DE69406049T2 - Lichtmittierende Halbleitervorrichtung mit einer dritten Begrenzungsschicht - Google Patents

Lichtmittierende Halbleitervorrichtung mit einer dritten Begrenzungsschicht

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft lichtemittierende Halbleiterbauteile und Verfahren zum Herstellen derartiger Bauteile. Spezieller betrifft die Erfindung einen Halbleiterlaser kurzer Wellenlänge, der Lichtstrahlen der Farben rot bis orange emittiert, und eine Lichtemissionsdiode (LED) mit einem Wellenlängenband von den Farben rot bis grün sowie Verfahren zum Herstellen derselben.
    • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • In jüngerer Zeit haben rote Halbleiterlaser mit einem Wellenlängenband von 630 bis 680 nm aus AlGaInP Aufmerksamkeit als vielversprechende POS-Lichtquelle wie auch für hochauflösende photomagnetische Platten hoher Dichte auf sich gezogen. Tatsächlich erfolgten in diesem Zusammenhang Forschungen und Entwicklungen. Wenn ein derartiger Laser für Informationsträgerplatten verwendet wird, sind insbesondere Stabilität der Grundmode und gute optische Eigenschaften wie Astigmatismus usw. wichtig. Aus diesem Grund existiert ein Bedarf an Halbleiterlasern vom Typ mit Brechungsindexführung, der Lichtstrahlen innerhalb des Schwingungsbereichs eingrenzt.
  • Halbleiterlaser-Bauteile vom Typ mit Brechungsindexführung im 680-nm-Wellenlängenband sind bereits bekannt, einschließlich demjenigen, der in Fig. 11 dargestellt ist, bei dem es sich um einen solchen vom Typ mit Führung durch den effektiven Brechungsindex handelt, und ein anderer ist in Fig. 12 dargestellt, der vom Typ mit Führung durch den reellen Brechungsindex ist. Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die das Halbleiterlaser-Bauteil vom Typ mit Führung durch den Effektivbrechungsindex zeigt, während Fig. 12 eine Schnittansicht ist, die das Halbleiterlaser-Bauteil vom Typ mit Führung durch den reellen Brechungsindex zeigt. Das in Fig. 11 dargestellte Halbleiterlaser-Bauteil wird auf solche Weise hergestellt, dass auf ein n-GaAs- Substrat 131 mit einer (100)-Fläche als Hauptfläche eine n- (Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P-Mantelschicht (1,5 µm dick) 133, eine undotierte, aktive Schicht aus Ga0,5In0,5P (0,05 µm dick) 134, eine p(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P-Mantelschicht (1,5 µm dick) 135 und eine p- Ga0,5in0,5P-Zwischenschicht 136 gemäß einem MOCVD(metallorganische, chemische Dampfniederschlagung)-Prozess aufgewachsen werden. Dann werden die Zwischenschicht 136 und ein oberer Teil der Mantelschicht 135 durch Ätzen entfernt, wobei ein zentralpositionierter Kammabschnitt 141 belassen wird. Anschließend werden Stromeingrenzungsschichten 132 aus n-GaAs zu beiden Seiten des Kammabschnitts 141 aufgewachsen, und außerdem wird auf den gesamten Bereich eine p-GaAs-Kontaktschicht 137 (2 µm dick) aufgewachsen. Schließlich werden Elektroden 139, 140 auf der Unterseite des Substrats 131 bzw. der Oberfläche der Kontaktschicht 137 hergestellt. Bei einem derartigen Halbleiterlaser begrenzen die Stromeingrenzungsschichten 132 den Stromkanal, um unwirksamen Strom zu verringern und um für erhebliche Modenverluste hinsichtlich Schwingungsmoden höherer Ordnung zu sorgen. So werden Schwingungsmodi höherer Ordnung unterdrückt, so dass im Schwingungsbereich 134a ständig Schwingung der Grundmode mit hoher Lichtausgangsleistung aufrechterhalten wird.
  • Das in Fig. 12 dargestellte Halbleiterlaser-Bauteil wird auf solche Weise hergestellt, dass auf einem p-GaAs-Substrat 101 mit (100)-Fläche eine Stromeingrenzungsschicht 102 aus n-GaAs hergestellt wird, in der ein Kanal 102b ausgebildet wird, der von der Oberfläche der Schicht 102 in das Substrat 101 hinein reicht. Dann werden auf der Schicht 102 aufeinanderfolgend eine p-(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P-Mantelschicht (1,8 µm dick) 103, eine undotierte, aktive Ga0,5In0,5P-Schicht (0,05 µm) 104, eine n- (Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P-Mantelschicht (1,5 µm dick) 105 und eine n- Ga0,5In0,5P-Kontaktschicht (1 µm dick) 106 gemäß dem MOCVD-Prozess hergestellt (wobei jeder Schichtdickenwert die Dicke der jeweiligen Schicht im Kanal bezeichnet). Schließlich werden Elektroden 109, 110 auf der Unterseite des Substrats 101 bzw. der Oberfläche der Kontaktschicht 106 hergestellt. Im Wachstumsstadium gemäß dem MOCVD-Prozess spiegelt die aufgewachsene Schicht im Allgemeinen die Konfiguration der Grundschicht wider. Daher hat die aktive Schicht 104 derartige Konfiguration, dass sie über der Kante des Kanals 102b, d.h. über entsprechenden Enden der Stromeingrenzungsschicht 102 stark gebogen ist, wodurch eine Struktur mit Führung durch den reellen Brechungsindex gebildet ist. Gemäß dieser Anordnung sind mögliche Verluste in der Grundmode verringert, was zu einem verringerten Schwellenwert für die Schwingung und zu erhöhtem differenziellen Wirkungsgrad führt.
  • Unglücklicherweise liegt jedoch beim in Fig. 11 dargestellten Halbleiterlaser ein Problem dahingehend vor, dass die Stabilität der Grundmode stark von der Dicke (Restdicke) d der Mantelschichtabschnitte abhängt, die zu beiden Seiten des Kamms 141 verbleiben. Dies bedeutet, dass dann, wenn Ätzschwankungen so groß sind, dass die Restdicke d 0,3 µm wesentlich überschreitet, die Grundmode instabil ist. (Es wird in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass der optimale Wert der Restdicke d ungefähr 0,2 um beträgt.) Dasselbe gilt für den Fall, dass die Restdicken d an entgegengesetzten Seiten des Kamms 141 verschieden sind. Ein anderes Problem ist das, dass im Stadium des Aufwachsens der Stromeingrenzungsschicht 132 die Grundschicht für dieses Wachstum eine Al enthaltende Schicht ist, d.h. die p- (Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P-Schicht 135, wobei es aufgrund dieser Tatsache wahrscheinlich ist, dass es zu Oxidation kommt, so dass die Qualität einer gewachsenen Grenzfläche 135a ungünstig beeinflusst wird. Dies führt zu Stromlecks, was seinerseits zu einem Anstieg des Schwellenwerts für Schwingung führt. Typischerweise hat ein unbeschichtetes Bauteil mit einer Resonatorlänge von 400 um einen Schwingungs-Schwellenwert von 45 mA und einen Knickpegel von ungefähr 25 mW.
  • Das in Fig. 12 dargestellte Halbleiterlaser-Bauteil, bei dem die aktive Schicht 104 an den Enden der Stromeingrenzungsschicht 102 stark gebogen ist, um für einen Aufbau mit Führung durch den reellen Brechungsindex zu sorgen, hat sowohl für den Grundmodus als auch für Modi höherer Ordnung kleinere Verluste. Dies führt zum Problem, dass der Knickpegel eher abgesenkt wird. Typischerweise hat ein unbeschichtetes Bauteil mit einer Resonatorlänge von 400 µm einen Schwingungs-schwellenwert von 25 bis 30 mA und einen Knickpegel von ungefähr 20 mW.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil mit Stromeingrenzungsschicht mit verbesserten Funktionseigenschaften sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben zu schaffen. Zu lichtemittierenden Halbleiterbauteilen, die unmittelbar von der Erfindung umfasst werden, gehören insbesondere Halbleiterlaser-Bauteile und Lichtemissionsdioden.
  • Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, ist ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil geschaffen, mit einem Substrat von p- oder n-leitendem Typ, einer Stromeingrenzungsschicht, die auf einer Fläche des Substrats ausgebildet ist und den anderen Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n aufweist und die über mindestens einen durchgehenden Kanal verfügt, der sich zur Oberfläche des Substrats oder in das Substrat erstreckt, um einen Strompfad in einer Richtung rechtwinklig zur Oberfläche des Substrats festzulegen, und mit einer auf der Stromeingrenzungsschicht ausgebildeten Doppelheterostruktur mit einer ersten Mantelschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Mantelschicht, die aufeinanderfolgen, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - der durchgehende Kanal ein streifenförmiger Kanal ist, der sich rechtwinklig zu den Endflächen des Substrats erstreckt; und
  • - dieses lichtemittierende Halbleiterbauteil eine dritte Mantelschicht mit dem einen Leitungstyp aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt der dritten Mantelsohicht den durchgehenden Kanal so auffüllt, dass die Oberseite des mindestens einen Abschnitts der dritten Mantelschicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet;
  • - wobei das Substrat ein GaAs-Substrat ist, dessen Oberfläche eine (111)B- Fläche oder eine Fläche mit einem Versatz gegen die (111)B-Fläche, die eine Hauptfläche ist, ist;
  • - wobei die Stromeingrenzungsschicht aus GaAs oder AlGaAs besteht und
  • - wobei die dritte Mantelschicht aus AlGaAs besteht.
  • Das lichtemittierende Halbleiterbauteil enthält die Stromeingrenzungsschicht, die auf der Oberfläche des Substrats von einem Leitungstypen p und n ausgebildet ist, wobei die Stromeingrenzungsschicht den anderen - dieser Leitungstypen p und n aufweist. Die Stromeingrenzungsschicht verfügt über einen Durchgangskanal mit bandförmigem Muster, der sich rechtwinklig zu den Endflächen des Substrats erstreckt. Daher kann dieses lichtemittierende Halbleiterbauteil ein Halbleiterlaser-Bauteil vom Typ mit Brechungsindexführung bilden. Das Halbleiterlaser-Bauteil verfügt über die genannte dritte Mantelschicht vom einen Leitungstyp, die in den Durchgangskanal der Stromeingrenzungsschicht eingefüllt ist, wobei die Oberfläche der dritten Mantelschicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet. Eine erste Mantelschicht, eine aktive Schicht und eine zweite Mantelschicht, die eine Doppelheterostruktur bilden, werden durch ein bekanntes Wachstumsverfahren, z.B. einen MOCVD-Prozess, eben auf die Stromeingrenzungsschicht und die dritte Mantelschicht auf gut kontrollierte Weise aufgewachsen, ohne dass irgendein Ätzstadium verwendet wird. Daher erfahren die erste Mantelschicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht beinahe keine Dickenschwankung. Dies gewährleistet gute Stabilität der Grundmode der Laserschwingung. Die Tatsache, dass nach dem Herstellen der dritten Mantelschicht kein Ätzstadium vorliegt, beseitigt die Möglichkeit, dass irgendeine gewachsene Grenzfläche oxidiert wird. Dies führt zu verringerten Stromlecks und erniedrigter Schwingungsschwelle. Die erste Mantelschicht ist im Allgemeinen so konzipiert, dass sie relativ dünn ist, und in keinem Fall ergibt sich dadurch verringerter Verlust für Moden höherer Ordnung. Daher wird eine gute Verbesserung hinsichtlich des Knickniveaus erzielt. Auf diese Weise kann ein Halbleiterlaser-Bauteil mit verbesserten Funktionseigenschaften erzielt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform verfügt die dritte Mantelschicht über einen sich in Querrichtung erstreckenden Abschnitt, der die Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht bedeckt, wobei der verlängerte Abschnitt eine Dicke aufweist, die niedriger als die im Abschnitt der in den Durchgangskanal gefüllten dritten Mantelschicht ist.
  • Gemäß der obigen Anordnung verfügt die dritte Mantelschicht über den verlängerten Abschnitt, der die Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht bedeckt, und dieser verlängerte Abschnitt hat eine Dicke, die geringer eingestellt ist, als die des in den Durchgangskanal eingefüllten Abschnitts. In diesem Fall wird, wenn die Schichten, die die Doppelheterostruktur bilden, unter Verwendung z.B. des MOCVD-Prozesses hergestellt werden, die aktive Schicht benachbart zur Kante des Durchgangskanals leicht abgebogen. Im Ergebnis wird eine Wellenleiteranordnung erzielt, die sowohl die Eigenschaft einer Struktur mit Führung durch den effektiven Brechungsindex unter Verwendung der Lichtabsorption des Substrats (Stromeingrenzungsschicht) als auch die Eigenschaft einer Struktur mit Führung durch den reellen Brechungsindex unter Verwendung einer Biegung der aktiven Schicht aufweist, d.h., die die Vorteile beider bekannter beschriebenen Anordnungen aufweist. Anders gesagt, kann das Halbleiterlaser-Bauteil Modenverluste hinsichtlich der Grundmode verringern und Modenverluste hinsichtlich Moden höherer Ordnung erhöhen, so dass die Grundmode weiter stabilisiert ist.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das lichtemittierende Halbleiterbauteil eine Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht mit dem anderen Leitungstyp, die in den Randabschnitt des Durchgangskanals eingefüllt ist, wobei diese Verlängerung eine Oberfläche aufweist, die mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet; und
  • - wobei die dritte Mantelschicht einwärts bezüglich der Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht innerhalb des Durchgangskanals angeordnet ist.
