,15Al0,35P sequentiell auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 12 gestapelt. Nachdem eine 50 Å (1 Å = 10&supmin;¹&sup0; m) dicke Ätzstopschicht 23 aus p- Typ-InGaP auf der obigen Struktur gebildet ist, werden eine zweite obere Überzugschicht 17 aus p-Typ-In0,5Al0,5P und eine Zwischenkontaktschicht 18 aus p-Typ-In0,5Al0,5P sequentiell durch MOCVD gebildet. Nachdem ein Resistfilm aus SiO&sub2; auf der Zwischenkontaktschicht 18 aus p- Typ-In0,5Ga0,5P gebildet ist, wird dann dieser Resistfilm in Streifengestalt gemustert, um so einen SiO&sub2;-Film 22 zu bilden.
  • Wie in Fig. 8B gezeigt ist, wird die Zwischenkontaktschicht 18 aus p-Typ-In0,5Ga0,5P in ein Streifenmuster durch eine Lösungsmischung aus Hydrobromsäure, Brom und Wasser geätzt, und die zweite obere Überzugschicht 17 aus p-Typ-In0,15Al0,5P wird in ein Streifenmuster durch heiße Schwefelsäure oder heiße Phosphorsäure geätzt. Danach wird der Oberflächenoxidfilm in der gleichen Weise wie in den Schritten in Fig. 4A entfernt, und eine Kontaktschicht 19 aus p-Typ-GaAs wird durch MOCVD gebildet. Au/Zn- und Au/Ge-Elektroden 20 und 21 werden jeweils auf den oberen und unteren Oberflächen der Struktur erzeugt. Damit die Ätzstopschicht 23 aus p- Typ-InGaP eine Funktion als ein Ätzstopper hat, um die zweite obere Überzugschicht 17 aus p-Typ-InAlP in ein Streifenmuster zu ätzen, wird ein Al-Gehalt der Ätzstopschicht 23 kleiner eingestellt als derjenige der zweiten oberen Überzugschicht 17 aus p-Typ-InAlP. Damit die erste obere Überzugschicht 16 aus p-Typ- In0,5Ga0,15Al0,35P, die als eine untere Schicht dient, eine Stromsperrfunktion bezüglich der Kontaktschicht 19 aus p-Typ-GaAs in der gleichen Weise wie in Fig. 3 hat, kann die Dicke der Ätzstopschicht 23 aus p-Typ-InGaP auf 100 Å oder weniger eingestellt werden. Fig. 9 zeigt einen Spannungsabfall V, der über der ersten oberen Überzugschicht 16, der Ätzstopschicht 23 und der Kontaktschicht 19 erzeugt ist, wenn eine Dicke d der Ätzstopschicht 23 aus p-Typ-InGaP verändert wird. In der InGaAlP-Reihenhalbleiterlaservorrichtung ist eine Betriebsspannung von etwa 2,0 V oder mehr erforderlich. Um ein hervorragendes Stromsperren während eines Betriebes der Vorrichtung durchzuführen, ist ein Spannungsabfall von 2,5 V oder mehr erforderlich. Wie aus der Fig. 9 zu ersehen ist, muß, um einen derartigen Spannungsabfall zu erhalten, die Dicke d der Ätzstopschicht 23 aus p-Typ-InGaP auf 100 Å oder weniger eingestellt werden.
  • Das dritte Ausführungsbeispiel wird nunmehr anhand der Fig. 10 erläutert. Eine in Fig. 10 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung wird erhalten, indem eine Ätzstopschicht 23 aus p-Typ-InGaP, die auf beiden Seiten eines Rippenteiles von der in Fig. 7 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung gelegen ist, mit der Ausnahme des Schichtteiles entfernt wird, der unter der zweiten oberen Überzugschicht 17 aus p-Typ-In0,5Al0,5P gelegen ist, das in Streifengestalt gemustert ist. Ein Verfahren zum Herstellen der in Fig. 10 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung wird im folgenden beschrieben. Anfangsschritte sind die gleichen wie in den Fig. 8A und 8B. In dem dritten Ausführungsbeispiel wird, wie in Fig. 11 gezeigt ist, die auf beiden Seiten des Mesastreifens gebildete Ätzstopschicht 23 von der in Fig. 8B dargestellten Struktur weiter durch eine Mischungslösung aus Hydrobromsäure, Brom und Wasser geätzt, wobei ein SiO&sub2;- Film 22 als eine Maske verwendet wird.
