DE69224054T2

DE69224054T2 - Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE69224054T2
Application number: DE69224054T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiro Akimoto; Hiroyuki Okuyama
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-02-19
Filing date: 1992-11-27
Publication date: 1998-08-20
Anticipated expiration: 2012-11-28
Also published as: KR930018791A; EP0556461A2; KR100246610B1; EP0556461B1; SG77568A1; EP0556461A3; DE69224054D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Haibleiterlaser, speziell einen Halbleiterlaser aus einer II-VI-Verbindung, zum Emittieren kurzer Wellenlängen, z.B. zum Emittieren blauer oder ultravioletter Laserstrahlung.
Es existiert wachsender Bedarf an Halbleiterlasern, die blaue oder ultraviolette Strahlung emittieren, um Erfordernissen hinsichtlich hoher Packungsdichte und hoher Auflösung beim Aufzeichnen von Daten auf und beim Wiedergeben von Daten von optischen Platten und magnetooptischen Platten zu genügen.
Halbleiterlaser für blaue oder ultraviolette Emission müssen aus einem Material mit einer großen Bandlücke Eg für direkte Übergänge hergestellt werden. Insbesondere müssen Halbleiterlaser mit Doppelheteroübergang eine Mantelschicht aus einem Material mit größerer Bandlücke als der des Materials einer aktiven Schicht aufweisen.
Halbleiterlaser verfügen über Substrate, auf denen verschiedene Halbleiterschichten mittels epitaktischen Wachstums abgeschieden werden. Derartige Substrate sollten vorzugsweise aus einkristallinem Material aus GaAs oder GaP bestehen, wie es in großem Umfang in verschiedenen Verbindungshalbleiter-Bauteilen verwendet wird und das hoch-kristallin ist, mit hoher Wachstumsrate hergestellt werden kann und das leicht und billig verfügbar ist.
Bisher sind II-VI-Verbindungshalbleitermaterialien, insbesondere IIb-VI- Verbindungshalbleitermaterialien oder deren Mischkristalle als Materialien für optische Bauteile vielversprechend, da sie eine Bandstruktur mit direktem Übergang aufweisen.
IIa-VI-Verbindungen mit großer Bandlücke Eg mit indirektem Übergang ziehen ebenfalls als Fluoreszenzmaterialien Aufmerksamkeit auf sich. Jedoch sind IIa-VI-Verbindungen instabil, da sie an Luft hydrolysiert werden, und sie weisen unbekannte Grundeigenschaften auf.
Daher wird es als vorteilhaft angesehen, optische Bauteile aus IIb-VI-Verbindungen aufzubauen. Jedoch ist es schwierig, Materialien mit verschiedenen Bandlücken aus dem Bereich der IIb-VI-Verbindungen und auch ihrer Mischkristalle für aktive und für Mantelschichten auszuwählen.
Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen zeigt die Beziehung zwischen den Gitterkonstanten und den Bandlücken Eg typischer Verbindungshalbleitermaterialien. Da Mischkristalle von IIb-VI-Verbindungen große Biegeparameter aufweisen, zeigten sich Schwierigkeiten beim Kombinieren von Materialien mit großen Bandlücken unter Erzielung einer gegenseitigen Gitteranpassung.
Derzeit vorgeschlagene Halbleitermaterialien zur Emission im blauen Wellenlängenbereich sind ZnSe für eine aktive Schicht und ein Übergitter aus ZnSSe und ZnSe für eine Mantelschicht sowie ZnCdS für eine aktive Schicht und ZnSSe für eine Mantelschicht. Diese Materialien sind jedoch dahingehend problematisch, dass die Differenz zwischen den Bandlücken der aktiven Schicht und der Mantelschicht 100 meV oder weniger beträgt, was verhindert, dass die Mantelschicht ihre Funktion, d.h. optische und Ladungsträgereingrenzung, korrekt ausführt.
Die japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 1-169985 offenbart einen blauen Halbleiterlaser mit einem Substrat aus GaAs, einer aktiven Schicht aus ZnSexS1-x und einer Mantelschicht aus ZnxMg-xTe. Die japanische Patentoffenlegungsveröffentlichung Nr. 63-233576 offenbart ein lichtemittierendes Bauteil mit pn-übergang. Die offenbarten Materialien beruhen auf MgTe-, MgSe- und MgS-Kristallen, die bereits als Fluoreszenzmaterialien bekannt waren. MgSe- und MgS-Kristalle sind von NaCl- oder hexagonaler Kristallstruktur. Es ist unmöglich, diese MgSe- und MgS-Kristalle auf ein Substrat aus GaAs, ZnSe oder GaP aufzuwachsen, das von Zinkblendestruktur ist.
