DE69031401T2 - Halbleiterlaser, Halbleiter-Wafer und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Halbleiterlaser, Halbleiter-Wafer und Verfahren zur Herstellung derselben

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Description

    1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser mit Innenstreifen sowie ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlasers. Die Erfindung betrifft ferner einen Halbleiterwafer und ein Verfahren zum Herstellen des Halbleiterwafers. So wie hier verwendet, betrifft der Begriff "Halbleiterwafer" einen Halbleiterwafer, auf dem mehrere Halbleiterschichten ausgebildet sind, einschließlich einer optischen Wellenleiterschicht wie einer aktiven Schicht, der dann gespalten wird, um Halbleiterbauteile herzustellen, z.B. Halbleiterlaser oder optische Bauteile mit einem optischen Wellenleiter, wie optische Verzweigungsfilter, optische Multiplexer und optische Schalter.
    • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • In den letzten Jahren wurden Haibleiterlaser in großem Umfang als Lichtguelle zum Auslesen der Daten von CDs oder Videoplatten in optischen Plattenlaufwerken verwendet.
  • Der Transversalmodus einer Laserschwingung ist ein wichtiger Faktor, der nicht nur den horizontalen Aufweitungswinkel von Laserstrahlen beeinflusst, sondern auch die Charakteristik betreffend den Strom über der optischen Ausgangsleistung sowie die Longitudinalmodencharakteristik. Zum Zweck des Steuerns der Transversalmode der Laserschwingung verfügen Halbleiterlaser über einen Streifenkanal im Substrat. Ein Beispiel eines derartigen Halbleiterlasers ist der planare Laser mit einem mit Kanal versehenen Substrat (CSP = channeled substrate planar) mit Indexwellenleiterstruktur. Ein Laser mit einem Substrat mit einem Innenstreifen in Form eines V-förmigen Kanals (VSIS = V-channeled substrate inner stripe), bei dem der streifenförmige Kanal im Substrat durch die Stromsperrschicht hindurch ausgebildet ist, wird für viele Anwendungen verwendet.
  • Ein Beispiel eines VSIS-Lasers ist in Fig. 6 dargestellt. Bei diesem VSIS- Laser sind auf einem p-GaAs-Substrat 1 eine n-GaAs-Stromsperrschicht 2, eine erste Mantelschicht 3 aus p-GaAlAs, eine aktive Schicht 4 aus GaAlAs, eine zweite Mantelschicht 5 aus n-GaAlAs und eine n-GaAs-Kontaktschicht 6 aufeinanderfolgend ausgebildet, wobei die Stromsperrschicht 2 einen streifenförmigen Kanal 10 aufweist, der das Halbleitersubstrat 1 erreicht. Bei diesem Halbleiterlaser ist der Strom für die Laserschwingung auf den streifenförmigen Kanal 10 eingegrenzt. Vom in der aktiven Schicht 4 erzeugten Licht wird anderes Licht als das über dem streifenförmigen Kanal 10 durch die Stromsperrschicht 2 zu beiden Seiten des streifenförmigen Kanals 10 absorbiert, und es erscheint die Differenz Δn im effektiven Brechungsindex zwischen dem Bereich der aktiven Schicht 4 über dem streifenförmigen Kanal 10 und dem Bereich außerhalb dieses Bereichs. Bei einem VSIS-Halbleiterlaser stabilisiert die Differenz hinsichtlich des effektiven Brechungsindex die transversale Grundmode. Da der streifenförmige Kanal 10 einen optischen Wellenleiter und einen Strompfad bildet, können VSIS-Laser leicht hergestellt werden. Jedoch besteht bei ihnen der Nachteil eines relativ hohen Schwellenstroms für die Schwingung von 40 bis 60 mA.
  • Bei der Herstellung von VSIS-Lasern wird, nachdem die Stromsperrschicht 2 zum Ausbilden des streifenförmigen Kanals 10 geätzt wurde, die erste Mantelsohicht 3 durch Flüssigphasenepitaxie (LPE) so aufgewachsen, dass der streifenförmige Kanal 10 darin vergraben wird. Bei diesem LPE-Wachstum ist die Kristallwachstumsrate an den Seitenflächen des Kanals 10 größer als die auf dem ebenen Abschnitt der Stromsperrschicht 2. Im Ergebnis wird das Innere das Kanals 10 selektiv vergraben und die Oberfläche der darauf aufgewachsenen ersten Mantelschicht 3 wird eben. Hierbei verwendet diese Einebnung die starke Abhängigkeit der Kristallwachstumsrate bei LPE von der Oberflächenausrichtung der Substratkristalle, was auch dazu genutzt werden kann, Substrate mit einem Kammabschnitt einzuebnen. Der Schwellenstrom in VSIS-Lasern kann wirkungsvoll dadurch verringert werden, dass die erste Mantelschicht 3 so dünn wie möglich gemacht wird, um ein Aufweiten des Stroms in Querrichtung innerhalb der ersten Mantelschicht 3 zu verhindern, was zu einer Verringerung des ineffektiven Stroms führt. Wenn jedoch die Aufwachszeit für die erste Manteischicht 3 kurz eingestellt wird, um diese Schicht dünner zu machen, kann der streifenförmige Kanal 10 nicht ausreichend vergraben werden, was zu einem streifenförmigen konkaven Abschnitt in der ersten Mantelsohicht 3 führt, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Wenn die aktive Schicht 4 auf die erste Mantelschicht 3 mit einem derartigen streifenförmigen konkaven Abschnitt aufgewachsen wird, weist die aktive Schicht 4 einen gekrümmten Abschnitt 11 auf. In einem Halbleiterlaser mit einer derartigen gekrümmten aktiven Schicht unterscheidet sich der Brechungsindex in Querrichtung von dem in normalen Bauteilen, so dass das Fernfeldmuster des Laserstrahls nicht stabilisiert ist und die maximale optische Ausgangsleistung verringert sein kann.
  • Um das Auftreten eines gekrümmten Abschnitts in der aktiven Schicht zu verhindern, wenn die erste Manteischicht 3 dünn ausgebildet wird, sollte es ermöglicht werden, dass das Kristallwachstum auf dem ebenen Abschnitt der Stromsperrschicht 2 ausreichend verlangsamt wird. Um dieses Verlangsamen des Kristallwachstums zu erreichen, kann an die folgenden Konfigurationen gedacht werden
  • (1) Es wird ein Kammabschnitt in der Stromsperrschicht angebracht und der streifenförmige Kanal wird im Rippenabschnitt ausgebildet; und
  • (2) Gräben (Blindgräben), die dem streifenförmigen Kanal (Hauptkanal) ähnlich sind, werden an jeder Seite des streifenförmigen Kanals ausgebildet.
  • Beispiele für die obige Konfiguration (1) umfassen die in Fig. 8 dargestellte Substratstruktur mit vergrabenen Doppelkamm (BTRS). Bei dieser Struktur sind zwei parallele Kämme 12a und 12b auf einer Terrasse 13 im Substrat 1 ausgebildet, und der streifenförmige Kanal 10 ist zwischen den Kämmen ausgebildet. Beim Aufwachsen der ersten Mantelschicht 3 ist das Wachstum an den Seitenflächen der Kämme 12a und 12b aufgrund der anisotropen Eigenschaften beim Kristallwachstum beschleunigt, so dass das Kristallwachstum auf den ebenen Abschnitten der Kämme 12a und 12b verlangsamt ist. Dies sorgt dafür, dass der streifenförmige Kanal vollständig vergraben wird, und die Mantelschicht 3 kann an beiden Kämmen dünn ausgebildet werden.