  • Die Dicke der Ätzstopschicht 23 ist so klein wie 100 Å, und eine Ätzzeitperiode in diesem Schritt ist so kurz wie 5 s. Daher werden die Dicke der ersten Überzugschicht 16 und die Rippenbreite einer zweiten oberen Überzugschicht 17 kaum beeinträchtigt. Als ein Ergebnis können diese Schichten mit einer hervorragenden Reproduzierbarkeit gebildet werden. Danach wird ein Oberflächenoxidfilm entfernt. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, wird eine Kontaktschicht 19 aus p-Typ-GaAs auf der ersten oberen Überzugschicht 16, den Seitenwänden der zweiten Überzugschicht 17 und einer Zwischenkontaktschicht 18 durch MOCVD gebildet. Au/Zn- und Au/Ge-Elektroden 20 und 21 werden jeweils auf den oberen und unteren Oberflächen der Struktur gebildet.
  • Wie oben beschrieben ist, kann gemäß einer Struktur und einem Herstellungsverfahren, wie diese in den Fig. 10 und 11 gezeigt sind, eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem Schwellenwert von 40 bis 45 mA und einem Astigmatismus von etwa 10 µm erhalten werden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dicke der Überzugschicht nicht befriedigend durch die Struktur und das Herstellungsverfahren, wie in den Fig. 1 bis 2B gezeigt, gesteuert werden konnte, und damit der Schwellenwert stark von 40 bis 70 mA und der Astigmatismus von 5 bis 30 µm schwankt.
  • Fig. 12 ist eine schematische Schnittdarstellung einer anderen Halbleiterlaservorrichtung.
  • In Fig. 12 wird eine Stromsperrschicht 24 aus n-Typ- GaAs (Ga1-RAlRAa, 0 &le; R &le; 1) mit einer Stromsperrfunktion auf beiden Seiten einer Ätzstopschicht 23 von p-Typ- In0,5Ga0,5P und einer zweiten oberen Überzugschicht 17 von p-Typ-InAlP, die einen Mesastreifen, wie in Fig. 10 gezeigt, bilden, erzeugt. Eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 25 wird auf der n-Typ-GaAs-Stromsperrschicht 24 und einer p-Typ-InGaP-Zwischenkontaktschicht 18 gebildet.
  • Ein Verfahren zum Herstellen der in Fig. 12 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung wird im folgenden beschrieben. Die Anfangsschritte sind die gleichen wie in den Fig. 8A, 8B und 11. Wie in Fig. 13 gezeigt ist, wird ein selektives Wachstum mittels eines SiO&sub2;-Filmes 22 als einer Maske durch MOCVD in dem in Fig. 11 gezeigten Zustand durchgeführt, und die Stromsperrschicht 24 aus n-Typ-GaAs wird auf beiden Seiten der Ätzstopschicht 23 aus p-Typ-In0,5Ga0,5P und der zweiten Überzugschicht 17 aus p-Typ-In0,5Al0,5P, die einen Mesastreifen bilden, erzeugt. Danach wird der SiO&sub2;-Film 22 entfernt, und die Kontaktschicht 25 aus p-Typ-GaAs wird durch MOCVD gebildet. Schließlich werden Au/Zn- und Au/Ge-Elektroden 20 und 21 gebildet.
  • Die so hergestellte Halbleiterlaservorrichtung wurde bei einem Schwellenwert von 35 mA in Schwingung versetzt, wenn die Länge eines Resonators auf 300 µm eingestellt war, und hervorragende Kennlinien in einem einzigen lateralen Modus konnten bis zu 20 mW erhalten werden. In einem Betriebslebensdauertest wurde ein stabiler Betrieb für 2000 Stunden oder mehr unter den Bedingungen von 50ºC und 5 mW bestätigt. Zusätzlich konnten die obigen Kennlinien oder Eigenschaften mit guter Reproduzierbarkeit in einer Scheibenoberfläche mit einer Abmessung von 30 x 30 mm² erzielt werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Abmessungen eines Bauelementes mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, während eine Stromsperrfunktion hervorragend gehalten wird. Daher kann eine Halbleiterlaservorrichtung mit ausgezeichneten Bauelementeigenschaften oder -kennlinien mit hoher Produktionsausbeute erhalten werden.