Aus den obigen Gründen wurden keinerlei Doppelheterostruktur-Halbleiterlaser mit einer aktiven Schicht mit einer Bandlücke Eg ≥ 2,7 eV dem praktischen Gebrauch zugeführt, und es wurden keinerlei Halbleiterlaser mit einer derartigen aktiven Schicht und einem Substrat aus GaAs, ZnSe oder GaP entwickelt, die bei Raumtemperatur im Dauerstrich arbeiten können.
Japanese Journal of Applied Physios, Vol 30, Nr. 9B (1981), Seiten 1620 - 1623 lehrt die Verwendung von ZnMgSSE als Mantelschicht für blauemittierende Halbleiterlaser und-dioden mit einer aktiven Schicht aus ZnSSe und einem Substrat aus GaAs oder GaP.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Doppelheteroübergang-Halbleiterlaser zu schaffen, der ein Verbindungssubstrat aus GaAs, ZnSe oder GaP aufweist und Strahlung mit hohem Wirkungsgrad bei kurzer Wellenlänge emittieren kann.
Eine aktive Schicht aus ZnSSe, ZnCdS oder ZnSe mit einer Bandlücke Eg von 2,7 eV oder höher ist an ein Verbindungshalbleitersubstrat aus GaAs, ZnSe oder GaP Gitter-angepasst, um Laseremission bei einer Wellenlänge kürzer als derjenigen blauer Emission zu erzeugen, und eine Verbindung ZnxMg1-xSySe1-y, die ein Mischkristall aus Elementen in den Gruppen IIa-VI und IIb-VI ist, kann für die aktive Schicht eine Bandlückendifferenz erzeugen, die ausreichend hoch dafür ist, deren Funktion hinsichtlich der optischen und der Ladungsträgereingrenzung auszuführen. Diese Materialien werden dazu verwendet, einen Doppelheteroübergang-Halbleiterlaser oder eine lichtemittierende Diode zum Erzeugen einer Emission kurzer Wellenlänge aufzubauen.
Ferner besteht, um p- und n-Mantelschichten verschiedener II-VI-Verbin dungshalbleiter aufzubauen, d.h., um eine n-Mantelschicht aus einem II-VI- verbindungshalbleiter, der die Tendenz hat, vom n-Typ zu sein, aufzubauen, und um auch eine p-Mantelschicht aus einem II-VI-Verbindungshalbleiter aufzubauen, der die Tendenz hat, vom p-Typ zu sein, ein Teil des Elements der Gruppe II des p-Verbindungshalbleiters aus Be, das einen kleinen Radius bei tetraedrischer, kovalenter Bindung aufweist, in einem Verbindungshalbleiter. Auf diese Weise wird die p-Mantelschicht auf zuverlässige Weise hergestellt.
Gemäb einer Erscheinungsform schafft die Erfindung einen Halbleiterlaser mit:
- einem Halbleitersubstrat (1) aus GaAs oder ZnSe;
- einer ersten Mantelschicht (2) vom n-Leitungstyp, die auf dem Halbleitersubstrat durch Epitaxiewachstum abgeschieden wurde;
- einer aktiven Schicht (3) aus ZnSSe, ZnCdS oder ZnSe mit einer Bandlücke von 2,7 eV oder mehr, die durch Epitaxiewachstum auf der ersten Mantelschicht abgeschieden wurde; und
- einer zweiten Mantelschicht (4) vom p-Leitungstyp, die durch Epitaxiewachstum auf der aktiven Schicht abgeschieden wurde;
- wobei die erste Mantelschicht (2) aus einem Verbindungshalbleitermaterial von Zinkblende-Kristallstruktur besteht, das Mg enthält und die Zusammensetzung ZnxMg1-xSySe1-y aufweist, wobei x und y Atomverhältnisse sind, die in den folgenden Bereichen ausgewählt sind:
0,3 ≤ x < 1,0,
0 ≤ y < 0,1 ; und
- wobei die zweite Mantelschicht (4) aus einem Halbleiter mit der Zusammensetzung BeaZn1-aSbTe1-b oder BeaZn1-aSebTe1-b besteht, wobei a und b Atomverhältnisse sind, die in den folgenden Bereichen ausgewählt sind:
0,1 ≤ a ≤ 0,7,
0,5 ≤ b ≤ 0,9.
Gemäß einer anderen Erscheinungsform schafft die Erfindung einen Halbleiterlaser mit:
- einem Halbleitersubstrat (1) aus GaP;
- einer ersten Mantelschicht (2) vom n-Leitungstyp, die auf dem Halbleitersubstrat durch Epitaxiewachstum abgeschieden wurde;
- einer aktiven Schicht (3) aus ZnSSe, ZnCdS oder ZnSe mit einer Bandlücke von 2,7 eV oder mehr, die durch Epitaxiewachstum auf der ersten Mantelschicht abgeschieden wurde; und
- einer zweiten Mantelschicht (4) vom p-Leitungstyp, die durch Epitaxiewachstum auf der aktiven Schicht abgeschieden wurde;
- wobei die erste Mantelschicht (2) die Zusammensetzung ZnxMg1-xSySe1-y aufweist, wobei x und y Atomverhältnisse sind, die in den folgenden Bereichen ausgewählt sind:
0,5 ≤ x < 1,0,
0,4 ≤ y < 1,0 ; und