  • Halbleiterlaser mit den Strukturen, wie sie in den Fig. 9 und 10 dargestellt sind, sind Beispiele für die Konfiguration (2). Bei diesen Strukturen sind Blindgräben 20 mit derselben Tiefe wie der des streifenförmigen Kanals 10 an jeder Seite des streifenförmigen Kanals 10 ausgebildet. Beim in Fig. 9 dargestellten Halbleiterlaser ist nur der streifenförmige Kanal 10 an der Oberseite einer Terrasse 13 im Substrat 1 so ausgebildet, dass er das Substrat 1 erreicht. Daher dient nur der streifenförmige Kanal 10 als Strompfad. Ferner erreichen beim in Fig. 10 dargestellten Halbleiterlaser sowohl der streifenförmige Kanal 10 als auch die Blindgräben 20 das Substrat 1. Um den Strom auf den streifenförmigen Kanal 10 einzugrenzen, sind Gräben 14 an jeder Seite des streifenförmigen Kanals 10 ausgebildet, um zu verhindern, dass Strom in die Blindgräben 20 ausleckt.
  • Bei den in den Fig. 9 und 10 dargestellten Strukturen ist, wenn die erste Mantelschicht 3 durch LPE auf die Stromsperrschicht 2 aufgewachsen wird, das Kristallwachstum auf den Blindgräben 20 aufgrund der ausrichtungsabhängigen, anisotropen Eigenschaften des Kristallwachstums beschleunigt, so dass das Kristallwachstum auf den ebenen Abschnitten der Stromsperrschicht 2 zwischen den Kanälen verlangsamt ist. Daher kann der streifenförmige Kanal 10 vollständig vergraben werden und die erste Mantelschicht 3 kann auf jeder Seite des streifenförmigen Kanals 10 dünn ausgebildet werden.
  • Jedoch muss in beiden Fällen der in Fig. 8 dargestellten BTRS-Struktur und der in Fig. 9 dargestellten Struktur das Substrat 1 geätzt werden, um die Terrasse 13 auszubilden. Ferner müssen bei der in Fig. 10 dargestellten Struktur die Gräben 14 für Stromeingrenzung nach dem Kristallwachstumsschritt ausgebildet werden. Wie es erkennbar ist, geht jede Verbesserung mit dem Nachteil einer Erhöhung der Anzahl von Herstellschritten zum Herstellen der Stromeingrenzungsstruktur einher.
  • Bei der tatsächlichen Massenherstellung von VSIS-Lasern, wie in Fig. 6 dargestellt, kann eine große Schwankung des Schwingungs-Schwellenstroms Ith im Bereich von 40 bis 70 mA beobachtet werden. Darüber hinaus zeigen Messungen der Charakteristik des Stroms über der optischen Ausgangsleistung (I-L-Charakteristik), dass die optische Ausgangsleistung bei 5 bis 15 mW in Sättigung gehen kann. Dieser Effekt ist als I-L-Knick bekannt, der einer der Gründe dafür ist, dass die Herstellausbeute von Halbleiterlasern abnimmt.
  • Das Folgende kann als Gründe für den oben genannten Fehlschlag bei der Bauteilcharakteristik angesehen werden. Erstens ist die Schichtdicke der aktiven Schicht 4 über dem streifenförmigen Kanal 10 nicht gleichmäßig, so dass Lichtverluste auftreten, und die effektive Brechungsindexdifferenz Δn wird, wie es im oberen Teil von Fig. 6 dargestellt ist, rechts und links über dem streifenförmigen Kanal 10 asymmetrisch. Auch wird, wenn LPE-Wachstum auf dem streifenförmigen Kanal 10 ausgeführt wird, die Form des streifenförmigen Kanals 10 auf der rechten und linken Seite aufgrund des Auftretens eines Rückschmelzens asymmetrisch, was zu einer asymmetrischen Differenz Δn hinsichtlich des effektiven Brechungsindex auf der rechten und linken Seite führt.
  • Um die Gleichmäßigkeit der Dicke der aktiven Schicht 4 zu untersuchen, wurde ein Wafer hergestellt, bei dem die Ga-Lösung von der Wachstumsfläche nach dem LPE-Wachstum der ersten Mantelschicht 3 und der aktiven Schicht 4, wie in Fig. 6 dargestellt, weggenommen wurde. Die Fig. 11 und 12 sind schematische, übertriebene Diagramme des Wafers. Fig. 11 zeigt den Fall, dass ein Halbleitersubstrat mit einer Oberfläche mit im Wesentlichen nichtgeneigter Ausrichtung verwendet wurde (d.h. einer Ausrichtung, die um einen Winkel von weniger als ±0,1º aus z.B. der [100]-Richtung zur [011]-Richtung geneigt war). Wie es in Fig. 11 dargestellt ist, werden in der aktiven Schicht 4 entlang den streifenförmigen Kanälen 10 streifenförmige konkave Abschnitte beobachtet. Diese streifenförmigen konkaven Abschnitte in der aktiven Schicht 4 rühren von Vertiefungen in der Nähe des streifenförmigen Kanals 10 in der ersten Mantelschicht 3 her. Die Vertiefungen in der ersten Mantelschicht 3 führen zum Fehlen von Gleichmäßigkeit der Dicke der darauf ausgebildeten aktiven Schicht 4.
  • Fig. 12 zeigt den Fall, dass ein Halbleitersubstrat mit einer Oberfläche verwendet wurde, deren Ausrichtung um einen Winkel von ±0,1º oder mehr aus der [100]-Richtung in die [011]-Richtung geneigt war. In diesem Fall wird auf der Oberfläche der in der Nähe der streifenförmigen Kanäle 10 aufgewachsenen Schicht ein stufenförmiges Wachstumsmuster beobachtet.
  • Wie es erkennbar ist, wird, unabhängig vom Ausmaß der Neigung in Bezug auf die Oberflächenausrichtung des Substrats, die Oberfläche der ersten Mantelschicht 3 in der Nähe der streifenförmige Kanäle 10 nicht eben. Dieses Fehlen von Ebenheit an der Oberfläche der ersten Mantelschicht 3 zeigt Dickenschwankungen von mehreren 100 Å über einen Abstand von einigen µm, so dass dies selbst durch ein Rasterelektronenmikroskop (REM) nicht beobachtbar ist. Dieses Fehlen an Ebenheit tritt innerhalb einer Fläche von 250 µm × 300 µm auf, was die übliche Größe von Halbleiterlaser-Chips ist, und dies bewirkt nicht nur den oben genannten I-L-Knick sondern führt auch zu Lichtintensitätsrauschen und insbesondere zu Rauschen durch zurückgeführtes Licht. Es verursacht nicht nur Dickenschwankungen über die gesamte Oberfläche eines Wafers mit mehreren Quadratzentimetern, sondern es bewirkt auch Schwankungen des Schwellenstroms, des Fernfeldmusters und anderer grundsätzlicher Eigenschaften von Halbleiterlasern, die aus demselben Wafer erhalten werden.
  • Das Dokument JP-A-63 301 581, auf dem die Oberbegriffe der Ansprüche 1, 6, 10, 12 und 14 beruhen, offenbart einen Laser, bei dem ein Blindgraben an jeder Seite des Kanals ausgebildet ist. Die Gräben sind breiter als der Kanal. Es ist eine Stromsperrschicht vorhanden, um den Schwellenstrom zu verringern.
  • Gemäß einer ersten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Halbleiterlaser mit folgendem geschaffen: einem Halbleitersubstrat von erstem Leitungstyp; einer Stromsperrschicht von zweitem Leitungstyp, die auf dem Substrat ausgebildet ist und durch die hindurch ein streifenförmiger Kanal im Substrat ausgebildet ist; einer Mehrschichtstruktur, die auf der Stromsperrschicht ausgebildet ist und aufeinanderfolgend eine erste Mantelschicht vom ersten Leitungstyp, eine aktive Schicht für Laserschwingung sowie eine zweite Mantelschicht vom zweiten Leitungstyp aufweist; und einem Blindgraben, der das Substrat nicht erreicht und in der Stromsperrschicht auf jeder Seite des streifenförmigen Kanals ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei Blindgräben aufweist, die das Substrat nicht erreichen und in der Stromsperrschicht auf jeder Seite des streifenförmigen Kanals ausgebildet sind, wobei die Breite jedes der Blindgräben kleiner als diejenige des streifenförmigen Kanals ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat der streifenförmige Kanal V- förmigen Querschnitt.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Mehrschichtstruktur ferner eine Kontaktschicht vom zweiten Leitungstyp auf, die auf der zweiten Mantelschicht ausgebildet ist.
  • Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterlaser ferner mit einer ersten Elektrode versehen, die auf der Unterseite des Substrats ausgebildet ist, und einer zweiten Elektrode, die auf der Kontaktschicht ausgebildet ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die erste und die zweite Mantelschicht eine Ladungsträgerkonzentration im Bereich von 1 × 10¹&sup7; - 7 × 10¹&sup7; cm&supmin;³ auf.
  • Gemäß einer zweiten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers mit den folgenden Schritten geschaffen: Herstellen einer Stromsperrschicht von zweitem Leitungstyp auf einem Halbleitersubstrat von erstem Leitungstyp; und Ätzen der Stromsperrschicht in solcher Weise, dass in ihr ein erster streifenförmiger Graben ausgebildet wird, der das Substrat nicht erreicht; und ferneres Ätzen der Stromsperrschicht und des Substrats in solcher Weise, dass der erste streifenförmige Graben in einem streifenförmigen Kanal ausgebildet wird, der das Substrat erreicht, und dass ein Blindgraben, der das Substrat nicht erreicht, an jeder Seite des streifenförmigen Kanals ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Blindgräben, die das Substrat nicht erreichen, an jeder Seite des streifenförmigen Kanals ausgebildet werden, wobei die Breite jedes der Blindgräben kleiner als diejenige des streifenförmigen Kanals ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Aufwachsens einer Mehrschichtstruktur auf die Stromsperrschicht nach den Ätzschritten, wobei diese Mehrschichtstruktur aufeinanderfolgend eine erste Mantelschicht vom ersten Leitungstyp, eine aktive Schicht für Laserschwingung und eine zweite Mantelschichtvom zweiten Leitungstyp auf.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Ätzschritte mit mit einem Schwefelsäure enthaltenden Ätzmittel ausgeführt.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Mehrschichtstruktur durch Flüssigphasenepitaxie aufgewachsen.
  • Gemäß einer dritten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Halbleiterwafer mit folgendem geschaffen: einem Halbleitersubstrat; einer auf dem Substrat ausgebildeten Stromsperrschicht; mehreren streifenförmigen Kanälen, die durch die Stromsperrschicht im Substrat ausgebildet sind; und einer Mehrschichtstruktur, die auf der Stromsperrschicht ausgebildet ist und aufeinanderfolgend eine erste Mantelschicht, eine optische Wellenleiterschicht und eine zweite Mantelschicht aufweist; und einem Blindseitengraben, der zwischen jedem benachbarten Paar streifenförmiger Kanäle so ausgebildet ist, dass er das Substrat nicht erreicht; dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Oberflächenausrichtung aufweist, die aus der [100]-Richtung um einen Winkel , der der Beziehung 0,1º < < 4º genügt, zu einer der Richtungen [011] und [011] geneigt ist; - die streifenförmigen Kanäle (10) in der Richtung der anderen der Richtungen [011] und [011] ausgebildet sind; und der Wafer mindestens zwei Blindseitengräben aufweist, die zwischen jedem benachbarten Paar streifenförmiger Kanäle so ausgebildet sind, dass sie das Substrat nicht erreichen, wobei die kombinierte Schnittfläche, in der Ebene rechtwinklig zur anderen Richtung, der Blindseitengräben, die zwischen jeweils benachbarten Paaren streifenförmiger Kanäle angeordnet sind, größer als diejenige jedes der streifenförmigen Kanäle ist, und die Breite jedes der Blindseitengräben kleiner als diejenige jedes der streifenförmigen Kanäle ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ausrichtung der Substratoberfläche um einen Winkel von 0,50 von der Richtung [100] zur Richtung [011] geneigt.
  • Gemäß einer vierten Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterwafers mit den folgenden Schritten geschaffen: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats; Herstellen einer Stromsperrschicht auf dem Substrat; Ätzen des Substrats und der Stromsperrschicht in solcher Weise, dass im Substrat durch die Stromsperrschicht hindurch mehrere streifenförmige Kanäle ausgebildet werden, und so, dass zwischen jeweils benachbarten Paaren streifenförmiger Kanäle in der Stromsperrschicht ein Blindseitengraben so ausgebildet wird, dass er das Substrat nicht erreicht; dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Oberflächenausrichtung aufweist, die aus der [100]-Richtung um einen Winkel , der der Beziehung 0,1º < < 4º genügt, zu einer der Richtungen [011] und [011] geneigt ist; die streifenförmigen Kanäle in der Richtung der anderen der Richtungen [011] und [011] ausgebildet sind; und dass mindestens zwei Blindseitengräben zwischen jeweils benachbarten Paaren streifenförmiger Kanäle in der Stromsperrschicht so ausgebildet sind, dass sie das Substrat nicht erreichen, wobei die kombinierte Schnittfläche in der Ebene rechtwinklig zur anderen der Richtungen [011] und [011] der Blindseitengräben, die zwischen jeweils benachbarten Paaren streifenförmiger Kanäle liegen, größer als die jedes der streifenförmigen Kanäle ist, und dass die Breite jedes der Blindseitengräben kleiner als die jedes der streifenförmigen Kanäle ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner den Schritt Schritt des Aufwachsens einer Mehrschichtstruktur auf der Stromsperrschicht, wobei diese Mehrschichtstruktur aufeinanderfolgend eine erste Mantelschicht, eine optische Wellenleiterschicht und eine zweite Mantelschicht aufweist.
  • Gemäß einer fünften Erscheinungsform der Erfindung ist ein Halbleiterlaser mit folgendem geschaffen: einem Halbleitersubstrat; einer auf dem Substrat ausgebildeten Stromsperrschicht; mindestens einem streifenförmigen Kanal, der durch die Stromsperrschicht durch das Substrat hindurch ausgebildet ist; und einer auf der Stromsperrschicht ausgebildeten Mehrschichtstruktur, die aufeinanderfolgend eine erste Mantelschicht, eine optische Schicht für Laserschwingung und eine zweite Mantelschicht aufweist; und einem Blindseitengraben, der auf jeder Seite des oder jedes streifenförmigen Kanals so ausgebildet ist, dass er das Substrat nicht erreicht; dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine oberflächenausrichtung aufweist, die um einen Winkel , der der Beziehung 0,1º < < 4º genügt, aus der Richtung [100] zu einer der Richtungen [011] und [011] hin geneigt ist; der oder jeder streifenförmige Kanal in der Richtung der anderen der Richtungen [011] und [011] ausgebildet sind; und er ferner mindestens zwei Blindseitengräben aufweist, die an jeder Seite des streifenförmigen Kanals oder der Kanäle so ausgebildet sind, dass sie das Substrat nicht erreichen, wobei die kombinierte Schnittfläche, in der Ebene rechtwinklig zur anderen Richtung, der Blindseitengräben größer als diejenige des oder jedes streifenförmigen Kanals ist, und dass die Breite jedes der Blindseitengräben kleiner als diejenige des oder jedes streifenförmigen Kanals ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verfügt der streifenförmige Kanal über V-förmigen Querschnitt.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Mehrschichtstruktur ferner eine Deckschicht auf, die aus der zweiten Mantelschicht ausgebildet ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine ersten Elektrode (8) an der Unterseite des ersten Substrats (1) ausgebildet, und eine zweite Elektrode (7) ist auf der Deckschicht (15) ausgebildet.