Claims (18)

1. Halbleiterlaservorrichtung mit einem Halbleitersubstrat (12) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer Doppelheterostruktur aus einer unteren Überzugschicht (14) des ersten Leitfähigkeitstyps, einer Aktivschicht (15) und einer ersten oberen Überzugschicht (16) aus In1-w(Ga1-yAly)wP eines zweiten Leitfähigkeitstyps, gebildet auf dem Halbleitersubstrat, einer zweiten oberen Überzugschicht (17) aus In1-w(Ga1-zAlz)wP des zweiten Leitfähigkeitstyps, partiell gebildet auf der ersten oberen Überzugschicht (16), einer ersten Kontaktschicht (18) aus In1-w(Ga1-sAls)wP (0 &le; s < z &le; 1) des zweiten Leitfähigkeitstyps, gebildet auf der zweiten oberen Überzugschicht (17), und einer zweiten Kontaktschicht (19) aus GaAs des zweiten Leitfähigkeitstyps, gebildet in Kontakt mit der ersten oberen Überzugschicht (16) und der ersten Kontaktschicht (18), wobei der Wert von y in In1-w(Ga1-yAly)wP, das die erste obere Überzugschicht (16) bildet, und der Wert von z in In1-w(Ga1-zAlz)wP, das die zweite obere Überzugschicht (17) bildet, eine Beziehung 0,6 &le; y < z &le; 1 erfüllen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wertvon w in In1-w(Ga1-yAly)wP, das die erste obere Überzugschicht bildet, und in In1-w(Ga1-zAlz)wP, das die zweite obere Überzugschicht (17) bildet, Beziehungen von 0,50 &le; w &le; 0,54 erfüllt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von w, s und z in In1-w(Ga1-sAls)wP, das die erste Kontaktschicht (18) bildet, Beziehungen von 0,50 &le; w &le; 0,54 und 0 &le; s &le; z &le; 1 erfüllen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weiterhin eine Schicht aus In1-w(Ga1-uAlu)wP des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer Dicke von nicht mehr als 100 Å (1 Å = 10&supmin;¹&sup0; m) auf der ersten oberen Überzugschicht (16), wobei der wert von u eine Beziehung 0 &le; u < z &le; 1 erfüllt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch weiterhin eine Schicht (23) aus In1-w(Ga1-uAlu)wP des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten und zweiten oberen Überzugschicht (16, 17), wobei der Wert von u eine Beziehung 0 &le; u < z &le; 1 erfüllt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Pufferschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen dem Halbleitersubstrat (12) und der unteren Überzugschicht (14).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (12) und die Pufferschicht (13) GaAs umfassen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Überzugschicht In1-w(Ga1-vAlv)wP umfaßt, die Aktivschicht (15) In1-w(Ga1-xAlx)wP aufweist, und daß die Werte von v, x und w Beziehungen von 0 &le; x &le; 1, 0 &le; x < v &le; 1 und 0,50 < w < 0,54 erfüllen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Elektrodenschichten (20, 21) auf einer unteren Oberfläche des Halbleitersubstrates bzw. auf der zweiten Kontaktschicht gebildet sind.