- wobei die zweite Mantelschicht (4) aus einem Halbleiter mit der Zusammensetzung BeaZn1-aSbTe1-b oder BeaZn1-aSebTe1-b besteht, wobei a und b Atomverhältnisse sind, die in den folgenden Bereichen ausgewählt sind:
0,1 ≤ a ≤ 0,8,
0,2 ≤ b ≤ 0,9.
Der Wert x ist kleiner als 1, und es wird ein Mischkristall von Elementen in den Gruppen IIa-VI und IIb-VI verwendet, wobei das Element in der Gruppe IIa-VI Mg aus der Gruppe IIa enthält. Tatsächlich kann daher Mg mit einer Atomdichte von 1 x 10¹&sup9; (Atome/cm³) oder mehr vorliegen.
Wie oben beschrieben, werden die n-Mantelschichten aus dem Material ZnMgSSe hergestellt, das ein Mischkristall aus Elementen der Gruppen IIa-VI und IIa-VI ist. Da Mg großen kovalenten Bindungsradius aufweist, obwohl seine Atomzahl kleiner als die von Zn, Cd ist, kann die Verbindung ZnMgSSe an GaAs, ZnSe oder GaP Gitter-angepasst werden und eine große Bandlücke aufweisen.
Ferner besteht, insoweit ein Teil des Elements der Gruppe II der p-Mantelschicht aus einem Be, das einen kleinen Radius bei tetraedrischer, kovalenter Bindung aufweist, enthaltenden Halbleiter besteht, große Tendenz, dass Be während des Epitaxiewachstum aus der Verbindung entweicht. Daher erhält die Mantelschicht während des Herstellprozesses auf stabile und zuverlässige Weise den p-Typ.
Messungen der Emissionspeaks an der Bandkante innerhalb des Photolumineszenzspektrums der Verbindung ZnxMg1-xSySe1-y bei verschiedenen Werten x, y zeigen, dass sich die Bandkante-Emissionspeaks zur Seite höherer Energie verschieben, wenn der Anteil an Mg zunimmt. Wenn jedoch der Anteil an Mg zunimmt, wird die Oberflächenmorphologie schlecht. Dennoch ist es möglich, für eine Gitterkonstante zu sorgen, die es ermöglicht, dass die Verbindung ZnxMg1-xSySe1-y an GaP oder GaAs oder ZnSe, die größere Gitterkonstanten als GaP aufweisen, durch Auswahl der Werte x, y Gitter-angepasst wird, und auch die Bandlücke bis zu ungefähr 4 eV zu erhöhen.
Es wurde klargestellt, dass die Verbindung Znmgsse im obigen Zusammensetzungsbereich stabil ist, da sie nicht hydrolysiert wird, wenn sie für drei bis vier Monate an Luft belassen wird.
Selbst wenn die Bandlücke Eg der aktiven Schicht des Doppelheteroübergang- Halbleiterlasers 2,7 eV oder mehr beträgt, weisen die Mantelschichten eine ausreichend hohe Bandlücke Eg auf, die die Bandlücke Eg der aktiven Schicht um mindestens 100 meV überschreitet, und sie haben auch eine Zusammensetzung, die es selbst ermöglicht, gut an ein Substrat aus GaAs, ZnSe oder GaP Gitter-angepasst zu werden. Daher sind die Mantelschichten hoch-kristallin, und sie können ihre Funktion zuverlässig ausführen. D.h., dass der erfindungsgemäße Halbleiterlaser kurzer wellenlänge hohen Emissionswirkungsgrad und niedrigen Schwellenstrom aufweist.
Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung veranschaulichender Ausf;ihrungsbeispiele derselben, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen sind, in denen gleiche Bezugszahlen dieselben oder ähnliche Gegenstände bezeichnen, deutlich.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den Gitterkonstanten und den Bandlücken typischer Verbindungshalbleitermaterialien zeigt;
Fig. 2 ist eine gebrochene, perspektivische Ansicht eines Halbleiterlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 ist eine gebrochene, perspektivische Ansicht eines anderen Halbleiterlasers gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Werte x, y (Atom- oder Zusammensetzungsverhältnis) mit Bandlücken und Gitterkonstanten zeigt;
Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Bandkantenemission/Tiefenemission von Gitterkonstanten zeigt;
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Bandkantenemission/Tiefenemission vom Wert x zeigt; und
Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Intensität der Emission eines Pumplasers und der Intensität der Ausgangslaserstrahlung zeigt.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, umfasst ein Halbleiterlaser gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Substrat 1 aus einem Einkristall aus GaAs, ZnSe oder GaP. Falls erforderlich, ist eine Pufferschicht (nicht dargestellt) mittels epitaktischen Wachstums auf dem Substrat 1 abgeschieden. Der Haibleiterlaser umfasst auch eine erste Mantelschicht 2 vom poder n-Typ, eine aktive Schicht 3 vom p-, n- oder vom eigenleitenden i-Typ mit ausreichend niedriger Fremdstoffkonzentration, sowie eine zweite Manteischicht 4 vom n- oder p-Typ. Die erste Manteischicht 2, die aktive Schicht 3 und die zweite Mantelschicht 4 werden aufeinanderfolgend mittels MBE (Molekularstrahlepitaxie) oder MOCVD (metallorganische, chemische Dampfniederschlagung) auf dem Substrat 1 abgeschieden.
Fig. 3 zeigt einen Halbleiterlaser gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der in Fig. 3 dargestellte Halbleiterlaser ist ein Halbleiter-Injektionslaser, und er verfügt über ein Substrat 1, eine erste Mantelschicht 2, eine aktive Schicht 3 und eine zweite Manteischicht 4, die mit denen identisch sind, die in Fig. 2 dargestellt sind. Falls erforderlich ist eine Deckschicht (nicht dargestellt) vom selben Leitungstyp wie dem der zweiten Mantelschicht 4 mittels epitaktischen Wachstums auf der zweiten Mantelschicht 4 abgeschieden. Der in Fig. 3 dargestellte Halbleiterlaser verfügt zusätzlich über eine Isolierschicht 5 z.B. aus Siliciumnitrid, die auf der zweiten Mantelschicht 4 oder der Deckschicht abgeschieden ist. Die Isolierschicht 5 verfügt über ein darin ausgebildetes streifenförmiges Fenster SW. Auf der Isolierschicht 5 ist eine Elektrode 6 abgeschieden, und sie ist mittels eines ohmschen Kontakts durch das Fenster SW hindurch elektrisch mit der zweiten Mantelsohicht 4 oder der Deckschicht verbunden.
Eine andere Elektrode 7 ist mittels ohmschen Kontakts mit der Rückseite des Substrats 1 verbunden. Alternativ kann eine Wärmesenke mit der Doppelfunktion einer Elektrode mittels eines ohmschen Kontakts mit der Rückseite des Substrats 1 verbunden sein.
In jedem der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Halbleiterlaser können die erste und die zweite Mantelschicht 2, 4 aus einem Verbindungshalbleiter aus ZnMGSSe bestehen, und sie können mit Cl, Ga oder dergleichen zum n-Typ, oder mit N, 0, Na oder dergleichen zum p-Typ dotiert sein. Derartige Laser sind keine Ausführungsformen der Erfindung.
In den Fig. 2 und 3 kann die Laseremissions-Endfläche 8 durch eine Spaltebene gebildet sein.
Fig. 4 zeigt verschiedene Werte x, y (Zusammensetzungsverhältnis) der Verbindung ZnxMg1-xSySe1-y, wie sie an verschiedenen Punkten aufgetragen sind, jeweils begleitet von der Bandlücke Eg (eV), wie sie aus der Bandkantenemission im Photolumineszenzspektrum erhalten wird, abhängig vom Zusammensetzungsverhältnis und auch der Gitterkonstante a (Å), wie aus einem (400)-Peak bei Röntgenbeugung erhalten. Die Verbindung ZnMgSSE ist entlang der geraden Linie A in Fig. 4 an GaAs Gitter-angepasst.
Die gerade Linie A ist durch die folgende Gleichung gegeben:
y = - 1,158x + 1,218
Der Bereich der Gitteranpassung, der ausreichend gute optische Eigenschaften zeigt und im Hinblick auf die Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten hinsichtlich der Wachstumstemperatur und der Raumtemperatur festgelegt wird, ist wie folgt gegeben:
-1,158x + 1,118 ≤ y ≤ 1,158x + 1,318.
In Fig. 4 kennzeichnet das Symbol *, das keine Daten gemessen wurden.
Fig. 5 zeigt, dass die optischen Eigenschaften im Bereich verbessert sind, in dem die Verbindung ZnMgSSe an GaAs Gitter-angepasst ist. Die Gitterkonstante von GaAs beträgt 5,653 Å. In Fig. 5 wurden unter Verwendung von Materialien mit verschiedenen Bandlücken Eg im Bereich von 2,99 bis 3,00 eV Bandkantenemissionen (I&sub2;)/Tiefeemissionen (die die optischen Eigenschaften der Kristalle widerspiegeln) hinsichtlich verschiedener Gitterkonstanten gemessen. Das Studium von Fig. 5 zeigt, dass die optischen Eigenschaften dann am besten sind, wenn die Gitterkonstante nahe an der von GaAs liegt.
Fig. 6 zeigt auch Bandkantenemissionen/Tiefeemissionen, wie sie gemessen wurden, wenn die Menge an Mg variiert wurde. Es ist auch Fig. 6 erkennbar, dass dann, wenn ein Substrat aus GaAs verwendet wird, der Wert von x im folgenden Bereich liegen sollte:
0,85 ≤ x < 1,0