  • So ermöglicht es die hier beschriebene Erfindung, die folgenden Ziele zu erreichen: (1) Schaffen eines Halbleiterlasers mit einer Struktur, die leicht herstellbar ist, da dünne Halbleiterschichten auf jede Seite eines streifenförmigen Kanals aufgewachsen werden können, ohne dass gekrümmte Abschnitte in einer aktiven Schicht ausgebildet werden; (2) Schaffen eines Verfahrens zum Herstellen eines derartigen Halbleiterlasers; (3) Schaffen eines Halbleiterwafers mit einer Struktur, bei der eine optische Wellenleiterschicht wie eine aktive Schicht so ausgebildet werden kann, dass sie gleichmäßige Ebenheit aufweist, ohne dass Dickenschwankungen der optischen Wellenleiterschicht über denselben Wafer hervorgerufen werden; und (4) Schaffen eines Verfahrens zum Herstellen eines derartigen Halbleiterwafers.
  • Der erfindungsgemäße Halbleiterlaser kann mit einem ebenen Substrat hergestellt werden, so dass es nicht erforderlich ist, eine spezielle Terrasse im Substrat oder Kämme in der Stromsperrschicht auszubilden, wodurch die Herstellschritte vereinfacht sind. Auch sind keine zusätzlichen Stromeingrenzungseinrichtungen erforderlich, wie Zn-Diffusionsschichten und streifenförmige Gräben, nachdem die Halbleiterschichten ausgebildet wurden. Es kann eine dünne Halbleiterschicht ohne konkave Abschnitte auf die Stromsperrschicht aufgewachsen werden, so dass die Ausbildung gekrümmter Abschnitte in der darauf ausgebildeten aktiven Schicht verhindert ist und das Fernfeldmuster des Laserstrahls stabilisiert ist. Ferner wird ein niedriger Betriebsstrom erreicht, da unwirksamer Strom aufgrund einer Stromaufweitung verringert werden kann.
  • Beim Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterwafers gemäß der Erfindung ist der Winkel , um den die Oberflächenausrichtung des Halbleitersubstrats aus der [100]-Richtung in die [011]- oder [011]-Richtung geneigt ist, größer als 0,1º und kleiner als 4,0º. Auch sind ein streifenförmiger Kanal und Blindseitengräben in der Richtung rechtwinklig zur Neigungsrichtung mit diesem Winkel ausgebildet. Die Querschnittsfläche in einer Ebene rechtwinklig zur Streifenrichtung der Blindseitengräben zwischen den streifenförmigen Kanälen ist größer als diejenige jeder der streifenförmigen Kanäle, so dass die Oberfläche der auf den Blindseitengräben hergestellten Halbleiterschicht Stufenform einnimmt. Es zeigte sich, dass durch Herstellen einer Stufenform der Halbleiterschicht auf den Blindseitengräben eine facettenförmige Wachstumsfläche nahe der (100)-Ebene über dem streifenförmigen Kanal ausgebildet wurde. Daher kann, wenn auf der Oberseite eines Halbleitersubstrats, in dem ein streifenförmiger Kanal und Blindseitengräben ausgebildet wurden, eine aktive Schicht und Mantelschichten hergestellt werden, um Halbleiterlaser zu erzeugen, eine aktive Schicht mit hervorragender Ebenheit über dem streifenförmigen Kanal erhalten werden. Ferner zeigte es sich, dass die Rechts-Links-Symmetrie des streifenförmigen Kanals aufrechterhalten war. Daher weisen aus diesem Halbleiterwafer erhaltene Halbleiterlaser hervorragend niedrigen Schwingungsschwellenstrom und eine optische Ausgangsleistung auf, bei der der I-L-Knick bei höheren Werten als bei herkömmlichen Halbleiterlasern auftritt, wodurch höhere Ausgangsleistung geschaffen ist. Außerdem ist Rauschen durch zurückgeführtes Licht deutlich verringert und aus demselben Wafer erhaltene Halbleiterlaser weisen hochgleichmäßige grundsätzliche Eigenschaften wie Schwingungsschwellenstrom, Schwingungswellenlänge und Fernfeldmuster auf.
  • Wenn der Winkel e der Neigung aus der [100]-Richtung der Oberflächenausrichtung des Halbleitersubstrats 4,0º oder mehr beträgt, nimmt auch die Oberfläche der Wachstumsschicht über dem streifenförmigen Kanal Stufen- oder Wellenform ein, was nicht bevorzugt ist. Auch bildet sich, wenn der Neigungswinkel aus der [100]-Richtung 0,1º oder weniger beträgt, keine große Stufenform über den Blindseitengräben aus, weswegen die Oberfläche der aufgewachsenen Schicht über dem streifenförmigen Kanal nicht die oben beschriebene facettenähnliche Form einnimmt.
  • Beim Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers gemäß der Erfindung ist die Wachstumszeit für die auf dem streifenförmigen Kanal hergestellte Mantelschicht kurz eingestellt, so dass eine Mantelschicht erhalten wird, die parallel zum streifenförmigen Kanal und über diesem einen konkaven Abschnitt aufweist. Da Blindseitengräben an jeder Seite des streifenförmigen Kanals ausgebildet sind, wird die Mantelschicht mit guter Rechts-Links- Symmetrie aufgewachsen, und es ist auch die Rechts-Links-Symmetrie des konkaven Abschnitts hoch. Wenn die Rechts-Links-Symmetrie des konkaven Abschnitts hoch ist, ist die auf der Mantelschicht mit diesem konkaven Abschnitt ausgebildete aktive Schicht so hergestellt, dass sie auf dem konkaven Abschnitt der Manteischicht einen gekrümmten Abschnitt mit extrem guter Rechts-Links-Symmetrie aufweist. Wenn die aktive Schicht einen gekrümmten Abschnitt mit hoher Rechts-Links-Symmetrie aufweist, wird der Emissionsfleck kleiner, wodurch ein extrem kleiner Schwingungsschwellenstrom erzielt wird.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterwafers gemäß der Erfindung werden gleichmäßige optische Wellenleiterschichten auf dem streifenförmigen Kanal ausgebildet, wie er im Halbleitersubstrat hergestellt ist, ohne dass Dickenschwankungen derselben über dasselbe Substrat hinweg hervorgerufen werden. Daher können aus durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren hergestellten Halbleiterwafern optische Bauteile mit gleichmäßigen Eigenschaften erzielt werden. Wenn die Erfindung auf Halbleiterlaser angewandt wird, ist z.B. der Schwingungsschwellenstrom verringert, die optische Ausgangsleistung ist höher, Rauschen durch zurückgeführtes Licht ist verringert und Schwankungen dieser Eigenschaftswerte sind verringert, wodurch das Funktionsvermögen von Halbleiterlasern verbessert ist und deren Herstellausbeute erhöht ist.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf die beigefügten zeichnungen vom Fachmann besser verstanden werden und ihre zahlreichen Aufgaben und Vorteile werden daraus ersichtlich.
  • Fig. 1A - 1H sind Schnittansichten, die die Herstellung eine erfindungsgemäßen Halbleiterlasers veranschaulichen.
  • Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die den Halbleiterlaser der Fig. 1A - 1H zeigt.
  • Fig. 3A ist eine Schnittansicht, die ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
  • Fig. 3B ist eine Schnittansicht, die noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
  • Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die einen Halbleiterwafer gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
  • Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
  • Fig. 6 - 8 sind Schnittansichten, die herkömmliche Halbleiterlaser zeigen.
  • Fig. 9 und 10 sind Schnittansichten, die herkömmliche verbesserte Halbleiterlaser zeigen.