  • Bei der obigen Anordnung ist die Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht, die den anderen Leitungstyp aufweist, in den Randabschnitt des Durchgangskanals eingefüllt, und die Oberfläche der Verlängerung fluchtet mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht. Ferner ist die dritte Mantelschicht einwärts bezüglich der Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht innerhalb des Durchgangskanals eingefüllt. Daher wird im Betrieb die Breite der Strominjektion proportional durch die Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht verringert. Daher wird der zugehörige Schwingungs-Schwellenwert weiter verringert und außerdem wird eine Astigmatismusverringerung erzielt.
  • Vorzugsweise sind in der Stromeingrenzungsschicht mehrere Durchgangskanäle ausgebildet und die dritte Mantelschicht ist in jeden dieser Durchgangskanäle eingebettet.
  • Bei der obigen Anordnung sind die mehreren Durchgangskanäle in der Stromeingrenzungsschicht ausgebildet, wobei die dritte Mantelschicht in jeden der Durchgangskanäle eingebettet ist. So entsteht im Betrieb mehrere Schwingungsbereiche entsprechend der Anzahl von durch die Durchgangskanälen gebildeten Strompfaden. Dies bildet ein Halbleiterlaserarray.
  • Vorzugsweise umfasst das lichtemittierende Halbleiterbauteil mindestens einen nicht durchgehenden Kanal, der parallel zum durchgehenden Kanal in der Stromeingrenzungsschicht mit einer Tiefe ausgebildet ist, die nicht größer als die Tiefe der Stromeingrenzungsschicht ist; und
  • - es umfasst eine vierte Mantelschicht vom einen Leitungstyp, die in den nicht durchgehenden Kanal eingefüllt ist und eine Oberfläche aufweist, die mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet.
  • Gemäß dieser Anordnung ist der mindestens eine nicht durchgehende Kanal parallel zum durchgehenden Kanal in der Stromeingrenzungsschicht mit einer Tiefe ausgebildet, die nicht größer als die Tiefe der Stromeingrenzungsschicht ist, und ferner ist eine vierte Mantelschicht vom einen Leitungstyp in den nicht durchgehenden Kanal eingefüllt, wobei ihre Oberfläche mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet. In diesem Fall werden alle Spannungen, die auf die aktive Schicht wirken, und zwar aufgrund der jeweiligen auf das Substrat aufgestapelten Schichten, über den nicht durchgehenden Kanal verteilt. So werden die auf den Schwingungsbereich über dem Durchgangskanal wirkenden Spannungen gelindert, so dass die Langzeit-Zuverlässigkeit des Bauteils verbessert ist.
  • Die Erfindung schafft auch ein lichtemittierendes Halbleiterbauteil mit einem Substrat von p- oder n-leitendem Typ, einer Stromeingrenzungsschicht, die auf einer Fläche des Substrats ausgebildet ist und den anderen Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n aufweist und die über mindestens einen durchgehenden Kanal verfügt, der sich zur Oberfläche des Substrats oder in das Substrat erstreckt, um einen Strompfad in einer Richtung rechtwinklig zur Oberfläche des Substrats festzulegen, und mit einer auf der Stromeingrenzungsschicht ausgebildeten Doppelheterostruktur mit einer ersten Mantelschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Mantelschicht, die aufeinanderfolgen, dadurch gekennzeichnet, dass
  • - der durchgehende Kanal ein Kreismuster aufweist; und
  • - dieses lichtemittierende Halbleiterbauteil eine dritte Mantelschicht mit dem einen Leitungstyp aufweist und den durchgehenden Kanal so auffüllt, dass die Oberseite der dritten Mantelschicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet;
  • - wobei das Substrat ein GaAs-Substrat ist, dessen Oberfläche eine (111)B- Fläche oder eine Fläche mit einem Versatz gegen die (111)B-Fläche, die eine Hauptfläche ist, ist;
  • - wobei die Stromeingrenzungsschicht aus GaAs oder AlGaAs besteht und
  • - wobei die dritte Mantelschicht aus AlGaAs besteht.
  • Dieses lichtemittierende Halbleiterbauteil enthält das Substrat von einem der Leitungstypen p und n sowie die Stromeingrenzungsschicht, die auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet ist und den anderen Typ der Leitungstypen p und n aufweist und über den darin ausgebildeten Durchgangskanal mit Kreismuster verfügt. Demgemäß kann dieses lichtemittierende Halbleiterbauteil eine Lichtemissionsdiode vom Typ mit Abstrahlung an der Oberfläche bilden. Die Lichtemissionsdiode umfasst die dritte Mantelschicht mit dem einen Leitungstyp, die in den durchgehenden Kanal eingefüllt ist und die eine Oberfläche aufweist, die mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet. Daher werden die erste Mantelschicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht, die die Doppelheterostruktur bilden, durch ein bekanntes Wachstumsverfahren, z.B. einen MOCVD-Prozess, eben auf die Stromeingrenzungsschicht und die dritte Mantelschicht auf gut kontrollierte Weise aufgewachsen, ohne dass irgendein Ätzschritt erforderlich ist. Daher haben die erste Mantelschicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht beinahe keine Dickenschwankung. Dies gewährleistet gute Stabilität der Strahlungsintensität-Zuführstrom-charakteristik. Die Tatsache, dass nach der Herstellung der dritten Mantelschicht kein Ätzstadium vorliegt, beseitigt die Möglichkeit, dass irgendeine Wachstumsgrenzfläche oxidiert wird. Dies führt zu verringerten Stromlecks und erhöhter Lichtemissionsintensität. Auf diese Weise kann eine Lichtemissionsdiode mit verbesserten Funktionseigenschaften erhalten werden.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die die Doppelheterostruktur bildende Schicht so ausgebildet, dass sie kegelstumpfförmig ist. Dadurch ist der Wirkungsgrad der Lichtabstrahlung des Bauteils verbessert.
  • Gemäß der Erfindung ist das Substrat ein GaAs-Substrat mit (111)B-Fläche oder einer zu dieser (111)B-Fläche versetzten Fläche, die eine Hauptfläche ist; die Stromeingrenzungsschicht besteht aus GaAs oder AlGaAs und die dritte Mantelschicht besteht aus AlGaAs. In diesem Fall ist es möglich, wie es später beschrieben wird, die dritte Mantelschicht aus AlGaAs mit dem einen Leitungstyp innerhalb des durchgehenden Kanals aufzuwachsen, während das Substrat auf einer Temperatur nicht über 720 ºC gehalten wird. Auf diese Weise wird die Oberfläche der dritten Mantelschicht so erhalten, dass sie mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, wodurch der Durchgangskanal aufgefüllt wird. Daher können die erste Mantelschicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht, die eine Doppelheterostruktur bilden, durch eine bekannte Wachstumstechnik auf gut kontrollierte Weise eben auf das Substrat aufgewachsen werden.
  • Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittie renden Halbleiterbauteils, mit den folgenden Schritten:
  • - Herstellen, auf einer Oberfläche eines GaAs-Substrats vom p- oder n-Leitungstyp, einer Stromeingrenzungsschichtaus GaAs oder AlGaAs mit dem anderen Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n, wobei die Stromeingrenzungsschicht den anderen Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n aufweist, wobei die Oberfläche eine (111)B-Fläche oder eine Fläche mit einem Versatz gegen die (111)B-Fläche, die eine Hauptfläche ist, ist;
  • - Herstellen eines durchgehenden Kanals in der Stromeingrenzungsschicht, der ein streifenförmiger Kanal mit einem vorbestimmten Muster ist, das sich von einer Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht zum Substrat oder in dieses hinein erstreckt;
  • - Aufwachsen einer dritten Mantelschicht aus AlGaAs vom einen Leitungstyp innerhalb des durchgehenden Kanals, während das Substrat auf einer Temperatur nicht über 720ºC gehalten wird, um den streifenförmigen Kanal auf solche Weise mit der dritten Mantelschicht aufzufüllen, dass die Oberfläche derselben mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet; und
  • - aufeinanderfolgendes Aufwachsen einer ersten Mantelschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Mantelschicht auf das Substrat, um eine Doppelheterostruktur auszubilden.
  • Gemäß diesem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils wird auf der Oberfläche des GaAs-Substrats vom einen der Leitungstypen p und n die Stromeingrenzungsschicht aus GaAs oder AlGaAs mit dem anderen der Leitungstypen p und n hergestellt, wobei die Substratoberfläche eine (111)B-Fläche oder eine gegen die (111)B-Fläche versetzte, die eine Hauptfläche ist, ist. Der Durchgangskanal mit vorbestimmtem Muster, der sich von der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht zum Substrat erstreckt, wird dann in der Stromeingrenzungsschicht ausgebildet. Dann wird die dritte Mantelschicht aus AlGaAs vom einen Leitungstyp innerhalb des durchgehenden Kanals aufgewachsen, während das Substrat auf einer Temperatur nicht über 720 ºC gehalten wird. Dies ermöglicht es, die dritte Mantelschicht so aufzuwachsen, dass ihre Oberfläche mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, wodurch der durchgehende Kanal aufgefüllt wird. Daher können die erste Mantelschicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht eben auf der dritten Mantelschicht und der Stromeingrenzungsschicht auf gut kontrollierte Weise hergestellt werden, um eine Doppelheterostruktur zu bilden. So ist es nun möglich, lichtemittierende Halbleiterbauteile, wie Halbleiterlaser-Bauteile und Lichtemissionsdioden, aufzubauen, die eine gute Eigenschaftsverbesserung gegenüber bekannten Bauteilen zeigen.
  • Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils, mit den folgenden Schritten:
  • - Herstellen, auf einer Oberfläche eines GaAs-Substrats vom p- oder n-Leitungstyp, einer Stromeingrenzungsschicht aus GaAs oder AlGaAs mit dem ande ren Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n, wobei die Oberfläche eine (111)B-Fläche oder eine Fläche mit einem Versatz gegen die (111)B-Fläche, die eine Hauptfläche ist, ist;
  • - Herstellen eines durchgehenden Kanals in der Stromeingrenzungsschicht, der ein streifenförmiger Kanal mit einem vorbestimmten Muster ist, das sich von einer Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht zum Substrat oder in dieses hinein erstreckt;
  • - Aufwachsen einer dritten Mantelschicht aus AlGaAs mit dem einen Leitungstyp , während das Substrat innerhalb eines Temperaturbereichs von 720ºC bis 740ºC gehalten wird, auf solche Weise, dass ein Abschnitt der dritten Man telschicht, der den durchgehenden Kanal auffüllt, eine Oberfläche aufweist, die mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, wobei diese dritte Mantelschicht einen verlängerten Abschnitt aufweist, der auf der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht liegt und dünner als der aufgefüllte Abschnitt ist; und
  • - aufeinanderfolgendes Aufwachsen einer ersten Mantelschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Mantelschicht auf das Substrat, um eine Doppelheterostruktur auszubilden.
  • Gemäß diesem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils wird, nachdem der durchgehende Kanal in der Stromeingrenzungsschicht hergestellt wurde, die dritte Mantelschicht aus AlGaAs vom einen Leitungstyp aufgewachsen, während das Substrat im Temperaturbereich von 720 ºC bis 740 ºC gehalten wird, um den durchgehenden Kanal auf solche Weise aufzufüllen, dass die Oberfläche dieses Abschnitts der dritten Mantelschicht, der den Durchgangskanal auffüllt, mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet und dass die dritte Mantelschicht einen verlängerten Abschnitt aufweist, der nur auf der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht liegt, mit geringerer Dicke als im Füllabschnitt. Daher ist, wenn die die Doppelheterostruktur bildenden Schichten auf der Stromeingren zungsschicht unter Verwendung z.B. der MOCVD-Technik hergestellt werden, die aktive Schicht so konfiguriert, dass sie benachbart zur Kante des Durchgangskanals leicht gebogen ist. Im Ergebnis hat das lichtemittierende Halbleiterbauteil eine Wellenleiteranordnung, die sowohl die Eigenschaft einer Struktur mit Führung durch den effektiven Brechungsindex unter Ver wendung der Lichtabsorption des Substrats (Stromeingrenzungsschicht) als auch die Eigenschaft einer Struktur mit Führung durch den reellen Brechungsindex unter Verwendung der Biegung der aktiven Schicht aufweist, d.h. die Vorteile der beiden dargestellten bekannten Anordnungen. Anders gesagt, kann das Halbleiterlaser-Bauteil Modenverluste betreffend die Grundmode verringern und Modenverluste betreffend Moden höherer Ordnung erhöhen, so dass die Grundmode weiter stabilisiert wird. Ferner werden mögliche Stromlecks verringert und die Schwingungsschwelle wird abgesenkt.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte:
  • - Aufwachsen, in einem Randabschnitt des Durchgangskanals, einer Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht aus GaAs oder AlGaAs mit dem anderen Leitungstyp, während das Substrat auf einer Temperatur nicht über 720 ºC gehalten wird, auf solche Weise, dass die Oberfläche der Verlängerung mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, um dadurch die Breite des Durchgangskanals zu verringern, wobei die dritte Mantelschicht anschließend innerhalb der Verlängerung aufgewachsen wird.