Bezugsbeispiel 1

In Fig. 2 wies das Substrat 1 aus GaAs eine Dicke von 100 um auf. Es wurden eine erste Mantelschicht 2 aus ZnMgSSE mit einer Dicke von 1,5 um, eine aktive Schicht 3 aus ZnSe mit einer Dicke von 50 um und eine zweite Mantelschicht 4 aus ZnMgSSE mit einer Dicke von 150 nm aufeinanderfolgend mittels MBE auf dem Substrat 1 abgeschieden, um so einen Halbleiterchip mit einer Länge (Resonatorlänge) von 400 um und einer Breite von 600 um herzustellen. Die Werte x, y des Materials sowohl der ersten als auch der zweiten Mantelschicht 2, 4 betrugen x = 0,94 und y = 0,17. Der Halbleiterchip wurde auf einer Wärmesenke 21 montiert und es wurde die Emission Le eines N&sub2;-Lasers mit einer Wellenlänge von 337 nm von der Seite der zweiten Mantelschicht 4 her aufgebracht, um den Halbleiterchip zu pumpen. Im Ergebnis emittierte der Halbleiterchip Laserstrahlung L mit einer Wellenlänge von 470,5 nm von der Laseremissions-Endfläche 8. Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen der Intensität der Pumplaseremission Le und der Intensität der emittierten Laserstrahlung L.