  • Fig. 11 und 12 sind schematische, perspektivische Ansichten, die den Oberflächenzustand herkömmlicher Halbleiterwafer nach dem Aufwachsen einer aktiven Schicht zeigen, wie sie hergestellt werden, um VSIS-Halbleiterlaser zu erzeugen.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE Beispiel 1
  • Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Halbleiterlaser. Dieser Halbleiterla-6er verfügt über VSIS-Struktur, bei der eine n-GaAs-Stromsperrschicht 2 (0,8 µm dick), eine erste Mantelschicht 3 aus p-GaAlAs (0,05 - 0,15 µm dick; mit Magnesium als Fremdstoff; Ladungsträgerkonzentration 1 × 10¹&sup8; cm&supmin;³), eine aktive Schicht 4 aus GaAlAs (0,1 µm dick), eine zweite Mantelschicht 5 aus n-GaAlAs (1,2 µm dick; mit Tellur als Fremdstoff; Ladungsträ gerkonzentration 1 × 10¹&sup8; cm&supmin;³) und eine n-GaAs-Kontaktschicht 6 (5 µm dick) aufeinanderfolgend auf einem p-GaAs-Substrat 1 ausgebildet sind. Auch ist an der Unterseite des Substrats 1 eine p-seitige Elektrode 8 hergestellt, und auf der Kontaktschicht 6 ist eine n-seitige Elektrode 7 hergestellt.
  • Im Substrat 1 ist durch die Stromsperrschicht 2 hindurch ein streifenförmiger Kanal 10 mit V-förmigern Querschnitt (5 µm breit und 1,2 µm tief) ausgebildet. An jeder Seite des streifenförmigen Kanals 10 sind mehrere Blindgräben 20 ausgebildet. Die Tiefe dieser Blindgräben 20 beträgt 0,4 - 0,5 µm, und sie sind so ausgebildet, dass sie sich nicht durch die Stromsperrschicht 2 hindurch erstrecken. Die Blindgrben 20 (3 µm breit) sind mit einer Schrittweite von 7 µm über die gesamte Oberfläche ausgebildet, mit Ausnahme streifenförmiger Bereiche von ungefähr 20 µm Breite an jeder Seite des streifenförmigen Kanals 10.
  • Beim VSIS-Laser dieses Beispiels ist eine erste Mantelschicht 3 ohne konkave Abschnitte an ihrer Oberfläche ausgebildet. Die Dicke der ersten Mantelschicht 3 an jeder Seite des streifenförmigen Kanals 10 beträgt 0,05 µm. Daher ist unwirksamer Strom, wie er während des Betriebs in Querrichtung in der ersten Mantelschicht 3 fließt, verringert, und der zur Laserschwingung erforderliche Strom fließt hauptsächlich im streifenförmigen Kanal 10. Bei diesem Beispiel betrug der Schwingungsschwellenstrom 30 mA. Auch war, da die aktive Schicht 4 nicht gekrümmt war, das Fernfeldmuster des Laserstrahls stabil.
  • Beim oben genannten Beispiel wurde beobachtet, obwohl die Ladungsträgerkonzentration in der ersten Mantelschicht 3 aus p-GaAlsAs 1 × 10¹&sup8; cm&supmin;³ betrug, dass durch Verringern dieser Konzentration der Schwingungsschwellenstrom weiter abnahm. Wenn z.B. die Ladungsträgerkonzentration 5 × 10¹&sup7; cm&supmin;³ betrug, betrug der Schwingungsschwellenstrom 27 mA. Eine derartige Abnahme des Schwingungsschwellenstroms wurde im Bereich der Ladungsträgerkonzentration in der ersten Mantelschicht 3 von 1 × 17 - 7 × 10¹&sup7; cm&supmin;³ beobachtet. Der Grund dafür wird darin gesehen, dass eine weitere Unterdrückung der Stromaufweitung in der ersten Manteischicht 3 an jeder Seite des streifenförmigen Kanals 10 auftritt.
  • Außerdem enthielt die zweite Mantelschicht 5 aus n-GaAlAs Tellur als Fremdstoff mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 10¹&sup8; cm&supmin;³, und es wurde ebenfalls beobachtet, dass das Verringern dieser Konzentration den Schwingungsschwellenstrom weiter absenkte. Z.B. betrug der Schwingungsschwellenstrom bei einer Ladungsträgerkonzentration von 5 × 10¹&sup7; cm&supmin;³ in der zweiten Mantelsohicht 5 25 mA. Eine derartige Abnahme des Schwingungsschwellenstroms wurde im Bereich der Ladungsträgerkonzentration in der zweiten Mantelschicht 5 von 1 × 10¹&sup7; - 7 × 10¹&sup7; cm&supmin;³ beobachtet. Der Grund dafür wird darin gesehen, dass eine Abnahme der Anzahl von Kristalldefekten in Zusammenhang mit Tellurfremdstoff in der zweiten Mantelschicht 5 vorliegt.
  • Als nächstes folgt eine Erläuterung zum Herstellverfahren eines VSIS-Lasers mit der oben beschriebenen Struktur.
  • Als erstes wurde, wie es in Fig. 1A dargestellt ist, eine n-GaAs-Schicht als Stromsperrschicht 2 durch LPE mit einer Dicke von ungefähr 0,8 µm auf ein p-GaAs-Substrat 1 aufgewachsen. Diese Stromsperrschicht 2 kann auch eine Mehrschichtstruktur aufweisen, die eine n-GaAlAs-Schicht enthält. Dann wurde ein Photoresist 9 auf die Oberfläche der Stromsperrschicht 2 aufgetragen, wie es in Fig. 1B dargestellt ist, und der zentrale Abschnitt des Photoresists 9 wurde durch Belichten und Entwickeln entfernt, um eine Resistmaske mit Streifenmuster auszubilden, wie es in Fig. 1C dargestellt ist.
  • Mit einem Schwefelsäure enthaltenden Ätzmittel (H&sub2;SO&sub4; : H&sub2;O&sub2; : H&sub2;O = 1 : 2 : 50) wurde ein erster Ätzschritt ausgeführt, um einen streifenförmigen Kanal mit einer Tiefe von 0,75 µm auszubilden, wie es in Fig. 1D dargestellt ist. Dann wurde, ohne den Photoresist 9 zu entfernen, ein mehrstreifiges Muster für die Blindgräben 20 im Photoresist 9 durch Belichten und Entwickeln ausgebildet, wie es in Fig. 1E dargestellt ist. Als nächstes wurde ein zweiter Ätzschritt an der Stromsperrschicht 2 mit demselben Ätzmittel wie oben ausgeführt, um dadurch die Blindgräben 20 auszubilden, wie es in Fig. 1F dargestellt ist. Die Blindgräben 20 wurden so hergestellt, dass sie eine Tiefe von 0,45 µm aufwiesen, was kleiner als die Dicke der Stromsperrschicht 2 war, so dass sie sich nicht durch die Stromsperrschicht 2 erstreckten. Dieser zweite Ätzvorgang bewirkte jedoch, dass sich der streifenförmige Kanal durch die Stromsperrschicht 2 bis zum Substrat 1 hinab erstreckte.
  • Dann wurde der Photoresist 9 entfernt, wie es in Fig. lG dargestellt ist, und die erste Mantelschicht 3 aus p-GaAlAs wurde durch LPE hergestellt. Da die Blindgräben 20 in der Stromsperrschicht 2 die Wachstumsrate an ihren ebenen Abschnitten deutlich verlangsamten, wurde die Dicke der ersten Man telschicht 3 auf den ebenen Abschnitten auf nur ungefähr 0,05 pm gehalten, während der streifenförmige Kanal 10 vollständig aufgefüllt wurde. Nach dem Herstellen der ersten Mantelschicht 3 ohne konkave Abschnitte an der Oberfläche derselben wurden die aktive Schicht 4 aus GaAlAs, die zweite Mantelschicht 5 aus n-GaAlAs und die n-GaAs-Kontaktschicht 6 aufeinanderfolgend durch Epitaxiewachstum hergestellt, um eine Doppelheterostruktur auszubilden. Als nächstes wurden die Elektroden 7 und 8 an der Rückseite des Substrats 1 bzw. der Oberseite der Kontaktschicht 6 durch Dampfabscheidung von Elektrodenmaterialien hergestellt, um so die Herstellung des Halbleiterlasers gemäß diesem Beispiel abzuschließen.