  • Bei diesem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbau teils wird die Verlängerung zur stromeingrenzungsschicht, die den anderen Leitungstyp aufweist und deren Oberfläche mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, in den Randabschnitt des durchgehenden Kanals in der stromeingrenzungsschicht eingefüllt, und die dritte Mantelschicht ist innerhalb der Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht eingebettet. Daher wird, wenn das so hergestellte lichtemittierende Halbleiterbauteil arbeitet, die Breite der Strominjektion proportional zur Verlängerung der Stromeingrenzungsschicht verringert. Bei einem derartigen lichtemittierenden Halbleiterbauteil, insbesondere einem Halbleiterlaser-Bauteil, ist daher der Schwingungs-Schwellenwert weiter verringert, und außerdem wird eine gewisse Astigmatismusverringerung erzielt.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils ferner die folgenden Schritte:
  • - Herstellen mehrerer Durchgangskanäle mit vorbestimmten Muster, das sich von der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht zum Substrat oder in das Substrat hinein erstreckt, in der Stromeingrenzungsschicht;
  • - wobei die dritte Mantelschicht innerhalb der jeweiligen durchgehenden Kanäle aufgewachsen wird, wobei das Substrat auf einer Temperatur von nicht über 720 ºC gehalten wird, auf solche Weise, dass die Oberfläche jeder der dritten Mantelschicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, wodurch die durchgehenden Kanäle aufgefüllt werden.
  • Gemäß diesem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils werden mehrere durchgehende Kanäle in der Stromeingrenzungsschicht ausgebildet und die dritten Mantelschichten werden in jeweilige Durchgangskanäle eingefüllt. Bei einem derartigen lichtemittierenden Halbleiterbauteil entstehen im Betrieb mehrere Schwingungsbereiche entsprechend der Anzahl von durch die durchgehenden Kanäle gebildeten Strompfaden. Dies schafft ein Halbleiterlaserarray.
  • Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Herstellens eines nicht durchgehenden Kanals mit vorbestimmten Muster in der Stromeingrenzungsschicht, wobei das Muster innerhalb dieser Stromeingrenzungsschicht gehalten wird;
  • - wobei die dritte Mantelschicht und eine vierte Mantelschicht aus AlGaAs mit dem einen Leitungstyp im durchgehenden Kanal bzw. im nicht durchgehenden Kanal aufgewachsen werden, während das Substrat auf einer Temperatur nicht über 720 ºC gehalten wird, um den durchgehenden Kanal bzw. den nicht durchgehenden Kanal mit der dritten bzw. vierten Mantelschicht auf solche Weise aufzufüllen, dass die Oberflächen der dritten und vierten Mantelschicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchten.
  • Gemäß diesem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils ist der nicht durchgehende Kanal mit einer Tiefe nicht größer als der Tiefe der Stromeingrenzungsschicht parallel zum durchgehenden Loch in der Stromeingrenzungsschicht vorhanden, und die vierte Mantelschicht mit dem einen Leitungstyp ist in den nicht durchgehenden Kanal eingebettet, wobei die Oberfläche dieser vierten Manteischicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet. Dank dieser Anordnung werden alle auf den Schwingungsbereich über dem durchgehenden Kanal ausgeübten Spannungen gelindert, so dass hinsichtlich der Langzeit-Zuverlässigkeit des Bauteils eine gute Verbesserung erzielbar ist.
  • Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils, mit den folgenden Schritten:
  • - Herstellen, auf einer Oberfläche eines GaAs-Substrats vom p- oder n-Leitungstyp, einer Stromeingrenzungsschicht aus GaAs oder AlGaAs mit dem anderen Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n, wobei die Oberfläche eine (111)B-Fläche oder eine Fläche mit einem Versatz gegen die (111)B-Fläche, die eine Hauptfläche ist, aufweist;
  • - Ausbilden eines durchgehenden Kanals in der Stromeingrenzungsschicht, der ein Kanal mit kreisförmigem Muster ist, das sich von einer Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht zum Substrat oder in das Substrat erstreckt;
  • - Aufwachsen einer dritten Mantelschicht aus AlGaAs vom einen Leitungstyp im durchgehenden Kanal, während das Substrat auf einer Temperatur nicht über 720ºC gehalten wird, um den durchgehenden Kanal auf solche Weise in der dritten Mantelschicht aufzufüllen, dass eine Oberfläche derselben mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet;
  • - aufeinanderfolgendes Aufwachsen einer ersten Mantelschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Mantelschicht auf dem Substrat, um eine Doppelheterostruktur auszubilden; und
  • - Bearbeiten der die Doppelheterostruktur bildenden Schicht auf Kegelstumpfform.
  • Gemäß diesem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils wird, nachdem der durchgehende Kanal mit Kreismuster, der sich von der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht zum Substrat erstreckt, in der Stromeingrenzungsschicht hergestellt wurde, die dritte Mantelschicht mit dem einen Leitungstyp innerhalb des durchgehenden Kanals aufgewachsen, während das Substrat auf einer Temperatur nicht über 720 ºC gehalten wird, auf solche Weise, dass die Oberfläche der dritten Mantelschicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, wodurch der durchgehende Kanal aufgefüllt wird. Ferner werden die erste Mantelschicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht auf die Stromeingrenzungsschicht und die dritte Mantelschicht aufgewachsen, um die Doppelheterostruktur auszubilden. So wird eine Lichtemissionsdiode mit Abstrahlung an der Oberfläche aufgebaut. In diesem Fall werden die die Doppelheterostruktur bildenden Schichten durch ein bekanntes Wachstumsverfahren, z.B. einen MOCVD-Prozess, auf gut gesteuerte Weise aufgewachsen, ohne dass irgendein Ätzstadium vorliegt. Daher tritt beinahe keine Dickenschwankung auf. Dies gewährleistet gute Stabilität der Strahlungsintensität-Zuführstrom-Charakteristik. Ferner besteht, da nach der Herstellung der dritten Mantelschicht kein Ätzprozess vorliegt, keine Möglichkeit, dass irgendeine Wachstumsfläche oxidiert wird. Dies führt zur verringerten Stromlecks und erhöhter Lichtemissionsintensität. Auf diese Weise kann eine Lichtemissionsdiode mit verbesserten Funktionseigenschaften erhalten werden. Darüber hinaus kann der Wirkungsgrad der Lichtausgangsleistung des Bauteils verbessert werden, da die die Doppelheterostruktur bildenden Schichten so ausgebildet sind, dass sie kegelstumpfförmig sind.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Erfindung wird aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die nur zur Veranschaulichung dienen und demgemäß für die Erfindung nicht beschränkend sind, vollständiger zu verstehen sein.
  • Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die ein Halbleiterlaser-Bauteil zeigt, das ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert;
  • Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterlaser-Bauteils, das ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert;
  • Fig. 3 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterlaser-Bauteils, das ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert;
  • Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehungen zwischen den Wachstumsraten von Schichten aus AlGaAs, GaInP und AlGaInP auf einer (111)B-Oberfläche eines GaAs-Substrats und den Substrattemperaturen zeigt;
  • Fig. 5A, 5B, 5C, 5D und 5E sind schematische Ansichten, die für den Herstellprozess des Halbleiterlaser-Bauteils des ersten Ausführungsbeispiels erläuternd sind;
  • Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die ein Halbleiterlaser-Bauteil zeigt, das ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert;
  • Fig. 7 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterlaser-Bauteils, das ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert;
  • Fig. 8 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterlaser-Bauteils, das ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert;
  • Fig. 9 ist eine Schnittansicht eines Halbleiterlaser-Bauteils, das ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert;
  • Fig. 10A ist eine Ansicht, die eine Lichtemissionsdiode gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt zeigt;
  • Fig. 10B ist eine Ansicht, die die Lichtemissionsdiode in Draufsicht zeigt;
  • Fig. 11 ist eine Schnittansicht, die ein herkömmliches Halbleiterlaser- Bauteil vom Typ mit Führung durch den effektiven Brechungsindex zeigt; und
  • Fig. 12 ist eine Schnittansicht, die ein herkömmliches Halbleiterlaser- Bauteil vom Typ mit Führung durch den reellen Brechungsindex zeigt.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEIBEISPIELE
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass Schraffierungen für einige Teile der Einfachheit halber in den Fig. 1 - 3, 5A -5E, 6 - 9, 10A, 11 und 12 weggelassen sind.
    • (Erstes Ausführungsbeispiel)
  • Fig. 1 zeigt einen Schnitt eines Halbleiterlaser-Bauteils, das ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert. Dieses Halbleiterlaser Bauteil umfasst ein p-GaAs-Substrat 1 und, auf einer (111)B-Fläche des Substrats 1, eine n-GaAs-Stromeingrenzungsschicht (1 µm dick) 2, eine erste Mantelschicht 3 aus p-(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P (0,2 µm dick), eine undotierte, aktive Schicht 4 aus Ga0,5In0,5P (0,05 µm dick), eine zweite Mantelschicht 5 aus n-(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P (1,5 µm dick) und eine n-Ga0,5In0,5P-Kontaktschicht 6 (0,5 µm dick). Mit 4a ist ein Schwingungsbereich (durch schräge Linien gekennzeichnet) dargestellt, und durch 9 und 10 sind Elektroden dargestellt. Ein bandförmiger, durchgehender Kanal 2b, der sich rechtwinklig zum Schnitt erstreckt, ist zentral in der Stromeingrenzungsschicht 2 ausgebildet, und in diesem durchgehenden Kanal 2b ist eine dritte Mantelschicht 8 aus p-Al0,7Ga0,3As (1,3 µm dick) eingebettet. Die Oberfläche 8a der dritten Mantelschicht 8 fluchtet mit der Oberfläche 2a der Stromeingrenzungsschicht 2.
  • Bevor Herstellschritte des Bauteils erörtert werden, werden grundsätzliche Faktoren für verschiedene Effekte erläutert. Die Erfinder haben herausgefunden, dass dann, wenn eine Al0,7Ga0,3As-Schicht, eine Ga0,5In0,5P-Schicht und eine (Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P durch einen MOCVD-Prozess auf ein GaAs-Substrat (vom Leitungstyp n oder p) mit einer (111)B-Fläche als Hauptfläche aufgewachsen werden, die Beziehung zwischen der Wachstumsrate jeder -Schicht und der Substrattemperatur dergestalt ist, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Für das Schichtwachstum verwendete Materialien waren TMG (Trimethylgalhum), TMA (Trimethylaluminium), TMI (Trimethylindium), AsH&sub3; (Arsin) und PH&sub3; (Phosphin). Bei diesem Versuch wurde zum Aufwachsen von AlGaAs das Zuführverhältnis für das Element der Gruppe V und das Element der Gruppe 111 (nachfolgend als "V/111-Verhältnis" bezeichnet) auf 80 eingestellt, und die Zuführmenge für das Element der Gruppe III (Summe aus den Zuführmengen von TMG und TMA) wurde auf 1,6 x 10&supmin;&sup5; mol/Min. eingestellt. Für das Wachstum von GaInP und AlGaInP wurde das V/III-Verhältnis auf 200 eingestellt und die Zuführmenge des Elements der Gruppe III (Summe der Zuführmengen von TMG, TMA und TMI) wurde auf 2,0 x 10&supmin;&sup5; mol/Min. eingestellt. Ähnliche Versuche wurden mit den Fällen AlxGa1-xas und (AlxGa1-x)yIn1-yP ausgeführt, wobei die Al-Anteile x variiert wurden (x = 0 - 1). Wenn die zuführmenge des Elements der Gruppe III dieselbe war, wurden beinahe dieselben Ergebnisse, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, erzielt. Wie es aus Fig. 4 ersichtlich ist, existiert, wenn die Substrattemperatur unter 720 ºC liegt, kein Wachstum einer AlGaAs-Schicht auf einer (111)B-Fläche eines GaAs-Sub strats. Schichten aus GaInP und AlGaInP können innerhalb eines breiten Temperaturbereichs (650 bis 750ºC) wachsen und ihre Wachstumsraten sind beinahe konstant, hängen also nicht von der Substrattemperatur ab. Der Prozess zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Bauteils nutzt diesen Effekt.