10. Halbleiterlaservorrichtung mit einem Halbleitersubstrat (12) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer Doppelheterostruktur aus einer unteren Überzugschicht (14) des ersten Leitfähigkeitstyps, einer Aktivschicht (15) und einer ersten oberen Überzugschicht (16) aus In1-w(Ga1-yAly)wP eines zweiten Leitfähigkeitstyps, gebildet auf dem Halbleitersubstrat (12), einer Ätzstopschicht (23) aus In1-w(Ga1-uAlu)wP des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer Dicke von nicht mehr als 100 Å (1 Å = 10&supmin;¹&sup0; m) auf der ersten oberen Überzugschicht (16), einer zweiten oberen Überzugschicht (17) aus In1-w(Ga1-zAlz)wP des zweiten Leitfähigkeitstyps, partiell gebildet auf der Ätzstopschicht (23), einer ersten Kontaktschicht (18) aus In1-w(Ga1-sAls)wP, 0 &le; s < z &le; 1, des zweiten Leitfähigkeitstyps, gebildet auf der zweiten oberen Überzugschicht (17), und einer zweiten Kontaktschicht (19) aus GaAs des zweiten Leitfähigkeitstyps, gebildet in Kontakt mit der Ätzstopschicht (23) und der ersten Kontaktschicht (18), wobei der Wert von y in In1-w(Ga1-yAly)wP, das die erste obere Überzugschicht (16) bildet, der Wert von u in In1-w(Ga1-uAlu)wP, das die Ätzstopschicht (23) bildet, und der Wert von z in In1-w(Ga1-zAlz)wP, das die zweite obere Überzugschicht (17) bildet, Beziehungen von 0,6 &le; y &le; 1 und 0 &le; u < z &le; 1 erfüllen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von w in In1-w(Ga1-yAly)wP, das die erste obere Überzugschicht (16) bildet, und in In1-w(Ga1-zAlz)wP das die zweite obere Überzugschicht (17) bildet, Beziehungen 0,50 &le; w &le; 0,54 erfüllt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von w, s und z in In1-w(Ga1-sAls)wP, das die erste Kontaktschicht (18) bildet, Beziehungen von 0,50 &le; w &le; 0,54 und 0 &le; s &le; z < 1 erfüllen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch weiterhin eine Pufferschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen dem Halbleitersubstrat (12) und der unteren Überzugschicht (14).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (12) und die Pufferschicht (13) GaAs umfassen.
15. Halbleiterlaservorrichtung mit einem Halbleitersubstrat (12) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer Doppelheterostruktur aus einer unteren Überzugschicht (14) des ersten Leitfähigkeitstyps, einer Aktivschicht (15) und einer ersten oberen Überzugschicht (15) aus In1-w(Ga1-yAly)wP eines zweiten Leitfähigkeitstyps, gebildet auf dem Halbleitersubstrat (12), einer Ätzstopschicht (23) aus In1-w(Ga1-uAlu)wP des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der ersten oberen Überzugschicht (16), einer zweiten oberen Überzugschicht (17) aus In1-w(Ga1-zAlz)wP des zweiten Leitfähigkeitstyps, partiell gebildet auf der Ätzstopschicht (23), einer ersten Kontaktschicht (18) aus In1-w(Ga1-sAls)wP, 0 &le; s < z &le; 1, des zweiten Leitfähigkeitstyps, gebildet auf der zweiten oberen Überzugschicht (17), und einer zweiten Kontaktschicht (19) aus GaAs des zweiten Leitfähigkeitstyps, gebildet in Kontakt mit der Ätzstopschicht (23) und der ersten Kontaktschicht (18), wobei der Wert von y in In1-w(Ga1-yAly)wP, das die erste obere Überzugschicht (16) bildet, der Wert von u in In1-w(Ga1-uAlu)wP, das die Ätzstopschicht (23) bildet, und der Wert von z in In1-w(Ga1-zAlz)wP, das die zweite obere Überzugschicht (17) bildet, Beziehungen von 0,6 &le; y &le; 1 und 0 &le; u < z &le; 1 erfüllen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert von w in In1-w(Ga1-yAly)wP, das die erste obere Überzugschicht (16) bildet, und in In1-w(Ga1-zAlz)wP, das die zweite obere Überzugschicht (17) bildet, Beziehungen von 0,50 &le; w &le; 0,54 erfüllt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte von w, s und z in In1-w(Ga1-sAls)wP, das die erste Kontaktschicht (18) bildet, Beziehungen von 0,50 &le; w &le; 0,54 und 0 &le; s &le; z &le; 1 erfüllen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, weiterhin mit einer Pufferschicht (13) des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen dem Halbleitersubstrat (12) und der unteren Überzugschicht (14).
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