    • Beispiel 2
  • Fig. 3A zeigt einen anderen erfindungsgemäßen Halbleiterlaser. Der Halbleiterlaser der Fig. 3A unterscheidet sich von dem der Fig. 2 nur hinsichtlich der Breite, der Anzahl und der Schrittweite der Blindgräben 20. Die Breite und die Schrittweite der Blindgräben 20 beim Halbleiterlaser von Fig. 3A betragen 3 µm bzw. 20 µm. Dieser Halbleiterlaser zeigte dasselbe hervorragende Funktionsvermögen wie der von Fig. 2. Wie es erkennbar ist, sind die Breite, Anzahl und Schrittweite der Blindgräben 20 bei dieser Erfindung nicht auf spezielle Werte beschränkt, vorausgesetzt, dass zwei oder mehr Blindgräben an jeder Seite des Kanals existieren und dass jeder Blindgraben enger als der Kanal ist. Die Kristallwachstumsrate konnte durch Erhöhen der Breite und der Anzahl der Blindgräben oder durch Verkleinern der Schrittweite derselben verlangsamt werden. Obwohl die Anzahl der hergestellten Blindgräben 20 zwei oder drei war, konnte die erste Mantelschicht 3 dünn ausgebildet werden, ohne dass sich gekrümmte Abschnitte in der aktiven Schicht 4 ausbildeten.
    • Beispiel 3
  • Fig. 3B zeigt noch einen anderen erfindungsgemäßen Halbleiterlaser. Wenn die Schrittweite der Blindgräben 20 klein ist und keine ebenen Abschnitte zwischen den Blindgräben 20 existieren, oder wenn die Stromsperrschicht aus n-GaAs besteht und die ebenen Abschnitte extrem kleine Breite aufweisen, tritt ein Rückschmelzen der Stromsperrschicht 2 zwischen den Blindgräben 20 während des Aufwachsens der ersten Mantelschicht 3 auf. Wenn ein Rückschmelzen auftritt, verfügt die aktive Schicht 4 über gekrümmte Abschnitte über den Blindgräben 20 und wird über dem streifenförmigen Kanal 10 dünner. Dies erschwert es, die Schichtdicke zu kontrollieren. Daher wurde bei die sem Beispiel, um das Ausmaß des Rückschmelzens der Stromsperrschicht 2 zu minimieren, ein dreischichtiger Aufbau für die Stromsperrschicht 2 verwendet, der aus einer ersten n-GaAs-Schicht 2a (0,4 µm dick), einer Antirückschmelzschicht 2b aus n-GaAlAs (0,3 µm dick) und einer zweiten n-GaAs- Schicht 2c (0,1 µm dick) bestand.
  • Bei den obigen Beispielen 1 - 3 kann dieselbe Wirkung auch dann erzielt werden, wenn der Leitungstyp jeder Halbleiterschicht umgekehrt wird. Auch können andere Halbleitermaterialien verwendet werden, wie InGaAsP/InP oder InGaAlP/GaAs. Außerdem können die Herstellung des Strominjektionspfads und das Ausbilden der Brechungsindexdifferenz in Querrichtung durch Zn-Diffusion, durch Ausbilden einer Kammstruktur, durch Einbettungstechniken oder dergleichen erfolgen.
  • Bei den obigen Beispielen 1 - 3 wurden die Blindgräben 20 zwar in Form durchgehender Streifen parallel zum streifenförmigen Kanal 10 ausgebildet, jedoch ist es nicht erforderlich, die Blindgräben 20 parallel zum streifenförmigen Kanal 10 auszubilden. Die Blindgräben 20 können in jeder Richtung ausgebildet werden und sie müssen nicht durchgehend sein. D.h., dass die Blindgräben 20 jede beliebige Form aufweisen können, solange sie das Kristallwachstum in den konkaven Abschnitten beschleunigen und das Kristallwachstum in den ebenen Abschnitten der Stromsperrschicht 2 aufgrund der ausrichtungsabhängigen, anisotropen Eigenschaft des Kristallwachstums verzögern.
    • Vergleichsbeispiel 4
  • Fig. 4 zeigt einen Halbleiterwafer. Bei diesem Beispiel wurden ein p-GaAs- Substrat 1 mit einer Oberfläche mit einer Ausrichtung verwendet, die um einen Winkel von ungefähr 0,5º aus der [100]-Richtung zur [011]-Richtung geneigt war, jedoch nicht wesentlich gegen die [011]-Richtung geneigt war (d.h. mit einem Winkel von weniger als 0,10 geneigt war). Auf dieses Substrat 1 wurde durch LPE eine Te-dotierte n-GaAs-Stromsperrschicht 2 (1 µm dick) aufgewachsen. Streifenförmige Kanäle 10 mit V-förmigem Querschnitt mit einer Breite von 4 µm und einer Tiefe von 1,3 pm (Schnittfläche 2,6 µm²); die das Substrat 1 erreichten, wurden mit einer Schrittweite von 300 pm in der [011]-Richtung des Substrats 1 hergestellt. Zwischen diesen streifenförmigen Kanälen 10 wurden Blindseitengräben 30 mit rechteckigem Querschnitt mit einer Breite von 20 µm und einer Tiefe von 0,6 µm (Schnittfläche 12 µm²) parallel zu den streifenförmigen Kanälen mit derselben Schrittweite von 300 pm hergestellt. Dann wurde eine erste Mantelschicht 3 aus p-Ga0,5Al0,5As durch LPE so aufgewachsen, dass die Dicke anderer Abschnitte als derjenigen über den streifenförmigen Kanälen 10 und den Blindseitengräben 30 0,2 µm betrug. Dann wurden darauf eine aktive Schicht 4 aus p-Ga0,85Al0,15As (0,1 µm dick), eine zweite Mantelschicht 5 aus n- Ga0,5Al0,5As (1,5 µm dick) und eine n-GaAs-Deckschicht 6 (3 µm dick) hergestellt, um eine Doppelheterostruktur zu erhalten.
  • Als nächstes wurde die Rückseite des p-GaAs-Substrats 1 auf eine Dicke von 100 µm poliert und es wurde eine n-seitige Elektrode (Au-Ge-Ni) an der Oberseite der n-GaAs-Deckschicht 6 hergestellt, und eine p-seitige Elektrode (Au-Zn) wurde an der Rückseite des p-GaAs-Substrats 1 hergestellt. Dieses Substrats wurde mit Intervallen von 250 pm in der Richtung rechtwinklig zur Streifenrichtung der streifenförmigen Kanäle 10 gespalten, um Resonateren auszubilden. Das so zu Stäben gespaltete Substrat wurde dann in der Nähe der Blindseitengräben 20 geritzt und zu Chips unterteilt.
  • Die Eigenschaften von auf diese Weise hergestellten VSIS-Lasern variierten nur wenig innerhalb eines Wafers mit einer Größe von 2 cm auf 4 cm, und ihre Schwingungswellenlängen betrugen 780 - 785 nm, die Schwingungsschwellenströme betrugen 35 - 40 mA und für die Fernfeldmuster galt = 9 - 10º und i = 34 - 36º. Diese Schwingungsschwellenströme waren ungefähr 5 mA niedriger als die herkömmlicher Halbleiterlaser. Ferner betrug die optische Ausgangsleistung, bei der der I-L-Knick auftrat, mehr als das Doppelte herkömmlicher Halbleiterlaser. Auch war durch zurückgeführtes Licht hervorgerufenes Lichtintensitätsrauschen gegenüber dem Pegel bei herkömmlichen Halbleiterlasern um zwei Größenordnungen verringert.