  • Die Beziehung zwischen der Wachstumsrate auf einer (111)B-Fläche eines GaAs-Substrats und der Substrattemperatur ist hinsichtlich des GaAs-Wachstums bekannt (Journal of Crystal Growth, Vol 94 (1989), S. 203 - 207 (nachfolgned als "Literaturstelle 1" bezeichnet)). Fig. 1 der Literaturstelle 1 zeigt, dass die Wachstumsrate von GaAs, wie es für die in Fig. 4 der vorliegenden Anmeldung für AlxGa1-xAs dargestellte Wachstumsrate der Fall ist, null ist, wenn die Substrattemperatur unter 720 ºC liegt, und dass Kristallwachstum bei einer Substrattemperatur von über 720 ºC beginnt. Jedoch betrifft die in der Literaturstelle 1 angegebene Beschreibung nur die Eigenschaft des Wachstums von GaAs auf einer (111)B-Fläche eines GaAs- Substrats, und sie betrifft nicht das Wachstum von AlGaAs, GaInP und AlGaInP auf einer (111)B-Fläche eines GaAs-Substrats. Wie es nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird, kann der vorteilhafte Effekt der Erfindung nur unter Verwendung von AlGaAs und nicht von GaAs als Material für die in Fig. 1 dargestellte dritte Mantelschicht 8 erzielt werden. Anders gesagt, kann die Erfindung nicht aus der Literaturstelle 1 hergeleitet werden, und die Erfindung wurde nur aufgrund der Entdeckung der Effekttatsache betreffend das Wachstum von AlGaAs, GaInP und AlGaInP, wie in Fig. 4 dargestellt, entwickelt.
  • Zum Zweck des Herstellens des Halbleiterlaser-Bauteils wird, wie es Fig. 5A zeigt, eine n-GaAs-Stromeingrenzungsschicht 2 mit einer Dicke von 1 um auf eine (111)B-Fläche des p-GaAs-Substrats 1 unter Verwendung einer Flüssigphasen-Wachstumstechnik aufgewachsen. Dann wird, wie es Fig. 5B zeigt, ein Ätzvorgang ausgeführt, um Durchgangskanäle 2b, 2b, ... mit einer Breite von 4 µm und einer Tiefe von 1,3 µm herzustellen, die sich von der Oberfläche 2a der Stromeingrenzungsschicht 2 zum p-GaAs-Substrat erstrecken. Beim vorliegenden Beispiel war die Ausrichtung jeder der Durchgangskanäle 2b die [ 00]-Richtung. Dann wurde, wie es die Fig. SC und 5D zeigen, eine Mantelschicht 8 aus p-Al0.7Ga0,3As durch einen MOCVD-Prozess auf das Substrat 1 aufgewachsen. Die Aufwachsbedingungen waren die folgenden: Substrattemperatur 700 ºC und V/III-Verhältnis 80. Wie es bereits unter Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert wurde, ist bei diesen Wachstumsbedingungen die Wachstumsrate auf einer (111)B-Fläche des GaAs-Substrats 1 beinahe null. Daher wächst die AlGaAs-Schicht nicht am Boden des durchgehenden Kanals 2b, und sie wächst auch nicht an der Oberfläche der n-GaAs-Stromeingrenzungsschicht 2. Statt dessen wachsen, wie es Fig. 5C zeigt, die AlGaAs-Schichten 8 von den Seitenwänden des Durchgangskanals 2b nach innen, und der durchgehende Kanal ist, wie es Fig. 2d zeigt, ganz aufgefüllt, wenn die Vorderflächen der AlGaAs-Schichten, die von den Oberkanten der Seitenwand auswachsen, aufeinandertreffen. Im Ergebnis fluchtet die Oberfläche 8a jeder Mantelschicht 8 mit der Oberfläche 2a der Stromeingrenzungsschicht 2, so dass die Oberfläche des Substrats 1 eben wird. Anschließend wurden, wie es Fig. 5E zeigt, eine p-AlGaInP-Mantelschicht 3, eine undotierte, aktive Schicht 4 aus GaInP, eine n-AlGaInP-Mantelschicht 5 und ein n-GaInP-Kontaktschicht 6 durch einen MOCVD-Prozess auf die Oberfläche des Substrats aufgewachsen. Die Wachstumsbedingungen waren die folgenden: Substrattemperatur 700 ºC und V/III-Verhältnis 200. In diesem Fall zeigen die AlGaInP-Schichten 3, 5 und die GaInP-Schichten 4, 6 ein Wachstumsmuster, das sich von dem unterscheidet, das sich bei einer AlGaAs-Schicht zeigt, d.h., dass Wachstum auch auf der (111)B-Fläche auftritt (die Wachstumsrate beträgt 1,7 µm/Std. bei den oben genannten Wachstumsbedingungen). Dann wurden an der Unterseite des Substrats 1 und der Oberfläche der Kontaktschicht 6 Elektroden 9 bzw. 10 hergestellt. Abschließend wurde das Erzeugnis entlang jeder gestrichelten Linie in Fig. 5E in Chips zerteilt, was dasselbe Halbleiterlaser-Bauteil ergab, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren wird die p-AlGaInP-Mantelschicht 4 auf gut kontrollierte Weise durch den MOCVD-Prozess aufgewachsen und sie unterliegt keinem Ätzvorgang. Daher tritt hinsichtlich der Dicke d der Mantelschicht 3 nur wenig oder keine Schwankung auf. Dies führt zu guter Stabilität in der Grundmode. Die Tatsache, dass kein Ätzschritt vorliegt, beseitigt die Möglichkeit einer Oxidation an irgendeiner Wachstumsfläche. Stromlecks sind verringert und die Schwingungsschwelle ist abgesenkt. Die Manteischicht 3 auf der Stromeingrenzungsschicht 2 ist so dünn, dass Verluste für Moden höherer Ordnung mäßig aufrechterhalten werden können. Dies führt zu guter Verbesserung des Knickpegels. So hergestellte Halbleiterlaser-Bauteile mit einer unbeschichteten Endfläche und mit einer Resonatorlänge von 400 µm hatten eine Schwingungsschwelle von 40 mA, und sie zeigten Schwingung ohne Abknicken bis zu 50 mW. Die Schwingungswellenlänge betrug 679 nm bei einer Ausgangsleistung von 50 mW. Im Vergleich mit dem in Fig. 11 dargestellten bekannten Halbleiterlaser-Bauteil, das im Zustand ohne Beschichtung und mit einer Resonatorlänge von 400 µm eine Schwingungsschwelle von 45 mA und einen Knickpegel von 25 mW hatte, ist dies eine deutliche Verbesserung, oder eine doppelte Verbesserung hinsichtlich des Knickpegels.
  • Zu Vergleichszwecken wurde ein Bauteil mit einem Schnittaufbau identisch zu dem des in Fig. 1 dargestellten Bauteils unter Verwendung von GaAs als Material für eine dritte Mantelschicht hergestellt, wobei der in Fig. 1 der Literaturstelle 1 dargestellte Effekt genutzt wurde. Jedoch wurde mit diesem Vergleichsbauteil keine Laserschwingung erzielt. Der Grund besteht darin, dass es nicht möglich war, da die dritte Mantelschicht aus GaAs bestand, die Verstärkung zu erhalten, wie sie für Laserschwingung erforderlich ist. Dies zeigt, dass das Material für die dritte Mantelschicht 8 AlGaAs sein muss, wie oben erläutert.
    • (Zweites Ausführungsbeispiel)
  • Fig. 2 zeigt einen Schnitt eines Halbleiterlaser-Bauteils, das ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert. Dieses Halbleiterlaser- Bauteil enthält ein p-GaAs-Substrat 11 und, auf einer (111)B-Fläche des Substrats, die um 2º gegen die [ 00]-Richtung versetzt ist, eine n-GaAs- Stromeingrenzungsschicht 12 (1 µm dick), eine erste Mantelschicht 13 aus p- (Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P (0,2 µm dick) 133, eine undotierte, aktive Schicht 14 aus (Al0,1Ga0,9)0,5In0,5P (0,05 µm dick), eine zweite Mantelschicht 15 aus n-(Al0,7Ga0,3)0,5in0,5P (1,5 µm dick), eine n-Ga0,5In0,5P-Kontaktschicht 16 (0,5 um dick) und eine n-GaAs-Kontaktschicht 17 (0,1 µm dick). Mit 14a ist ein Schwingungsbereich dargestellt, und mit 19 und 20 sind Elektroden dargestellt. Ein bandförmiger, durchgehender Kanal 12b, der sich rechtwinklig zum Schnitt erstreckt, ist zentral in der Stromeingrenzungsschicht 12 ausgebildet, und in den durchgehenden Kanal 12b ist eine dritte Mantelschicht 18 aus p-Al0,7Ga0,3As (1,3 µm) eingebettet. Die Oberfläche 18a der Mantelschicht 18 fluchtet mit der Oberfläche 12a der Stromeingrenzungsschicht 12.
  • Dieses Halbleiterlaser-Bauteil unterscheidet sich von dem des ersten Ausführungsbeispiels dahingehend, dass die Schichten 12, 13, ... auf einer (111)B-Fläche ausgebildet sind, die um 20 zur [100]-Richtung geneigt ist und dass die n-GaAs-Kontaktschicht 17 auf der n-GaInP-Kontaktschicht 16 vorhanden ist. Das Anbringen der n-GaAs-Kontaktschicht 17 erleichtert den ohmschen Kontakt mit der Elektrode 20, wodurch der Widerstand des Bauteils verringert werden kann. Ferner besteht die Doppelheterostruktur aus der p- (Al0,7GA0,3)0,5In0,5P-Mantelschicht 13, der undotierten, aktiven Schicht 14 aus (Al0,1Ga0,9)0,5In0,5P und der n-(Al0,5Ga0,3)0,5In0,5P-Mantelschicht 15. Diese Anordnung sorgt für eine Schwingungswellenlänge von 650 n.
  • Beim Herstellen des Bauteils wurde, wie im Fall des ersten Ausführungsbeispiels, die Substrattemperatur auf 700 ºC eingestellt, bei welcher Temperatur die Schichten von der Mantelschicht 18 bis zur Kontaktschicht 17 hergestellt wurden. Trotz der Tatsache, dass die Schichten mit einer Ausrichtung hergestellt wurden, die um 20 gegen die (111)B-Fläche des p-GaAs-Substrats 11 versetzt war, konnte die Oberfläche 18a der Mantelschicht 18 mit der Oberfläche 12a der Stromeingrenzungsschicht 12 fluchtend gemacht werden. Die Kontaktschicht 17 wurde in einem solchen Zustand auf die Oberfläche der Kontaktschicht 16 ((111)B-Fläche von GaAs) aufgewachsen, dass die Substrattemperatur auf 740 ºC erhöht wurde, um es zu ermöglichen, dass GaAs auch auf die (111)B-Fläche aufwuchs.
  • Dieses Halbleiterlaser-Bauteil zeigte, wie das Bauteil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, gute Stabilität für die Grundmode. Stromlecks waren verringert, die Schwingungsschwelle war abgesenkt und der Knickpegel war verbessert. Auf jede Endfläche eines Chips mit einer Resonatorlänge von 500 µm wurde eine Beschichtung von Al&sub2;O&sub3; mit einer Dicke von λ/2 (λ repräsentiert die Schwingungswellenlänge) aufgetragen. In diesem Zustand zeigte das Bauteil zufriedenstellende Eigenschaften: Schwingungsschwelle 50 mA und Knickpegel 45 mW.
    • (Drittes Ausführungsbeispiel)
  • Fig. 3 zeigt einen Schnitt eines Halbleiterlaser-Bauteils, das ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert. Das Halbleiterlaser-Bauteil umfasst ein p-GaAs-Substrat 31 und, auf einer (111)B-Fläche des p-GaAs Substrats 31, eine n-GaAs-Stromeingrenzungsschicht 32 (1 µm dick), eine dritte Mantelschicht 38 aus p-(Al0,7Ga0,3As (0,02 µm dick), eine erste Mantelschicht 33 aus p-(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P (0,2 µm dick), eine undotierte, aktive Schicht 34 aus Ga0,38In0,5P (0,02 µm dick), eine zweite Mantelschicht 15 aus n-(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P (1,5 µm dick) und eine n Ga0,6In0,5P-Kontaktschicht 36 (0,5 µm dick). Mit 34a ist ein Schwingungsbereich dargestellt, und mit 39 und 40 sind Elektroden dargestellt. Ein bandförmiger, durchgehender Kanal 32b, der sich rechtwinklig zum Schnitt erstreckt, ist zentral in der Stromeingrenzungsschicht 32 ausgebildet, und in diesem durchgehenden Kanal 32b ist eine dritte Mantelschicht 38 aus Al0,7Ga0,3As (1,3 µm dick) eingebettet. Die Mantelschicht 38' ist ein verlängerter Abschnitt, der einstückig mit der Mantelschicht 38 verbunden ist und die Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht 32 bedeckt. Die Oberfläche 38a der Mantelschicht 38 fluchtet mit der Oberfläche 32a der Stromeingrenzungsschicht 32.