Bezugsbeispiel 2

In Fig. 2 bestand das Substrat 1 aus einem Einkristall aus GaAs. Sowohl die erste als auch die zweite Mantelschicht 2, 4 hatte eine Dicke von 1 um und bestand aus ZnxMg1-xSySe1-y wobei x ungefähr 0,8 war und y ungefähr 0,3 war. Die aktive Schicht 3 war 0,1 um dick und bestand aus ZnSzSe1-z, wobei z ungefähr 0,06 war.
Es wurde ein Elektronenstrahl von der Seite der zweiten Manteischicht 4 her aufgebracht, um den Halbleiterlaser zu pumpen, der dann Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr 470 nm emittierte.
Die Bandkantenemission der Photolumineszenz des Materials der Mantelschicht 2, 4 wurde beim Bezugsbeispiel 2 bei 4 ºK gemessen. Die Bandkante BE betrug ungefähr 3,1 eV. Die Bandkante BE der aktiven Schicht 3 betrug ungefähr 2,8 eV. Die Mantelschichten 2, 4 und die aktive Schicht 3, wie sie auf dem Substrat 1 durch Epitaxiewachstum abgeschieden waren, waren alle Gitterangepasst.
Es ist ersichtlich, dass die Differenz zwischen den Bandkanten der Mantelschichten 2, 4 und der aktiven Schicht 3 den hohen Wert von ungefähr 300 mev aufweist, wie es aus der Differenz zwischen den zugehörigen Bandkanten BE ersichtlich ist (die Bandkante BE ist geringfügig kleiner als die Energielücke).

Bezugsbeispiel 3

Es wurde ein Halbleiterchip mit derselben Struktur wie der des Bezugsbeispiels 2 hergestellt, und die in Fig. 3 dargestellten Elektroden 6, 7 wurden am Halbleiterchip angebracht. Wenn eine Durchlassspannung zwischen die Elektroden 6, 7 gelegt wurde, wurde ähnliche Laseremission vom Halbleiterchip abgestrahlt.

Bezugsbeispiel 4

In Fig. 2 wurde das Substrat 1 aus einem Einkristall aus GaAs hergestellt. Sowohl die erste als auch die zweite Mantelsohicht 2, 4 waren 1 um dick und bestanden aus ZnxMg1-xSySe1-y wobei x ungefähr 0,8 war und y ungefähr 0,3 war. Die aktive Schicht 3 war 0,1 um dick und bestand aus ZnzCd1-zS, wobei z ungefähr 0,42 war.
Es wurde ein Elektronenstrahl von der Seite der zweiten Mantelschicht 4 her aufgebracht, um den Halbleiterlaser zu pumpen, der dann Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr 450 nm emittierte.
Die Bandkantenemission der Photolumineszenz des Materials der Mantelschicht 2, 4 beim Bezugsbeispiel 4 wurde gemessen. Die Bandkante BE betrug ungefähr 3,1 eV. Die Bandkante BE der aktiven Schicht 3 betrug ungefähr 2,85 eV. Die auf dem Substrat 1 durch Epitaxiewachstum abgeschiedenen Mantelschichten 2, 4 und die aktive Schicht 3 waren gut Gitter-angepasst.
Es ist ersichtlich, dass die Differenz zwischen den Bandkanten der Mantelschichten 2, 4 und der aktiven Schicht 3 etwas kleiner als ungefähr 300 meV war.

Bezugsbeispiel 5

Es wurde ein Halbleiterchip mit derselben Struktur wie der des Bezugsbeispiels 4 hergestellt, und die in Fig. 3 dargestellten Elektroden 6, 7 wurden am Halbleiterchip angebracht. Wenn zwischen die Elektroden 6, 7 eine Durchlassspannung angelegt wurde, wurde ähnliche Laserstrahlung vom Halbleiterchip abgestrahlt.
Bei den Bezugsbeispielen 1, 2, 3, 4, 5 bestand das Substrat 1 aus GaAs.
Wenn das Substrat 1 aus GaP hergestellt wurde, waren die Mantelschichten 2, 4 gut an das Substrat 1 Gitter-angepasst und die Bandlücke war groß, wenn die Werte x, y in ZnxMg1-xSySe1-y in den folgenden Bereichen ausgewählt waren:
0,5 ≤ x < 1,0,
0,4 ≤ y < 1,0.

Bezugsbeispiel 6

In Fig. 2 wurde das Substrat 1 aus einem Einkristall aus GaF hergestellt. Sowohl die erste als auch die zweite Mantelschicht 2, 4 waren 1 um dick und bestanden aus ZnxMg1-xSySe1-y wobei x ungefähr 0,85 war und y ungefähr 1 war. Die aktive Schicht 3 war 0,1 um dick und bestand aus ZnSzSe1-z, wobei z ungefähr 0,84 war.
Es wurde ein Elektronenstrahl von der Seite der zweiten Mantelschicht 4 her aufgebracht, um den Halbleiterlaser zu pumpen, der dann Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr 400 nm emittierte.