  • Der Grund für die Verringerung des Lichtintensitätsrauschens aufgrund zurückgeführten Lichts ist der folgende. Bei Halbleiterlasern mit einer ebenen aktiven Schicht spiegelt jede Longitudinalmode die Verstärkungsverteilung als solche wider, so dass die Schwingungsmode leicht in eine benachbarte Mode übergehen kann. Daher ist das Rauschen extrem gering, wie es erzeugt wird, wenn ein übergang zwischen Longitudinalmoden auftritt. Bei Halbleiterlasern mit ungleichmäßiger aktiver Schicht ist jedoch die Selektivität für die schwingende Longitudinalmode stark, weswegen die Tendenz besteht, die Verstärkung von Moden benachbart zur schwingenden Longitudinalmode zu unterdrücken. Daher werden starke Störsignale erzeugt, wenn die Schwingungsmode in eine benachbarte Mode übergeht.
    • Beispiel 5
  • Fig. 5 zeigt noch einen anderen Halbleiterwafer, der durch das erfindungsgemäße Herstellverfahren hergestellt wurde. Bei diesem Beispiel werden mehrere Blindseitengräben 30 hergestellt, und jeder dieser Blindseitengräben 30 hat eine Tiefe, die kleiner als die Dicke der Stromsperrschicht 2 ist. Jeder der Blindseitengräben 30 wird so hergestellt, dass die kombinierte Schnittfläche der Blindseitengräben 30, die zwischen den streifenförmigen Kanälen 10 liegen, größer ist als die der streifenförmigen Kanäle 10. Es wurden 25 Blindseitengräben 30 mit einem rechteckigen Querschnitt von 3 µm Breite und 0,6 µm Tiefe mit Intervallen von 7 µm in der [011]- Richtung desselben p-GaAs-Substrats 1 wie beim Beispiel 4 hergestellt. Die Bereiche von 243 µm Breite, in denen die Blindseitengräben 30 ausgebildet waren, wurden mit einer Schrittweite von 300 µm ausgebildet. Die kombinierte Schnittfläche der Blindseitengräben 30 betrug 45 µm². In der Mitte der Bereiche (57 µm breit), wo die Blindseitengräben 30 nicht ausgebildet waren, wurden V-förmige, streifenförmige Kanäle 10 mit 4 µm Breite und 1,3 µm Tiefe (Schnittfläche 2,6 µm²) mit derselben Schrittweite von 300 µm hergestellt. Der Halbleiterlaser von Fig. 5 wurde mit denselben Herstellschritten wie beim Beispiel 4 erhalten.
  • Beim bei diesem Beispiel erhaltenen Halbleiterlaser war die kombinierte Schnittfläche der Blindseitengräben 30 größer als die beim in Fig. 4 dargestellten Halbleiterlaser, und daher waren der Schwingungsschwellenstrom, die Schwingungswellenlänge, das Fernfeldmuster und andere Grundeigenschaften weiter gegenüber denen der beim Beispiel 4 erhaltenen Halbleiterlaser verbessert. Darüber hinaus waren die grundsätzlichen Eigenschaften der aus diesem Halbleiterwafer erhaltenen Halbleiterlaser extrem gleichmäßig. Außerdem kann die erste Mantelschicht 3 extrem dünn ausgebildet werden, da die Blindseitengräben 30 dieses Beispiels auch als Blindgräben 20 gemäß dem Beispiel 1 dienen. Wenn die erste Mantelschicht 3 dünn ausgebildet werden kann, ist der unwirksame Strom, der während des Betriebs in Querrichtung in der ersten Mantelschicht 3 fließt, verringert, so dass der für Laserschwingung erforderliche Strom hauptsächlich im streifenförmigen Kanal 10 fließt. Die Konzentration des Stroms im streifenförmigen Kanal 10 verringert den Schwingungsschwellenstrom.
  • Bei den Beispielen 4 und 5 wurden zwar alle Halbleiterschichten durch LPE aufgewachsen, jedoch kann dieselbe Wirkung erzielt werden, wenn die Stromsperrschicht oder die Doppelheterostruktur durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder durch metallorganische Dampfphasenepitaxie (MOVPE) aufgewachsen wird.
  • Bei den Beispielen 4 und 5 wurden zwar die streifenförmigen Kanäle in der [011]-Richtung ausgebildet, jedoch können sie auch in der [011]-Richtung ausgebildet werden. In diesem Fall muss die Oberflächenausrichtung der Halbleitersubstrate um einen Winkel von 0,1 - 4º aus der [100]-Richtung zur [011]-Richtung geneigt sein.
  • Bei den Beispielen 4 und 5 wurden zwar GaAs-GaAlAs-Halbleiterwafer beschrieben, jedoch kann die Erfindung auch auf InP-InGaAsP-Halbleiterwafer angewandt werden.
  • Bei den Beispielen 4 und 5 wurden zwar Halbleitersubstrate mit einer Oberflächenausrichtung in der [100]-Richtung beschrieben, jedoch kann die Erfindung auch auf Halbleitersubstrate mit einer Oberflächenausrichtung in der [111)-Richtung angewandt werden.
  • Bei den Beispielen 4 und 5 wurden zwar Halbleiterwafer für die Herstellung von Halbleiterlasern verwendet, jedoch kann die Erfindung auch auf die Herstellung von Halbleiterwafern zum Erzeugen optischer Bauteile wie eines optischen Wellenleiters, optischer Verzweigungsfilter, optischer Multiplexer und optischer Schalter angewandt werden.
  • Es ist zu beachten, dass dem Fachmann verschiedene andere Modifizierung erkennbar sind und von ihm leicht ausgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Demgemäß soll der Schutzumfang der Erfindung nicht auf die hier dargelegte Beschreibung beschränkt sein, sendem er soll durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.

Claims (17)

1. Halbleiterlaser mit:
- einem Halbleitersubstrat (1) von erstem Leitungstyp;
- einer Stromsperrschicht (2) von zweitem Leitungstyp, die auf dem Substrat (1) ausgebildet ist und durch die hindurch ein streifenförmiger Kanal (10) im Substrat (1) ausgebildet ist;
- einer Mehrschichtstruktur, die auf der Stromsperrschicht ausgebildet ist und aufeinanderfolgend eine erste Mantelschicht (3) vom ersten Leitungstyp, eine aktive Schicht (4) für Laserschwingung sowie eine zweite Mantelschicht (5) vom zweiten Leitungstyp aufweist; und
- einem Blindgraben (20), der das Substrat (1) nicht erreicht und in der Stromsperrschicht (2) auf jeder Seite des streifenförmigen Kanals (10) ausgebildet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens zwei Blindgräben (20) aufweist, die das Substrat (1) nicht erreichen und in der Stromsperrschicht (2) auf jeder Seite des streifenförmigen Kanals (10) ausgebildet sind, wobei die Breite jedes der Blindgräben kleiner als diejenige des streifenförmigen Kanals (10) ist.
2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem der streifenförmige Kanal (10) V-förmigen Querschnitt aufweist.
3. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem die Mehrschichtstruktur ferner eine Kontaktschicht (6) vom zweiten Leitungstyp aufweist, die auf der zweiten Mantelschicht (5) ausgebildet ist.
4. Halbleiterlaser nach Anspruch 3, ferner mit einer ersten Elektrode (8), die auf der Unterseite des Substrats (1) ausgebildet ist, und einer zweiten Elektrode (7), die auf der Kontaktschicht (6) ausgebildet ist.
5. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Mantelschicht (3, 5) eine Ladungsträgerkonzentration im Bereich von 1 x 10¹&sup7; - 7 x 10¹&sup7; cm&supmin;³ aufweisen.
6. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers, mit den folgenden Schritten:
- Herstellen einer Stromsperrschicht (2) von zweitem Leitungstyp auf einem Halbleitersubstrat (1) von erstem Leitungstyp; und
- Ätzen der Stromsperrschicht (2) in solcher Weise, dass in ihr ein erster streifenförmiger Graben ausgebildet wird, der das Substrat (1) nicht erreicht; und
- ferneres Ätzen der Stromsperrschicht (2) und des Substrats (1) in solcher Weise, dass der erste streifenförmige Graben in einem streifenförmigen Kanal (10) ausgebildet wird, der das Substrat (1) erreicht, und dass ein Blindgraben (20), der das Substrat (1) nicht erreicht, an jeder Seite des streifenförmigen Kanals (10) ausgebildet wird,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Blindgräben (20), die das Substrat (1) nicht erreichen, an jeder Seite des streifenförmigen Kanals (10) ausgebildet werden, wobei die Breite jedes der Blindgräben (20) kleiner als diejenige des streifenförmigen Kanals (10) ist.
7. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt des Aufwachsens einer Mehrschichtstruktur auf die Stromsperrschicht nach den Ätzschritten, wobei diese Mehrschichtstruktur aufeinanderfolgend eine erste Mantelschicht (3) vom ersten Leitungstyp, eine aktive Schicht (4) für Laserschwingung und eine zweite Mantelschicht (5) vom zweiten Leitungstyp aufweist.
8. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers nach Anspruch 6, bei dem die Ätzschritte mit einem Schwefelsäure enthaltenden Ätzmittel ausgeführt werden.
9. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers nach Anspruch 6, bei dem die Mehrschichtstruktur durch Flüssigphasenepitaxie aufgewachsen wird.
10. Halbleiterwafer mit:
- einem Halbleitersubstrat (1);
- einer auf dem Substrat (1) ausgebildeten Stromsperrschicht (2);
- mehreren streifenförmigen Kanälen (10), die durch die Stromsperrschicht (2) im Substrat (1) ausgebildet sind; und
- einer Mehrschichtstruktur, die auf der Stromsperrschicht (2) ausgebildet ist und aufeinanderfolgend eine erste Mantelschicht (3), eine optische Wellenleiterschicht (4) und eine zweite Mantelschicht (5) aufweist; und
- einem Blindseitengraben (20), der zwischen jedem benachbarten Paar streifenförmiger Kanäle (10) so ausgebildet ist, dass er das Substrat (1) nicht erreicht;
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Substrat (1) eine Oberflächenausrichtung aufweist, die aus der [100]- Richtung um einen Winkel &Theta;, der der Beziehung 0,10 < &Theta; < 4º genügt, zu einer der Richtungen [011] und [011] geneigt ist;
- die streifenförmigen Kanäle (10) in der Richtung der anderen der Richtungen [011] und [011] ausgebildet sind; und
- der Wafer mindestens zwei Blindseitengräben (20) aufweist, die zwischen jedem benachbarten Paar streifenförmiger Kanäle (10) so ausgebildet sind, dass sie das Substrat (1) nicht erreichen, wobei die kombinierte Schnittfläche, in der Ebene rechtwinklig zur anderen Richtung, der Blindseitengräben (20), die zwischen jeweils benachbarten Paaren streifenförmiger Kanäle (10) angeordnet sind, größer als diejenige jedes der streifenförmigen Kanäle (10) ist, und die Breite jedes der Blindseitengräben (20) kleiner als diejenige jedes der streifenförmigen Kanäle (10) ist.
11. Halbleiterwafer nach Anspruch 10, bei dem die Ausrichtung der Substratoberfläche um einen Winkel von 0,50 von der Richtung [100] zur Richtung [011] geneigt ist.
12. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterwafers, mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (1);
- Herstellen einer Stromsperrschicht (2) auf dem Substrat (1);
- Ätzen des Substrats und der Stromsperrschicht in solcher Weise, dass im Substrat (1) durch die Stromsperrschicht (2) hindurch mehrere streifenförmige Kanäle (10) ausgebildet werden, und so, dass zwischen jeweils benachbarten Paaren streifenförmiger Kanäle (10) in der Stromsperrschicht ein Blindseitengraben (20) so ausgebildet wird, dass er das Substrat (1) nicht erreicht;
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Substrat (1) eine Oberflächenausrichtung aufweist, die aus der [100]- Richtung um einen Winkel &Theta;, der der Beziehung 0,10 < &Theta; < 4º genügt, zu einer der Richtungen [011] und [011] geneigt ist;
- die streifenförmigen Kanäle (10) in der Richtung der anderen der Richtungen [011] und [011] ausgebildet sind; und
- dass mindestens zwei Blindseitengräben (20) zwischen jeweils benachbarten Paaren streifenförmiger Kanäle (10) in der Stromsperrschicht so ausgebildet sind, dass sie das Substrat (1) nicht erreichen, wobei die kombinierte Schnittfläche in der Ebene rechtwinklig zur anderen der Richtungen [011] und [011] der Blindseitengräben (20), die zwischen jeweils benachbarten Paaren streifenförmiger Kanäle (10) liegen, größer als die jedes der streifenförmigen Kanäle (10) ist, und dass die Breite jedes der Blindseitengräben (20) kleiner als die jedes der streifenförmigen Kanäle (10) ist.
13. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterwafers nach Anspruch 12, ferner mit dem Schritt des Aufwachsens einer Mehrschichtstruktur auf der Stromsperrschicht, wobei diese Mehrschichtstruktur aufeinanderfolgend eine erste Mantelschicht (3), eine optische Wellenleiterschicht (4) und eine zweite Mantelschicht (5) aufweist.
14. Halbleiterlaser mit:
- einem Halbleitersubstrat (1);
- einer auf dem Substrat (1) ausgebildeten Stromsperrschicht (2);
- mindestens einem streifenförmigen Kanal (10), der durch die Stromsperrschicht (2) durch das Substrat (1) hindurch ausgebildet ist; und
- einer auf der Stromsperrschicht (2) ausgebildeten Mehrschichtstruktur, die aufeinanderfolgend eine erste Mantelschicht (3), eine optische Schicht für Laserschwingung und eine zweite Mantelschicht (5) aufweist; und
- einem Blindseitengraben (20), der auf jeder Seite des oder jedes streifenförmigen Kanals (10) so ausgebildet ist, dass er das Substrat (1) nicht erreicht;
dadurch gekennzeichnet, dass
- das Substrat (1) eine Oberflächenausrichtung aufweist, die um einen Winkel &Theta;, der der Beziehung 0,10 < &Theta; < 4º genügt, aus der Richtung [100] zu einer der Richtungen [011] und [011] hin geneigt ist;
- der oder jeder streifenförmige Kanal (10) in der Richtung der anderen der Richtungen [011] und [011] ausgebildet sind; und
- er ferner mindestens zwei Blindseitengräben (20) aufweist, die an jeder Seite des streifenförmigen Kanals oder der Kanäle so ausgebildet sind, dass sie das Substrat (1) nicht erreichen, wobei die kombinierte Schnittfläche, in der Ebene rechtwinklig zur anderen Richtung, der Blindseitengräben (20) größer als diejenige des oder jedes streifenförmigen Kanals (10) ist, und dass die Breite jedes der Blindseitengräben (20) kleiner als diejenige des oder jedes streifenförmigen Kanals (10) ist.
15. Halbleiterlaser nach Anspruch 14, bei dem der streifenförmige Kanal (10) V-förmigen Querschnitt aufweist.
16. Halbleiterlaser nach Anspruch 14, bei dem die Mehrschichtstruktur ferner eine Deckschicht (6) aufweist, die auf der zweiten Mantelschicht (5) ausgebildet ist.
17. Halbleiterlaser nach Anspruch 16, ferner mit einer ersten Elektrode (8), die an der Unterseite des ersten Substrats (1) ausgebildet ist, und einer zweiten Elektrode (7), die auf der Deckschicht (15) ausgebildet ist.
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