  • Dieses Halbleiterlaser-Bauteil unterscheidet sich vom Bauteil des ersten Ausführungsbeispiels dahingehend, dass das Material der aktiven Schicht 34 undotiertes Ga0,38In0,62P ist, was zu einem bestimmten Verzerrungseffekt führt, und dass die Substrattemperatur während des Aufwachsens der Mantelschicht 38 auf 730 ºC eingestellt war, um dadurch geringes Wachstum der AlGaAs-Schicht 38' auf der Oberfläche ((111)B-Fläche von GaAs) 32a der Stromeingrenzungsschicht 32 zu beiden Seiten des durchgehenden Kanals 32b zu ermöglichen. Infolgedessen ist die aktive Schicht 34 leicht über die Kanten des durchgehenden Kanals 32b gebogen, wie dargestellt. 50 verfügt das Bauteil über eine Wellenleiterstruktur mit der Eigenschaft einer Führung durch den effektiven Brechungsindex unter Verwendung der Lichtabsorption des Substrats (Stromeingrenzungsschicht) sowie über die Eigenschaft einer Struktur mit Führung durch den reellen Brechungsindex unter Ausnutzung der Biegung der aktiven Schicht, d.h. es liegen die Vorteile beider bekannter Anordnungen vor, wie sie in den Fig. 11 und 12 dargestellt sind. Anders gesagt, kann das Halbleiterlaser-Bauteil Modusverluste hinsichtlich der Grundmode verringern und Modusverluste hinsichtlich Moden höherer Ordnung erhöhen, wodurch die Grundmode weiter stabilisiert wird. Ferner sorgt dieses Bauteil, wie das Bauteil des ersten Ausführungsbeispiels, für eine Verringerung von Stromlecks, für eine Abnahme der Schwingungsschwelle und für eine Verbesserung des Knickpegels.
  • Unter den Bedingungen einer Resonatorlänge von 600 um und Reflexionsfaktoren von 8 % an der Vorderseite und 70 % an der Rückseite zeigte das Bauteil eine Schwingungsschwelle von 55 mA und einen Knickpegel von 220 mW (Schwingungswellenlänge 690 nm). Dies zeigt eine in etwa doppelte Verbesserung im Vergleich mit dem Knickpegel (ungefähr 120 mW) beim in Fig. 11 dargestellten bekannten Bauteil, bei dem dieselbe Doppelheterostruktur wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verwendet ist.
  • Um das Bauteil herzustellen, wird ein durchgehender Kanal 32b auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel in der Stromeingrenzungsschicht 32 hergestellt, und dann wird die Substrattemperatur auf 730 ºC eingestellt, bei der die Schichten einschließlich der Mantelschicht 38 bis zur Kontaktschicht 36 hergestellt werden. Wenn die Substrattemperatur so auf 730 ºC eingestellt war, wurde die Mantelschicht 38 auf solche Weise inner halb des durchgehenden Kanals 32b aufgewachsen, dass ihre Oberfläche mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht 32 fluchtete, um den durchgehenden Graben 32b aufzufüllen. Auch wurde auf die Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht 32 eine Verlängerung 38' der Mantelschicht 38 aufgewachsen, die dünner als derjenige Abschnitt der Mantelschicht 38 war, der den durchgehenden Kanal 32b auffüllt. Ferner wurden Schichten 33, 34, 35, mit mäßiger Wachstumsgeschwindigkeit auf die Mantelschicht 38 einschließlich der Verlängerung 38' aufgewachsen. So wurde die oben genannte Wellenleiterstruktur hergestellt. In diesem Fall ist für die Substrattemperatur ein Temperaturbereich von 720 bis 740 ºC geeignet. Wenn die Temperatur unter 720 ºC beträgt, ist es nicht möglich, die Verlängerung 38' aufzuwachsen. Wenn die Temperatur über 740 ºC beträgt, wächst die Verlängerung 38' übermäßig dick.
    • (Viertes Ausführungsbeispiel)
  • Fig. 6 zeigt einen Schnitt eines Halbleiterlaser-Bauteils, das ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert. Dieses Halbleiterlaser Bauteil enthält ein p-GaAs-Substrat 41 und, auf einer (111)B-Fläche des p- GaAs-Substrats 41, eine Stromeingrenzungsschicht 42 (1 µm dick) aus zwei Schichten 42', 42", eine erste Mantelschicht 43 aus p-(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P (0,2 µm dick), eine undotierte, aktive Schicht 44 aus Ga0,5In0,5P (0,05 µm dick), eine zweite Mantelschicht 45 aus n-(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5p (1,5 µm dick) und eine n-Ga0,5In0,5P-Kontaktschicht (0,5 µm dick). Mit 44a ist ein Schwingungsbereich dargestellt, und mit 49, 50 sind Elektroden dargestellt. Ein durchgehender Kanal 42b, der sich rechtwinklig zum Schnitt erstreckt, ist zentral in der Stromeingrenzungsschicht 42 ausgebildet, und in diesen durchgehenden Kanal 42b ist eine dritte Mantelschicht aus p-Al0,7Ga0,3As (1,3 µm dick) eingefüllt. Die Oberfläche 48a der Mantelschicht 48 fluchtet mit der Oberfläche 42a der Stromeingrenzungsschicht 42.
  • Dieses Halbleiterlaser-Bauteil unterscheidet sich vom Bauteil des ersten Ausführungsbeispiels dahingehend, dass die Stromeingrenzungsschicht 42 von Zweischichtkonstruktion ist, wobei sie aus n-Al0,1Ga0,9As (0,9 um dick) 42' und n-GaAs (0,1 µm dick) 42" besteht. Um dieses Halbleiterlaser-Bauteil herzustellen, wird, nachdem n-Al0,1Ga0,9As (0,9 um dick) 42' und n-GaAs (0,1 µm dick) 42" hergestellt wurden, ein durchgehender Kanal 42b zentral in der Stromeingrenzungsschicht 42 ausgebildet, der sich von der Oberfläche der Schicht 42" zum Substrat 41 erstreckt. Dann wird durch einen MOCVD- Prozess die AlGaAs-Schicht 48 auf das Substrat 41 aufgewachsen. Auf diesel be Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel trat selektives Wachstum bei einer Substrattemperatur unter 720 ºC auf, so dass nur das Innere des durchgehenden Kanals 42b aufgefüllt wurde, und zwar selbst dann, wenn die n-Al0,1Ga0,9As-Schicht 42' an der Seitenfläche des durchgehenden Kanals 42b in der Stromeingrenzungsschicht 42 frei lag. Derartiges selektives Wachstum dauerte an, bis der Al-Anteil der AlGaAs-Stromeingrenzungsschicht 42 null oder mindestens 0,3 erreichte. Anschließend wurden die Schichten 43, 44, 45, ... durch den MOCVD-Prozess aufgewachsen. Auf diese Weise ist es möglich, eine Struktur mit Führung durch den effektiven Brechungsindex unter Verwendung von Lichtabsorption der Stromeingrenzungsschicht 42 und des Substrats 41 auf gut kontrollierte Weise herzustellen.
  • Genau wie die Bauteile des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels war dieses Halbleiterlaser-Bauteil hinsichtlich der Grundmodenstabilisierung, einer Verringerung von Stromlecks, einer Abnahme der Schwingungsschwelle und einer Verbesserung des Knickpegels wirkungsvoll.
    • (Fünftes Ausführungsbeispiel)
  • Fig. 7 zeigt einen Schnitt eines Halbleiterlaser-Bauteils, das ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert. Dieses Halbleiterlaser- Bauteil enthält ein p-GaAs-Substrat 51 und, auf einer (111)B-Fläche des p- GaAs-Substrats 51, n-GaAs-Stromeingrenzungschichten 52, 52' (1 µm dick), eine erste Mantelschicht 53 aus p-(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P (0,2 µm dick), eine undotierte, aktive Schicht 54 aus Ga0,5In0,5P (0,05 µm dick), eine zweite Mantelschicht 55 aus n-(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P (1,5 µm dick) und eine n- Ga0,5In0,5P-Kontaktschicht 56 (0,5 µm dick). Mit 54a ist ein Schwingungsbereich dargestellt und mit 59, 60 sind Elektroden dargestellt. In der Stromeingrenzungsschicht 52 ist ein bandförmiger, durchgehender Kanal 52b ausgebildet, der sich rechtwinklig zum Schnitt erstreckt. In den Innenrandabschnitt des durchgehenden Kanals 52b ist eine n-GaAs-Verlängerung 52' der Stromeingrenzungsschicht eingebettet, und innen in die Stromeingrenzungsschicht 52' ist eine dritte Mantelschicht aus p-Al0,7Ga0,3As (1,3 µm dick) eingebettet. Die Oberfläche 58a der Mantelschicht 58 fluchtet mit den Oberflächen 52a, 52a' der Stromeingrenzungsschichten 52, 52'.
  • Beim Herstellen dieses Halbleiterlaser-Bauteils wird, nachdem ein durchgehender Kanal 52b (4 um breit) hergestellt wurde, eine Verlängerung 52' der n-GaAs-Stromeingrenzungsschicht in Querrichtung aufgewachsen, bis die Restbreite des durchgehenden Kanals 52b 2,5 µm beträgt, und dann wird eine AlGaAs-Füllschicht 58 aufgewachsen. Anschließend werden auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel die Schichten 53, 54, 55, ... aufgewachsen.
  • Dieses Halbleiterlaser-Bauteil verfügt, ebenso wie das Bauteil des ersten Ausführungsbeispiels, auf gut kontrollierte Weise über eine Struktur mit Führung durch den effektiven Brechungsindex, und es sorgt für gute Grundmodenstabilität, Verringerung von Stromlecks, eine Abnahme der Schwingungsschwelle und eine Verbesserung des Knickpegels. Ferner führt das Anbringen der im durchgehenden Kanal 52b' ausgebildeten Verlängerung 52' der Stromeingrenzungsschicht, um die Breite des Strominjektionspfads zu verringern, zu größerer Verringerung der Schwingungsschwelle als dies beim Bauteil des ersten Ausführungsbeispiels der Fall ist, und ferner zu verringertem Astigmatismus. Während das Bauteil des ersten Ausführungsbeispiels ohne Beschichtung und bei einer Resonatorlänge von 400 µm eine Schwingungsschwelle von 40 mA und einen Astigmatismus von 5 µm (3 mWh) zeigte, zeigte das Halbleiterlaser-Bauteil des vorliegenden Ausführungsbeispiels bei denselben Bedingungen eine Schwingungsschwelle von 30 HA und einen Astigmatismuswert von 0 µm (3 mWh).
    • (Sechstes Ausführungsbeispiel)
  • Fig. 8 zeigt einen Schnitt eines sechsten Ausführungsbeispiels der- Erfindung. Dieses Halbleiterbauteil umfasst ein p-GaAs-Substrat 61 und, auf einer (111)B-Fläche dieses p-GaAs-Substrats 61, eine n-GaAs-Stromeingrenzungsschicht 62 (1 um dick), eine erste Mantelschicht 63 aus (Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P (0,2 µm dick), eine undotierte, aktive Schicht 64 aus Ga0,5In0,5P (0,05 µm dick), eine zweite Mantelschicht 65 aus n(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P (1,5 µm dick) und eine n-Ga0,5In0,5P-Kontaktschicht 66 (0,5 µm dick). Mit 64a ist ein Schwingungsbereich dargestellt, und mit 69, 70 sind Elektroden dargestellt. Drei bandförmige, durchgehende Kanäle 62b, 62b, 62b (jeweils 3,5 µm breit mit einer Schrittweite von 5,5 µm angeordnet), die sich rechtwinklig zum Schnitt erstrecken, sind zentral bzw. zu beiden Seiten der Stromeingrenzungsschicht 62 ausgebildet. In jeden der durchgehenden Kanäle 62b ist eine dritte Mantelschicht 68 aus p- Al0,7Ga0,3As (1,3 µm dick) eingefüllt. Die Oberfläche 68a der Mantelschicht 68 fluchtet mit der Oberfläche 62a der Stromeingrenzungsschicht 62.
  • Dieses Halbleiterlaser-Bauteil ist mit dem Bauteil des ersten Ausführungs beispiels insoweit identisch, was es die Schichtanordnung betrifft, jedoch unterscheidet es sich vom letzteren dadurch, dass es mehrere durchgehende Kanäle 62b enthält, die in der Stromeingrenzungsschicht 62 ausgebildet sind, die als Strompfad dient, und demgemäß ist ein Halbleiterlaserarray mit mehreren Schwingungsbereichen 64a gebildet. Bei diesem Halbleiterlaer- Bauteil wurde Schwingung in einem 180º-Phasenmodus bis zur hohen Ausgangsleistungen von 350 mW beobachtet.
  • Um dieses Halbleiterbauteil herzustellen, werden, nachdem die Stromeingrenzungsschicht 62 auf dem Substrat 61 hergestellt wurde, mehrere durchgehenden Kanäle 62b, 62b, 62b gleichzeitig in der Stromeingrenzungsschicht 62 hergestellt. Danach werden, auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel, dritte Mantelschichten 68 in die jeweiligen durchgehenden Kanäle 62b eingefüllt. Dann werden Schichten 63, 64, 65, ... aufgewachsen, die eine Doppelheterostruktur bilden.