Bezugsbeispiel 7

Es wurde ein Halbleiterchip mit derselben Struktur wie der des Bezugsbeispiels 6 hergestellt, und die in Fig. 3 dargestellten Elektroden 6, 7 wurden am Halbleiterchip angebracht. Wenn zwischen die Elektroden 6, 7 eine Durchlassspannung angelegt wurde, wurde ähnliche Laseremission vom Halbleiterchip abgestrahlt.

Bezugsbeispiel 8

In Fig. 2 wurde das Substrat 1 aus einem Einkristall aus GaP hergestellt.
Sowohl die erste als auch die zweite Mantelschicht 2, 4 waren 1 pm dick und bestanden aus ZnxMg1-xSySe1-y wobei x ungefähr 0,85 war und y ungefähr 1 war. Die aktive Schicht 3 war 0,1 um dick und bestand aus ZnzCd1-zS, wobei z ungefähr 0,9 war.
Es wurde ein Elektronenstrahl von der Seite der zweiten Mantelschicht 4 her aufgebracht, um den Halbleiterlaser zu pumpen, der dann Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von ungefähr 400 nm emittierte.

Bezugsbeispiel 9

Es wurde ein Halbleiterchip mit derselben Struktur wie der des Bezugsbeispiels 8 hergestellt und es wurden die in Fig. 3 dargestellten Elektroden 6, 7 am Halbleiterchip angebracht. Wenn zwischen die Elektroden 6, 7 eine Durchlassspannung angelegt wurde, wurde ähnliche Laseremission vom Halbleiterchip abgestrahlt.

Beispiel 1 der Erfindung

In Fig. 2 wurde ein n-Substrat 1 aus GaAs hergestellt. Es wurden eine erste n-Mantelschicht 2 aus ZnMgSSE, das mit dem Fremdstoff Ga oder Cl dotiert wurde und eine Dicke von ungefähr 1 um aufwies, eine aktive Schicht 3 aus ZnSSe mit einer Dicke von 0,1 um sowie eine zweite p-Mantelschicht 4 aus BeZnSeTe, das mit dem Fremdstoff N oder P dotiert war, mittels epitaktischen Wachstums aufeinanderfolgend auf dem Substrat 1 abgeschieden, um so einen Halbleiterlaser herzustellen.
An der Rückseite des Substrats 1 wurde eine Elektrode (nicht dargestellt) angebracht, und eine andere Elektrode wurde in Streifenform an der zweiten Mantelschicht 4 angebracht. Der Halbleiterlaser wurde durch eine zwischen die Elektroden gelegte Durchlassspannung oder einen von der Seite der zweiten Mantelschicht 4 her aufgebrachten Elektronenstrahl gepumpt. Im Ergebnis erzeugte der Halbleiterlaser blaue Emission.

