DE69516090T2

DE69516090T2 - Herstellungsverfahren eines Halbleiterdiodenlasers

Info

Publication number: DE69516090T2
Application number: DE69516090T
Authority: DE
Inventors: Meoung Whan Cho; Shi Jong Leem; Min Soo Noh; Ju Ok Seo; Tae Kyung Yoo
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 1994-11-19
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2015-11-18
Also published as: JPH0927654A; CN1130817A; US5707892A; DE69516090D1; EP0713275A1; KR0141057B1; EP0713275B1; CN1074186C; KR960019881A

Description

1. Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiter-Laserdiode und insbesondere ein Verfahren zum Durchführen des Ätzens und Wiederaufwachsens einer Halbleiterschicht eines Halbleiter-Lasers mittels eines Prozesses unter einmaligem Einsatz einer Flüssigphasen-Epitaxie (nachfolgend LPE genannt).

2. Beschreibung des Stands der Technik

Fig. 1 stellt eine allgemeine Halbleiter-Laserdiode mit einer Doppel-Heterostruktur (nachfolgend "DH" genannt) dar. Die allgemeine Halbleiter-Laserdiode wird dabei dadurch gebildet, daß nacheinander eine n-Kaschier- bzw. Hüllschicht, eine aktive Schicht, eine p-Kaschier- bzw. Hüllschicht und eine p-Deckschicht auf einem Substrat aufeinander angeordnet werden. Die Halbleiter-Laserdiode weist einen Schwingspiegel als Festkörperlaserdiode oder als Gaslaserdiode auf. Der Schwingspiegel ist dabei von einer Orientierungsspaltung gebildet, die eine Eigenschaft des Halbleiters ist, wobei ein Abstand zwischen den Spiegeln als Hohlraum bezeichnet wird. Wenn eine (-)-Spannung an die n-Kaschierschicht angelegt wird und eine (+ )-Spannung an die p-Kaschierschicht der Halbleiter-Laserdiode angelegt wird, wird ein Elektron mit einem Loch in der aktiven Schicht gekoppelt, um einen Strahl zu erzeugen, der mittels des Schwingspiegels oszilliert, um ausgegeben zu werden.
Der oszillierende Strahl wird demnach durch die Spiegelebene ausgesendet, so daß die Lasercharakteristik stark vom Zustand der Spiegelebene beein flußt wird. Eine günstige Laserstrahlcharakteristik kann dabei durch eine flache und klare Spiegelebene ohne Beschädigungen und eine parallele Anordnung der Spiegel erhalten werden, die die beiden Ebenen des Hohlraums werden. Der Halbleiterlaser beinhaltet jedoch einen wichtigen Faktor, der zu berücksichtigen ist, indem er sich in dem speziellen Umstand befindet, daß das Halbleitermaterial an der Spiegelebene in direktem Kontakt mit der Luft steht. Mit anderen Worten: Da der Spiegel der Halbleiterschicht unter Verwendung der Orientierungscharakteristik des zu spaltenden Halbleiters gebildet wird, wird der Spiegel zu einer Grenze des Halbleiters mit gegenüber dem Halbleiterinneren unterschiedlichen Eigenschaften. An der Grenze des Halbleiters existiert eine verbleibende, ungebundene Schlenkerbindung, die sich mit Sauerstoff in der Luft bindet, um oxidiert zu werden. Außerdem gibt es Halbleiterdefekte.
Sobald Strom in den Halbleiterlaser eingeleitet wird, entsteht durch lichtemittierende Vereinigung des Elektrons und des Lochs im aktiven Bereich ein Photon. Das Photon wird verstärkt, während es zwischen den den Hohlraum bildenden Spiegeln hin- und herläuft, um den Laserstrahl in die Luft auszusenden. Die Wellenlänge des ausgesendeten Lichts ist dabei die gleiche wie die Energielücke des Materials des aktiven Bereichs.
Die Spiegelebene wirkt auf zweierlei Weise, bis der Laserstrahl in die Luft ausgesendet wird. Zunächst dient sie als Reflexionsebene zur Verstärkung des Photons. Zweitens dient sie als Durchlaßebene, um den Laserstrahl durchzulassen.
Durch einen Zyklus der Hervorbringung einer Lichtkonzentrationserscheinung auf der Spiegelebene, Verbindung mit der an der Spiegelebene existierenden Schienkerbindung, während das Photon an der Oxidationsschicht absorbiert wird, und Wiederverbindung auf einer nichtstrahlenden Basis wird der Spiegel dabei augenblicklich zerstört. Wenn der Spiegel zerstört ist, kann der Halbleiterlaser nicht betrieben werden. Diese Erscheingung wird katastrophaler optischer Schaden (nachfolgend als COD bezeichnet) genannt, der während des Hochleistungsbetriebs häufig auftritt.