    • (Siebtes Ausführungsbeispiel)
  • Fig. 9 zeigt einen Schnitt eines Halbleiterlaser-Bauteils, das ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert. Dieses Halbleiterlaser- Bauteil umfasst ein p-GaAs-Substrat 71 und, auf einer (111)B-Fläche des p- GaAs-Substrats 71, eine n-GaAs-Stromeingrenzungsschicht 72 (1 µm dick), eine erste Mantelschicht 73 aus p-(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P (0,2 µm dick), eine undotierte, aktive Schicht 74 aus Ga0,5In0,5P (0,05 µm dick), eine zweite Mantelschicht 75 aus n-(Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P (1,5 µm dick) und eine n- Ga0,5In0,5P-Kontaktschicht 76 (0,5 µm dick). Mit 74a ist ein Schwingungsbereich dargestellt, und mit 79 und 80 sind Elektroden dargestellt. Ein bandförmiger, durchgehender Kanal 72b, der sich rechtwinklig zum Schnitt erstreckt, ist zentral in der Stromeingrenzungsschicht 72 ausgebildet, und in diesen durchgehenden Kanal 72b, der als Strompfad dient, ist eine dritte Mantelschicht 78 aus p-Al0,7Ga0,3As (1,3 µm) eingefüllt. Mehrere bandförmige, nicht durchgehende Kanäle 72b sind mit vorbestimmter Schrittweite an den beiden Seiten der Stromeingrenzungsschicht 72 ausgebildet. In die jeweiligen nicht durchgehenden Kanäle 72b sind vierte Manteischichten aus Al0,7Ga0,3As eingefüllt. Die Oberfläche jeder Mantelschicht 78, 78' fluchtet mit der Oberfläche 72a der Stromeingrenzungsschicht 72.
  • Um dieses Halbleiterlaser-Bauteil herzustellen, wird zunächst die Stromeingrenzungsschicht 72 auf dem Substrat 71 hergestellt, und dann werden nicht durchgehende Kanäle 72b', ..., die innerhalb der Stromeingrenzungsschicht 72 zu halten sind, in dieser ausgebildet. Dann wird ein durchgehender Kanal 72b, der sich von der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht 72 bis zum Substrat 71 erstreckt, in der Stromeingrenzungsschicht 72 ausgebildet. Anschließend wird, auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel, das Substrat 1 auf einer Temperatur von 700 ºC gehalten. In diesem Zustand werden Mantelschichten 78, 78', ... gleichzeitig innerhalb des durchgehenden Kanals 72b und der nicht durchgehenden Kanäle 72b auf solche Weise aufgewachsen, dass ihre jeweiligen Oberflächen mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht 72 fluchten, um dadurch den durchgehenden Kanal 72b und die nicht durchgehenden Kanäle 72b aufzufüllen. Danach werden, auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel, die Mantelschicht 73, die aktive Schicht 74 und die Mantelschicht 75 über die gesamte Fläche aufgewachsen.
  • Dieses Halbleiterlaser-Bauteil ist hinsichtlich der Schichtkonstruktion mit dem Bauteil des ersten Ausführungsbeispiels identisch, mit der Ausnahme, dass der durchgehende Kanal 72b und mehrere nicht durchgehende Kanäle 72b', ... in der Stromeingrenzungsschicht 72 ausgebildet sind. Der zentral liegende, durchgehende Kanal 72b erstreckt sich von der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht 72 zum Substrat 71, während die nicht durchgehenden Kanäle 72b' innerhalb der Stromeingrenzungsschicht 72 verbleiben. Der durchgehende Kanal 72b ist der einzige durchgehende Kanal zum Bilden eines Schwingungsbereichs, während die anderen Kanäle, d.h. die nicht durchgehenden Kanäle 72b', ... dazu vorgesehen sind, mögliche Verzerrungen zu beseitigen, wie sie von der Schichtstruktur herrühren. Beim Halbleiterlaser- Bauteil des ersten Ausführungsbeispiels, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, wirken alle Spannungen auf denjenigen Abschnitt der aktiven Schicht 74, der über den Kanten des durchgehenden Kanals 72b liegt (Grenze des Schwingungsbereichs 4a). Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sorgt das Vorhandensein der nicht durchgehenden Kanäle 72b' (und der in diese Kanäle eingefüllten AlGaAs-Schichten), zusätzlich zum durchgehenden Kanal 72b, für eine Verteilung der auf die aktive Schicht 74 wirkenden Spannungen in die nicht durchgehenden Kanäle 72b hinein, wodurch die Spannungen im Schwingungsbereich 74a gelindert werden, welche Tatsache gute Langzeit-Zuverlässigkeit des Bauteils gewährleistet.
    • (Achtes Ausführungsbeispiel)
  • Die Fig. 10A und 10B zeigen eine Lichtemissionsdiode vom Typ mit Oberflächenemission, die das achte Ausführungsbeispiel der Erfindung repräsentiert, wobei Fig. 10A eine Schnittansicht ist und Fig. 108 eine Draufsicht hinsichtlich des Schnitts von Fig. 10A ist. Diese Lichtemissionsdiode umfasst ein p-GaAs-Substrat 81 und, auf einer (111)B-Fläche dieses p-GaAs- Substrats 81, eine n-GaAs-Stromeingrenzungsschicht 82, eine erste Mantelschicht 83 aus p-(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P, eine undotierte, aktive Schicht 84 aus (Al0,45Ga0,5&sub5;)0,5In0,5P, eine zweite Mantelschicht 85 aus n(Al0,7Ga0,3)0,5In0,5P und eine n-Ga&sub0;,sino,&sub5;P-Kontaktschicht 86. Mit 89, 90 sind Elektroden dargestellt. Ein durchgehender Kanal 82b mit kreisförmigem Muster ist zentral in der Stromeingrenzungsschicht 82 ausgebildet, und in diesen durchgehenden Kanal 82b ist eine dritte Mantelschicht 88 aus p- Al0,7Ga0,3As eingefüllt. Die Oberfläche 88a der Mantelschicht 88 fluchtet mit der Oberfläche 82a der Stromeingrenzungsschicht 82. Ein zentraler Abschnitt der Mantelschicht 85 ist durch eine Ionenfrästechnik so bearbeitet, dass er ein kegelstumpfförmiges Muster aufweist.
  • Die Stromeingrenzungsschicht 82, der durchgehende Kanal 82b und die Mantelschicht 88 werden im Wesentlichen auf dieselbe Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel hergestellt. Daher werden die Mantelschicht 83, die aktive Schicht 84 und die Mantelschicht 85, die eine Doppelheterostruktur bilden, auf gut kontrollierte Weise ausgebildet, und dies sorgt für gute Stabilität der Lichtemissionsintensität-Zuführstrom-Charakteristik. Nach dem Herstellen der Mantelschicht 88 liegt kein Ätzschritt vor, und daher ist es unwahrscheinlich, dass irgendeine Wachstumsgrenzfläche oxidiert wird. Demgemäß sind mögliche Stromlecks verringert und die Lichtemissionsintensität ist erhöht. Auf diese Weise kann eine Verbesserung hinsichtlich der Eigenschaften der Lichtemissionsdiode erzielt werden. Eine Kontaktschicht 86 und eine obere Elektrode 90 sind durch ein kleines Kreismuster festgelegt, das auf dem kegelstumpfförmigen Abschnitt der Mantelschicht 85 liegt. Dies sorgt für erhöhten Wirkungsgrad betreffend das Herausziehen von Licht aus der Bauteiloberfläche.
  • Ein vergossener Baustein mit einem Durchmesser von 5 mm, der die Lichtemissionsdiode enthielt, zeigte, bei einer Energieversorgung von 20 mA, eine Leuchtintensität von 4 Candela (herkömmlich in der Größenordnung von 0,3 Candela) bei einer Wellenlänge von 555 nm.
  • Bei den vorigen Ausführungsbeispielen ist das GaAs-Substrat vom p-Typ, jedoch ist das Substrat selbstverständlich nicht hierauf beschränkt. Das GaAs-Substrat kann von einem der Leitungstypen p oder n sein, und der Leitungstyp einer jeweils aufgewachsenen Schicht kann abhängig vom Leitungstyp des GaAs-Substrats bestimmt werden. Das Wellenlängenband der Laserschwin gung kann aus dem Wellenlängen-Bandbereich von rot bis orange dadurch ausgewählt werden, dass die Zusammensetzung der aktiven Schicht aus AlGaInP geeignet ausgewählt wird. Die aktive Schicht muss nicht notwendigerweise undotiert sein, sondern sie kann vom p- oder vom n-Typ sein. Für die Doppelhetero-Schichtstruktur kann, wenn dies erforderlich ist, eine SCH-Struktur (separate confinement heterostructure = Heterostruktur mit gesonderter Eingrenzung) mit einer Führungsschicht nach Bedarf, oder eine Mehrfach- Quantentrogstruktur oder eine Mehrfach-Barrierestruktur verwendet werden. Es kann eine Kontaktschicht aus GaInP oder GaAs nach Bedarf vorhanden sein. Das GaAs-Substrat muss nicht notwendigerweise in einer genauen Richtung ausgerichtet sein, insoweit es eine (111)B-Fläche als Hauptfläche aufweist, sondern es kann um einige Grad zu den Richtungen [ 00] oder [0 ] ausgerichtet sein. Für das Schichtwachstum, nachdem die AlGaAs-Schicht in die Stromeingrenzungsschicht gefüllt ist, wird vorzugsweise ein MOCVD-Prozess verwendet, jedoch können stattdessen andere Wachstumsverfahren aus der Dampfphase verwendet werden, wozu Molekularstrahlepitaxie, Atomschichtepitaxie und chemische Strahlepitaxieverfahren gehören.
  • Wie es aus der vorstehenden Beschreibung deutlich ist, umfasst ein erfindungsgemäßes lichtemittierendes Halbleiterbauteil ein Substrat von einem der Leitungstypen p und n, eine auf der Oberfläche des Substrats ausgebildete Stromeingrenzungschicht mit dem anderen der Leitungstypen p und n, die einen durchgehenden Kanal aufweist, der sich zur Oberfläche des Substrats in einer Richtung rechtwinklig zu dieser Oberfläche des Substrats erstreckt, um einen Strompfad zu bilden, der sich rechtwinklig zur Oberfläche des Substrats erstreckt, wobei eine Doppelheterostruktur mit einer ersten Mantelschicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Mantelschicht auf der Stromeingrenzungsschicht ausgebildet ist, wobei der durchgehende Kanal bandförmiges Muster hat und sich rechtwinklig zur Oberfläche des Substrats erstreckt. Daher ist es gemäß dieser Anordnung möglich, ein Halbleiterlaser-Bauteil vom Typ mit Brechungsindexführung zu schaffen. Das Halbleiterlaser-Bauteil verfügt über eine dritte Mantelschicht vom einen Leitungstyp, die in den durchgehenden Kanal der Stromeingrenzungsschicht eingefüllt ist, wobei die Oberfläche der dritten Mantelschicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet. Die erste Manteischicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht, die die Doppelheterostruktur bilden, werden durch ein bekanntes Wachstumsverfahren, z.B. einen MOCVD-Prozess, eben auf die Stromeingrenzungsschicht und die dritte Mantelschicht auf gut gesteuerte Weise aufgewachsen, ohne dass irgendein Ätzprozess vorliegt.
  • Daher zeigen die erste Mantelschicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht beinahe keine Dickenschwankung. Dies gewährleistet bessere Stabilität in der Grundmode der Laserschwingung im Vergleich mit jedem herkömmlichen Halbleiterlaser-Bauteil. Die Tatsache, dass nach der Herstellung der dritten Mantelschicht kein Ätzprozess vorliegt, beseitigt die Möglichkeit, dass irgendeine Wachstumsgrenzfläche oxidiert wird. Dies führt zu verringerten Stromlecks und zu abgesenkter Schwingungsschwelle. Die erste Mantelschicht ist im Allgemeinen so konzipiert, dass sie relativ dünn ist, und dies führt in keinem Fall zu verringerten Verlusten in Moden höherer Ordnung. Daher wird hinsichtlich des Knickpegels eine gute Verbesserung erzielt. Auf diese Weise kann ein Halbleiterlaser-Bauteil mit verbesserten Funktionseigenschaften erzielt werden.
  • Wenn die dritte Mantelschicht über einen verlängerten Abschnitt verfügt, der die Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht bedeckt, ist die Dicke des verlängerten Abschnitts dünner als die des Abschnitts im durchgehenden Kanal eingestellt und die aktive Schicht ist so ausgebildet, dass sie angrenzend an die Kante des durchgehenden Kanals leicht gebogen ist, wenn die Doppelheterostruktur z.B. durch einen MOCVD-Prozess hergestellt wird. Im Ergebnis wird eine Wellenleiteranordnung erhalten, die sowohl über die Eigenschaft einer Struktur mit Führung durch den effektiven Brechungsindex unter Verwendung der Lichtabsorption des Substrats (Stromeingrenzungsschicht) als auch die Eigenschaft einer Struktur mit Führung durch den reellen Brechungsindex unter Verwendung der Biegung der aktiven Schicht verfügt. Dies sorgt für eine Verringerung der Modusverluste hinsichtlich der Grundmode und für eine Verstärkung der Modusverluste hinsichtlich der Moden höherer Ordnung, mit dem Ergebnis, dass die Grundmode weiter stabilisiert ist.