Beispiel 2

In Fig. 2 wurde ein n-Substrat 1 aus GaAs hergestellt. Es wurden eine erste n-Mantelschicht 2 aus ZnMgSSE, das mit dem Fremdstoff Ga oder Cl dotiert wurde und eine Dicke von ungefähr 1 um aufwies, eine aktive Schicht 3 aus ZnCdS mit einer Dicke von 0,1 um sowie eine zweite p-Mantelschicht 4 aus BeZnSSe, das mit dem Fremdstoff N oder P dotiert war, mittels epitaktischen Wachstums aufeinanderfolgend auf dem Substrat 1 abgeschieden, um so einen Haibleiterlaser herzustellen.
Am Halbleiterlaser wurden Elektroden auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 angebracht. Dann wurde der Halbleiterlaser durch eine zwischen die Elektroden gelegte Durchlassspannung oder einen von der Seite der zweiten Mantelschicht 4 her aufgebrachten Elektronenstrahl gepumpt. Im Ergebnis erzeugte der Halbleiterlaser violette Emission.
Bei den Beispielen 1 und 2 kann das GaAs- oder GaP-Substrat vom p-Typ sein, und die erste und die zweite Mantelschicht 2, 4 können vom entgegengesetzten Leitungstyp sein. Genauer gesagt, kann die erste Mantelschicht 2 Beenthalten, und die zweite Mantelsohicht 4 kann Mg enthalten.
Die Erfindung ist nicht auf die obigen Strukturen beschränkt. Zusätzlich zur streifenförmigen Elektrode, oder anstelle derselben, kann ein Stromeingrenzungsbereich an jeder der entgegengesetzten Seiten ausgebildet sein, die einen streifenförmigen Resonator zentral in der aktiven Schicht 3 festlegen, und zwar dadurch, dass von der Seite der zweiten Mantelschicht 4 her ein Fremdstoff mit einem Leitungstyp eingeführt wird, der sich von dem der zweiten Mantelschicht 4 unterscheidet, oder dass eine Protonenimplantation für höheren Widerstand erfolgt.
Durch die Anordnung gemäß der Erfindung, wie oben beschrieben, hat der Halbleiterlaser gute Emissionseigenschaften wie hohen Emissionswirkungsgrad, er kann stabil bei Raumtemperatur arbeiten und er kann zur Laseremission bei kurzen Wellenlängen im Dauerstrich schwingen, da das Substrat 1 aus GaAs, ZnSe oder GaP leicht verfügbar ist und mit hoher Wachstumsrate und billig hergestellt werden kann und die Mantelschichten 2, 4 gut an das Substrat 1 Gitter-angepasst sind, wobei eine große Bandlücke vorliegt.
Wenn der erfindungsgemäße Halbleiterlaser als Lichtquelle zum Aufzeichnen und Wiedergeben optischer Information verwendet wird, ermöglicht er es, Information mit hoher Packungsdichte aufzuzeichnen und mit hoher Auflösung abzuspielen, und er ermöglicht es auch, optische Aufzeichnungs-und Wiedergabevorrichtungen billig herzustellen.
Der erfindungsgemäße Halbleiterlaser ist auch hinsichtlich einer Verringerung der Kosten von Anzeigevorrichtungen wirkungsvoll, die drei Laserstrahlen R, G, B abrastern, um sichtbare Bilder anzuzeigen.
Nachdem bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurden, ist es zu beachten, dass die Erfindung nicht auf diese genauen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vom Fachmann verschiedene Änderungen und Modifizierungen ausgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der in den beigefügten Ansprüchen definierten Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Halbleiterlaser mit:

- einem Halbleitersubstrat (1) aus GaAs oder ZnSe;

- einer ersten Mantelschicht (2) vom n-Leitungstyp, die auf dem Halbleitersubstrat durch Epitaxiewachstum abgeschieden wurde;

- einer aktiven Schicht (3) aus ZnSSe, ZnCdS oder ZnSe mit einer Bandlücke von 2,7 eV oder mehr, die durch Epitaxiewachstum auf der ersten Mantelschicht abgeschieden wurde; und

- einer zweiten Mantelschicht (4) vom p-Leitungstyp, die durch Epitaxiewachstum auf der aktiven Schicht abgeschieden wurde;

- wobei die erste Mantelschicht (2) aus einem Verbindungshalbleitermaterial von Zinkblende-Kristallstruktur besteht, das Mg enthält und die Zusammensetzung ZnxMg1-xSySe1-y aufweist, wobei x und y Atomverhältnisse sind, die in den folgenden Bereichen ausgewählt sind:

0,3 ≤ x < 1,0,

0 ≤ y < 0,1 ; und

- wobei die zweite Mantelschicht (4) aus einem Halbleiter mit der Zusammensetzung BeaZn1-aSbTe1-b oder BeaZn1-aSebTe1-b besteht, wobei a und b Atomverhältnisse sind, die in den folgenden Bereichen ausgew-hlt sind:

0,1 ≤ a ≤ 0,7,

0,5 ≤ b ≤ 0,9.

2. Halbleiterlaser mit:

- einem Halbleitersubstrat (1) aus GaP;

- wobei die erste Mantelschicht (2) die Zusammensetzung ZnxMg1-xSySe1-y aufweist, wobei x und y Atomverhältnisse sind, die in den folgenden Bereichen ausgewählt sind:

0,5 ≤ x < 1,0,

0,4 ≤ y < 1,0 ; und

- wobei die zweite Manteischicht (4) aus einem Halbleiter mit der Zusammensetzung BeaZn1-aSbTe1-b oder BeaZn1-aSebTe1-b besteht, wobei a und b Atomverhältnisse sind, die in den folgenden Bereichen ausgewählt sind:

0,1 ≤ a ≤ 0,8,

0,2 ≤ b ≤ 0,9.