  • Wenn eine Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht vom anderen Leitungstyp in einen Randabschnitt des durchgehenden Kanals eingefüllt wird, wobei die Oberfläche der Verlängerung mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, und wenn die dritte Mantelschicht innerhalb der Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht innerhalb des durchgehenden Kanals eingefüllt wird, kann, während des Betriebs des Bauteils, die Breite der Strominjektion proportional durch die Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht verringert werden. Daher wird die Schwingungsschwelle weiter verringert und zusätzlich wird eine gewisse Astigmatismusverringerung erzielt.
  • Wenn mehrere Durchgangskanäle in der Stromeingrenzungsschicht hergestellt werden, wobei die dritten Mantelschichten in die jeweiligen durchgehenden Kanäle eingebettet sind, entstehen, während des Betriebs des Bauteils mehrere Schwingungsbereiche entsprechend der Anzahl der durch die durchgehenden Kanäle gebildeten Strompfade. Dies schafft ein Halbleiterlaserarray.
  • Wenn mindestens ein nicht durchgehender Kanal parallel zum durchgehenden Kanal in der Stromeingrenzungsschicht mit einer Tiefe ausgebildet ist, die nicht größer als die Tiefe der Stromeingrenzungsschicht ist, und wenn eine vierte Mantelschicht vom einen Leitungstyp in den nicht durchgehenden Kanal eingefüllt ist, wobei die Oberfläche der vierten Mantelschicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, können alle Spannungen, wie sie auf die aktive Schicht wirken, da Schichten auf das Substrat aufgeschichtet sind, über den nicht durchgehenden Kanal verteilt werden. So können die Spannungen gelindert werden, wie sie auf den Schwingungsbereich über dem durchgehenden Kanal wirken, so dass hinsichtlich der Langzeit- Zuverlässigkeit des Bauteils eine gute Verbesserung erzielt wird.
  • Das lichtemittierende Halbleiterbauteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst ein Substrat mit einem der Leitungstypen p und n, eine auf der Oberfläche der Substrats ausgebildete Stromeingrenzungsschicht mit dem anderen der Leitungstypen p und n, wobei die Stromeingrenzungsschicht einen durchgehenden Kanal aufweist, der sich zur Oberfläche des Substrats in einer Richtung rechtwinklig zur Substratoberfläche erstreckt, um einen Strompfad zu bilden, der sich rechtwinklig zur Substratoberfläche erstreckt, und eine Doppelheterostruktur, die auf der Stromeingrenzungsschicht ausgebildet ist und aus einer ersten Mantelsohicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Mantelschicht besteht, wobei der durchgehende Kanal Kreismuster aufweist. Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, eine Lichtemissionsdiode vom Typ mit Oberflächenemission zu schaffen. Diese Lichtemissionsdiode umfasst eine dritte Mantelschicht mit dem einen Leitungstyp, und sie ist in den durchgehenden Kanal der Stromeingrenzungsschicht eingefüllt, wobei die Oberfläche der dritten Mantelschicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet. Daher werden die erste Mantelschicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht, die die Doppelheterostruktur bilden, durch ein bekanntes Aufwachsverfahren, z.B. einen MOCVD-Prozess, eben und auf gut kontrollierte Weise auf die Stromeingrenzungsschicht und die dritte Mantelschicht aufgewachsen, ohne dass irgendein Ätzprozess vorliegt. Daher zeigen die erste Mantelschicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht beinahe keine Dickenschwankung. Dies sorgt für gute Stabilität der Strahlungsintensität-Zuführstrom-Charakteristik. Die Tatsache, dass nach dem Herstellen der dritten Mantelschicht kein Ätzprozess vorliegt, beseitigt die Möglichkeit, dass irgendeine Wachstumsgrenzfläche oxidiert wird. Dies führt zu verringerten Stromlecks und erhöhter Lichtemissionsintensität. Auf diese Weise kann eine Lichtemissionsdiode mit verbesserten Funktionseigenschaften erhalten werden.
  • Wenn die die Doppelheterostruktur bildenden Schichten kegelstumpfförmig ausgebildet werden, kann der Wirkungsgrad betreffend die Lichtausgangsleistung des Bauteils erhöht werden.
  • Auch ist das Substrat ein GaAs-Substrat mit einer (111)B-Fläche oder einer gegen die (111)B-Fläche versetzten Fläche, die eine Hauptfläche ist; die Stromeingrenzungsschicht besteht aus GaAs oder AlGaAs und die dritte Mantelschicht besteht aus AlGaAs. In diesem Fall ist es möglich, die dritte Mantelschicht aus AlGaAs mit dem einen Leitungstyp innerhalb des durchgehenden Kanals aufzuwachsen, während das Substrat auf einer Temperatur nicht über 720 ºC gehalten wird, um den durchgehenden Kanal auf solche Weise mit der dritten Mantelschicht aufzufüllen, dass die Oberfläche dieser dritten Mantelschicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet.
  • Daher können die erste Mantelschicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht, die eine Doppelheterostruktur bilden, durch eine bekannte Wachstumstechnik eben und auf gut kontrollierte Weise auf die Stromeingrenzungsschicht und die dritte Mantelschicht aufgewachsen werden.
  • Gemäß einem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird auf einer Oberfläche eines GaAs-Substrats mit einem der Leitungstypen p und n eine Stromeingrenzungsschicht aus GaAs oder AlGaAs mit dem anderen der Leitungstypen p und n aufgewachsen, wobei die Substratoberfläche eine (111)B-Fläche oder eine gegen die (111)B-Fläche versetzte Fläche, die eine Hauptfläche ist, ist. Dann wird ein durchgehender Kanal mit vorbestimmtem Muster, der sich von der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht bis zum Substrat erstreckt, in der Stromeingrenzungsschicht hergestellt. Dann wird eine dritte Mantelschicht aus AlGAAS vom einen Leitungstyp innerhalb des durchgehenden Kanals aufgewachsen, während das Substrat auf einer Temperatur nicht über 720 ºC gehalten wird. Dies ermöglicht es, die dritte Mantelsohicht so aufzuwachsen, dass ihre Oberfläche mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, um dadurch den durchgehenden Kanal aufzufüllen. Daher können die erste Mantelschicht, die aktive Schicht und die zweite Mantelschicht in gut kontrollierter Weise eben auf die dritte Mantelschicht und die Stromeingrenzungsschicht aufgewachsen werden, um eine Doppelheterostruktur auszu bilden. So ist es nun möglich, lichtemittierende Halbleiterbauteile, wie Halbleiterlaser-Bauteile und Lichtemissionsdioden, herzustellen, die verbesserte Funktionseigenschaften im Vergleich mit herkömmlichen Bauteilen dieser Art haben.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel wird, nachdem in einer Stromeingrenzungsschicht ein durchgehender Kanal ausgebildet wurde, eine dritte Mantelschicht aus AlGAAS mit dem einen Leitungstyp aufgewachsen, während ein Substrat innerhalb des Temperaturbereichs von 720 ºC bis 740 ºC gehalten wird, um den durchgehenden Kanal auf solche Weise aufzufüllen, dass die Oberfläche eines Abschnitts der dritten Mantelschicht, der den durchgehenden Kanal auffüllt, mit einer Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, und dass die dritte Mantelschicht einen verlängerten Abschnitt aufweist, der auf der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht liegt und dünner als der Füllabschnitt ist. Daher wird, wenn eine Doppelheterostruktur bildende Schichten unter Verwendung z.B. der MOCVD-Technik auf der Stromeingrenzungsschicht hergestellt werden, eine aktive Schicht so ausge bildet, dass sie angrenzend an eine Kante des durchgehenden Kanals leicht gebogen ist. So verfügt das lichtemittierende Halbleiterbauteil über eine Wellenleiterkonstruktion, die sowohl die Eigenschaft einer Struktur mit Führung durch den effektiven Brechungsindex unter Verwendung der Lichtabsorption des Substrats (Stromeingrenzungsschicht) als auch die Eigenschaft einer Struktur mit Führung durch den reellen Brechungsindex unter Verwendung der Biegung der aktiven Schicht aufweist. Daher kann das Halbleiterlaser-Bauteil Modenverluste betreffend die Grundmode verringern und Modenverluste betreffend Moden höherer Ordnung erhöhen, so dass die Grundmode weiter stabilisiert ist. Ferner werden mögliche Stromlecks verringert und die Schwingungsgrenze wird abgesenkt.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Verlängerung zu einer Stromeingrenzungsschicht, die den anderen Leitungstyp aufweist und deren Oberfläche mit einer Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, in einen durchgehenden Kanal in der Stromeingrenzungsschicht eingefüllt, und die dritte Mantelschicht wird innerhalb der Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht eingefüllt. Daher wird, wenn sich das so hergestellte lichtemittierende Halbleiterbauteil im Betrieb befindet, die Breite der Strominjektion proportional durch die Verlängerung zur Stromeingrenzungsschicht verringert. Bei einem derartigen lichtemittierenden Halbleiterbauteil, insbesondere einem Halbleiterlaser-Bauteil, ist daher die Schwingungsschwelle weiter verringert und außerdem wird eine gewisse Astigmatismusverringerung erzielt.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils eines Ausführungsbeispiels werden mehrere durchgehende Kanäle in einer Stromeingrenzungsschicht ausgebildet und dritte Mantelschichten werden in jeweilige durchgehende Kanäle eingefüllt. Im Betrieb eines derartigen lichtemittierenden Halbleiterbauteils entstehen mehrere Schwingungsbereiche entsprechend der Anzahl der durch die durchgehenden Kanäle erzeugten Strompfade. Dies schafft ein Halbleiterlaserarray.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils gemäß einem Ausführungsbeispiel wird mindestens ein nicht durchgehender Kanal mit einer Tiefe nicht über der Tiefe einer Stromeingrenzungsschicht parallel zu einem durchgehenden Kanal in der Stromeingrenzungsschicht hergestellt, und eine vierte Mantelschicht vom einen Leitungstyp wird in den nicht durchgehenden Kanal eingebettet, wobei die Oberfläche der vierten Mantelsohicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet. Dank dieser Anordnung werden alle auf einen Schwingungsbereich über dem durchgehenden Kanal ausgeübten Spannungen gelindert, so dass hinsichtlich der Langzeit-Zuverlässigkeit des Bauteils eine gute Verbesserung erzielbar ist.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils eines Ausführungsbeispiels wird, nachdem ein durchgehender Kanal mit kreisförmigem Muster, der sich von einer Oberfläche einer Stromeingrenzungsschicht zu einem Substrat erstreckt, in der Stromeingrenzungsschicht hergestellt wurde, eine dritte Mantelschicht vom einen Leitungstyp innerhalb des durchgehenden Kanals, während das Substrat auf einer Temperatur nicht über 720 ºC gehalten wird, auf solche Weise aufgewachsen, dass die Oberfläche der dritten Mantelschicht mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht fluchtet, um dadurch den durchgehenden Kanal aufzufüllen. Ferner werden eine erste Mantelschicht, eine aktive Schicht und eine zweite Mantelschicht auf die Stromeingrenzungsschicht und die dritte Mantelschicht aufgewachsen, um eine Doppelheterostruktur auszubilden. So wird eine Lichtemissionsdiode vom Typ mit Oberflächenemission aufgebaut. In diesem Fall werden die die Doppelheterostruktur bildenden Schichten durch ein bekanntes Wachstumsverfahren, z.B. einen MOCVD-Prozess auf gut gesteuerte Weise eben aufgewachsen, ohne dass irgendein Ätzprozess vorliegt. Daher tritt hin sichtlich der Dicke beinahe keine Schwankung auf. Dies gewährleistet eine gute Stabilität der Strahlungsintensität-Zuführstrom-Charakteristik. Ferner besteht, da nach dem Herstellen der dritten Mantelschicht kein Ätzprozess vorliegt, keine Möglichkeit, dass irgendeine Wachstumsgrenzfläche oxidiert wird. Dies führt zu verringerten Stromlecks und erhöhter Lichtemissionsintensität. Auf diese Weise kann eine Lichtemissionsdiode mit verbesserten Funktionseigenschaften erzielt werden. Darüber hinaus kann der Wirkungsgrad der Lichtausgangsleistung des Bauteils aufgrund der Tatsache verbessert werden, dass die die Doppelheterostruktur bildenden Schichten kegelstumpfförmig ausgebildet sind.
  • Nachdem die Erfindung auf diese Weise beschrieben ist, ist es ersichtlich, dass sie auf viele Arten variiert werden kann. Solche Variationen sollen nicht als Abweichung vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung angesehen werden, sondern alle Modifizierungen, wie sie für den Fachmann offensichtlich sind, sollen im Schutzumfang der folgenden Ansprüche enthalten sein.

Claims (13)

1. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil mit einem Substrat (1, 11, 31, 41, 51, 61, 71) von p- oder n-leitendem Typ, einer Stromeingrenzungsschicht (2, 12, 32, 42, 52, 62, 72), die auf einer Fläche des Substrats (1, 11, 31, 41, 51, 61, 71) ausgebildet ist und den anderen Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n aufweist und die über mindestens einen durchgehenden Kanal (2b, 12b, 32b, 42b, 52b, 62b, 72) verfügt, der sich zur Oberfläche des Substrats oder in das Substrat (1, 11, 31, 41, 51, 61, 71) erstreckt, um einen Strompfad in einer Richtung rechtwinklig zur Oberfläche des Substrats (1, 11, 31, 41, 51, 61, 71) festzulegen, und mit einer auf der Stromeingrenzungsschicht ausgebildeten Doppelheterostruktur mit einer ersten Mantelschicht (3, 13, 33, 43, 53, 63, 73), einer aktiven Schicht (4, 14, 34, 44, 54, 64, 74) und einer zweiten Mantelschicht (5, 15, 35, 45, 55, 65, 76), die aufeinanderfolgen, dadurch gekennzeichnet, dass
- der durchgehende Kanal (2b, 12b, 32b, 42b, 52b, 62b, 72b) ein streifenförmiger Kanal ist, der sich rechtwinklig zu den zwei entgegengesetzten Endflächen des Substrats (1, 11, 31, 41, 51, 61, 71) erstreckt; und
- dieses lichtemittierende Halbleiterbauteil eine dritte Mantelschicht (8, 18, 38, 48, 58, 68, 78) mit dem einen Leitungstyp aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt der dritten Mantelschicht (8, 18, 38, 48, 58, 68, 78) den durchgehenden Kanal (2b, 12b, 32b, 42b, 52b, 62b, 72b) so auffüllt, dass die Oberseite des mindestens einen Abschnitts der dritten Mantelschicht (8, 18, 38, 48, 58, 68, 78) mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (2, 12, 32, 42, 52, 62, 72) fluchtet;
- wobei das Substrat ein GaAs-Substrat ist, dessen Oberfläche eine (111)B- Fläche oder eine Fläche mit einem Versatz gegen die (111)B-Fläche, die eine Hauptfläche ist, ist;
- wobei die Stromeingrenzungsschicht aus GaAs oder AlGaAs besteht und wobei die dritte Mantelschicht aus AlGaAs besteht.
2. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem die dritte Mantelschicht (38) einen sich in Querrichtung erstreckenden Abschnitt (38') aufweist, der die Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (32) bedeckt und der eine geringere Dicke als der Abschnitt der dritten Mantelschicht (38) aufweist, der im durchgehenden Kanal (32b) angeordnet ist.
3. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem
- ein Abschnitt (52') der Stromeingrenzungsschicht (52) mit dem anderen Leitungstyp in einem Randabschnitt des durchgehenden Kanals (52b) angeord net ist, wobei dieser Abschnitt (52') eine Oberfläche aufweist, die mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (52) fluchtet;
- wobei die dritte Mantelschicht (58) in einem Zwischenteil des durchgehenden Kanals (52b) angeordnet ist, der nicht durch den Abschnitt (52') der Stromeingrenzungsschicht (52) belegt ist, der innerhalb des durchgehenden Kanals (52b) angeordnet ist.
4. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, bei dem mehrere durchgehende Kanäle (62b) in der Stromeingrenzungsschicht (62) ausgebildet sind, wobei die dritte Mantelschicht (68) in jeden der durchgehenden Kanäle (62b) eingebettet ist.
5. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil nach Anspruch 1, ferner mit
- mindestens einem nicht durchgehenden Kanal (72b'), der parallel zum durchgehenden Kanal (72b) in der Stromeingrenzungsschicht (72) mit einer Tiefe ausgebildet ist, die nicht größer als die Tiefe der Stromeingrenzungsschicht (72) ist; und
- einer vierten Mantelschicht (78') vom einen Leitungstyp, die in den nicht durchgehenden Kanal (72b') eingefüllt ist, wobei die vierte Mantelschicht (78') eine Oberfläche aufweist, die mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (72) fluchtet.
6. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil mit einem Substrat (81) von p oder n-leitendem Typ, einer Stromeingrenzungsschicht (82), die auf einer Fläche des Substrats (81) ausgebildet ist und den anderen Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n aufweist und die über mindestens einen durchgehenden Kanal (82b) verfügt, der sich zur Oberfläche des Substrats oder in das Substrat (81) erstreckt, um einen Strompfad in einer Richtung rechtwinklig zur Oberfläche des Substrats (81) festzulegen, und mit einer auf der Stromeingrenzungsschicht ausgebildeten Doppelheterostruktur mit einer ersten Mantelschicht (83), einer aktiven Schicht (84) und einer zweiten Mantelschicht (85), die aufeinanderfolgen, dadurch gekennzeichnet, dass
- der durchgehende Kanal (82b) ein Kreismuster aufweist; und
- dieses lichtemittierende Halbleiterbauteil eine dritte Mantelschicht (88) mit dem einen Leitungstyp aufweist und den durchgehenden Kanal (2b, 12b, 32b, 42b, 52b, 62b, 72b) so auffüllt, dass die Oberseite der dritten Mantelschicht (88) mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (82) fluchtet;
- wobei das Substrat ein GaAs-Substrat ist, dessen Oberfläche eine (111)B- Fläche oder eine Fläche mit einem Versatz gegen die (111)B-Fläche, die eine Hauptfläche ist, ist;
- wobei die Stromeingrenzungsschicht aus GaAs oder AlGaAs besteht und
- wobei die dritte Mantelschicht aus AlGsAs besteht.
7. Lichtemittierendes Halbleiterbauteil nach Anspruch 6, bei dem die die Doppelheterostruktur bildende Schicht (85) so ausgebildet ist, dass sie kegelstumpfförmig ist.
8. Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils, mit den folgenden Schritten:
- Herstellen, auf einer Oberfläche eines GaAs-Substrats (1, 11, 41, 51, 61, 71) vom p- oder n-Leitungstyp, einer Stromeingrenzungsschicht (2, 12, 42, 52, 62, 72)aus GaAs oder AlGaAs mit dem anderen Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n, wobei die Stromeingrenzungsschicht (2, 12, 42, 52, 62, 72) den anderen Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n aufweist, wobei die Oberfläche eine (111)B-Fläche oder eine Fläche mit einem Versatz gegen die (111)B-Fläche, die eine Hauptfläche ist, ist;
- Herstellen eines durchgehenden Kanals in der Stromeingrenzungsschicht (2, 12, 42, 52, 62, 72), der ein streifenförmiger Kanal (2b, 12b, 42b, 52b, 62b, 72b) mit einem vorbestimmten Muster ist, das sich von einer Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (2, 12, 42, 52, 62, 72) zum Substrat (1, 11, 41) oder in dieses hinein erstreckt;
- Aufwachsen einer dritten Mantelschicht (8, 18, 48, 58, 68, 78) aus AlGaAs vom einen Leitungstyp innerhalb des durchgehenden Kanals (2b, 12, 42b, 52b, 62b, 72b), während das Substrat (1, 11, 41, 51, 61, 71) auf einer Temperatur nicht über 720ºC gehalten wird, um den streifenförmigen Kanal (2b, 12b, 42b, 52b, 62b, 72b) auf solche Weise mit der dritten Mantelschicht (8, 18, 48, 58, 68, 78) aufzufüllen, dass die Oberfläche derselben mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (2, 12, 42, 52, 62, 72) fluchtet; und
- aufeinanderfolgendes Aufwachsen einer ersten Mantelschicht (3, 13, 43, 53, 63, 73), einer aktiven Schicht (4, 14, 44, 54, 64, 74) und einer zweiten Mantelschicht (5, 15, 45, 55, 65, 75) auf das Substrat, um eine Doppelheterostruktur auszubilden.
9. Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils, mit den folgenden Schritten:
- Herstellen, auf einer Oberfläche eines GaAs-Substrats (1, 11, 41, 51, 61, 71) vom p- oder n-Leitungstyp, einer Stromeingrenzungsschicht (2, 12, 42, 52, 62, 72) aus GaAs oder AlGaAs mit dem anderen Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n, wobei die Oberfläche eine (111)B-Fläche oder eine Fläche mit einem Versatz gegen die (111)B-Fläche, die eine Hauptfläche ist, ist;
- Herstellen eines durchgehenden Kanals in der Stromeingrenzungsschicht (32), der ein streifenförmiger Kanal (32b) mit einem vorbestimmten Muster ist, das sich von einer Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (32) zum Substrat (31) oder in dieses hinein erstreckt;
- Aufwachsen einer dritten Mantelschicht (38) aus AlGaAs mit dem einen Leitungstyp , während das Substrat (31) innerhalb eines Temperaturbereichs von 720ºC bis 740ºC gehalten wird, auf solche Weise, dass ein Abschnitt der dritten Mantelschicht (38), der den durchgehenden Kanal (32b) auffüllt, eine Oberfläche aufweist, die mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (32) fluchtet, wobei diese dritte Mantelschicht (38) einen verlängerten Abschnitt (38') aufweist, der auf der Oberfläche der Stromeingren zungsschicht (32) liegt und dünner als der aufgefüllte Abschnitt ist; und
- aufeinanderfolgendes Aufwachsen einer ersten Mantelschicht (33), einer aktiven Schicht (34) und einer zweiten Mantelschicht (35) auf das Substrat (31), um eine Doppelheterostruktur auszubilden.
10. Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils nach Anspruch 8, ferner mit dem folgenden Schritt:
- Aufwachsen, in einem Randabschnitt des durchgehenden Kanals (52b), einer Verlängerung (52') zur Stromeingrenzungsschicht (52) aus GaAs oder AlGaAs, vom anderen Leitungstyp, während das Substrat (51) auf einer Temperatur nicht über 720ºC gehalten wird, auf solche Weise, dass die Oberfläche der Verlängerung (52') mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (52) fluchtet, um dadurch die Breite des durchgehenden Kanals (52b) zu verringern, wobei die dritte Mantelschicht anschließend an der Seite der Verlängerung (52') aufgewachsen wird.
11. Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils nach Anspruch 8, ferner mit dem folgenden Schritt:
- Ausbilden mehrerer durchgehender Kanäle (62b) mit vorbestimmtem Muster, das sich von einer Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (62) des Substrats (61) aus oder in das Substrat hinein erstreckt, in der Stromeingrenzungsschicht (62);
- wobei das Aufwachsen der dritten Mantelschichten (68) innerhalb der jeweiligen durchgehenden Kanäle (62b), während das Substrat (61) auf einer Temperatur nicht über 720ºC gehalten wird, auf solche Weise erfolgt, dass eine Oberfläche jeder der dritten Mantelschichten (68) mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (62) fluchtet, um dadurch die durchgehenden Kanäle (62b) aufzufüllen.
12. Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils nach Anspruch 8, ferner mit dem folgenden Schritt:
- Herstellen eines nicht durchgehenden Kanals (72b') mit vorbestimmtem Muster, das innerhalb der Stromeingrenzungsschicht (72) gehalten wird, innerhalb der Stromeingrenzungsschicht (72);
- wobei die dritte Mantelschicht und eine vierte Mantelschicht (78, 78') aus AlGaAs mit dem einen Leitungstyp im durchgehenden Kanal (72b) bzw. im nicht durchgehenden Kanal (72b') aufgewachsen werden, während das Substrat (71) auf einer Temperatur nicht über 720ºC gehalten wird, um den durchgehenden Kanal (72b) bzw. den nicht durchgehenden Kanal (72b') mit der dritten bzw. vierten Mantelschicht (78, 78') so aufzufüllen, dass die Oberflächen der dritten und vierten Mantelschicht (78, 78') mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (72) fluchten.
13. Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Halbleiterbauteils, mit den folgenden Schritten:
- Herstellen, auf einer Oberfläche eines GaAs-Substrats (81) vom p- oder n- Leitungstyp, einer Stromeingrenzungsschicht (82) aus GaAs oder AlGaAs mit dem anderen Leitungstyp unter den Leitungstypen p und n, wobei die Oberfläche eine (111)B-Fläche oder eine Fläche mit einem Versatz gegen die (111)B- Fläche, die eine Hauptfläche ist, aufweist;
- Ausbilden eines durchgehenden Kanals in der Stromeingrenzungsschicht (82), der ein Kanal (82b) mit kreisförmigem Muster ist, das sich von einer Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (82) zum Substrat (81) oder in das Substrat erstreckt;
- Aufwachsen einer dritten Mantelschicht (88) aus AlGaAs vom einen Leitungstyp im durchgehenden Kanal (82b), während das Substrat (81) auf einer Temperatur nicht über 720ºC gehalten wird, um den durchgehenden Kanal (82b) auf solche Weise in der dritten Mantelschicht (88) aufzufüllen, dass eine Oberfläche derselben mit der Oberfläche der Stromeingrenzungsschicht (82) fluchtet;
- aufeinanderfolgendes Aufwachsen einer ersten Mantelschicht (83), einer aktiven Schicht (84) und einer zweiten Mantelschicht (85) auf dem Substrat (81), um eine Doppelheterostruktur auszubilden; und
- Bearbeiten der die Doppelheterostruktur bildenden Schicht (85) auf Kegelstumpfform.
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