Fig. 2 stellt eine Stromkennlinie gegenüber der optischen Leistung dar, wenn die COD-Erscheinung auftritt.
Der COD-Pegel wird dabei durch einen Wert definiert, der dadurch erhalten wird, daß der Stromwert bei maximaler optischer Leistung durch die Fläche der lichtaussendenden Ebene des Halbleiterlasers dividiert wird. Wenn beispielsweise der Maximalwert des Stroms 100 mW beträgt und die Fläche der lichtaussendenden Ebene 5 um² beträgt, wird der COD-Pegel zu 2 mW/cm².
Beim Hochleistungs-Halbleiterlaser wird der COD-Pegel zum wichtigen Wert. Wenn dieser Wert groß ist, kann der Halbleiterlaser mit höherer Leistung · betrieben werden.
Bei den Faktoren, die eine Heraufsetzung des COD-Pegels behiridern, können zwei Faktoren kurz betrachtet werden.
Der erste ist die Spiegelebene, die die Halbleitergrenze ist, in der ein während des Prozesses hervorgerufener Defekt durch Verbesserung des Prozesses beseitigt werden kann, um die Prozeßzahl zu verringern; die Schienkerbindung und die resultierende Oxidation sind jedoch ein inhärentes Problem.
Der zweite ist eine Konzentration der optischen Leistung auf der Spiegelebene, was dadurch gelöst werden kann, daß die lichtaussendende Fläche vergrößert wird und die Absorption des Lichts in der Spiegelebene blockiert wird. Dies bedeutet, daß der Spiegel aus einem Material gebildet wird, das einen kleineren Brechungsindex und eine größere Energielücke als das Material der aktiven Schicht aufweist.
Das Material mit kleinerem Brechungsindex ermöglicht eine Streuung des Lichts, um so die lichtaussendende Fläche auf der Spiegelebene zu vergrößern, und ermöglicht die Absenkung der optischen Dichte, wodurch der COD-Pegel angehoben wird. Wenn die Energielücke groß ist, wird außerdem das oszillierende Licht nicht absorbiert und der am Spiegel entstehende Zyklus der Lichtabsorption und nichtstrahlenden Wiederverbindung unterbunden, so daß die Erscheinung der Spiegelzerstörung beseitigt werden kann. Ein auf diese Weise gebildeter Spiegel wird transparenter Spiegel genannt (nachfolgend "TM" genannt).
Die Fig. 3A bis 3D sind Schnittansichten, die einen Prozeß zur Herstellung der herkömmlichen Halbleiter-Laserdiode mit TM-Schicht zeigen.
Zu Beginn werden, wie in Fig. 3a gezeigt, eine n-Kaschierschicht 2, eine aktive Schicht und eine p-Kaschierschicht 4 nacheinander auf einem Substrat 1 mittels Gasphasen-Epitaxie, etwa metall-organischer chemischer Gasphasenabscheidung (MOCVD), Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder LPE aufgewachsen, um die DH-Struktur zu bilden.
Auf der resultierenden Struktur wird eine p-Deckschicht 5 ausgebildet. Eine dielektrische Schicht 6, etwa aus Siliziumdioxid (SiO&sub2;) oder Siliziumnitrid (Si&sub3;N&sub4;), wird mittels plasmaverstärkter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD) auf der p-Deckschicht 5 abgeschieden. Die dielektrische Schicht 6 dient dabei als Maske, um im Fall eines Wiederaufwachsens die Abscheidung von der oberen Seite der dielektrischen Schicht 6 her zu blockieren.
Wie in Fig. 3b gezeigt, wird auf die dielektrische Schicht 6 eine Fotolackschicht PR aufgebracht; ein Hohlraumbereich und ein Spiegelbereich werden mittels eine Fotolithografieprozesses gebildet, bei dem die dielektrische Schicht 6 und die DH-Struktur des Spiegelbereichs bis zur Oberfläche des Substrats 1 herunter weggeätzt werden.
Anschließend wird, wie in Fig. 3c gezeigt, mittels Gasphasen-Epitaxie oder LPE eine TM-Schicht 7 mit niedrigerem Brechungsindex und größerer Energielücke als die aktive Schicht 3 auf dem geätzten Teil wieder aufgewachsen.
Danach wird, wie in Fig. 3d gezeigt, die dielektrische Schicht 6 entfernt und ein Halbleiter-Laserdioden-Chip durch Anritz- und Abbrechvorgänge hergestellt.
Die wie vorstehend hergestellte Halbleiter-Laserdiode hat die gespaltene Spiegelebene mit dem Material gefüllt, das den kleineren Brechungsindex und die größere Energielücke als die aktive Schicht aufweist, um den COD- Pegel zu erhöhen. Auf diese Weise kann sie einen Hochleistungsbetrieb ausführen.
Die in Fig. 3 dargestellte Halbleiter-Laserdiode erhöht den COD-Pegel, um den Hochleistungsbetrieb zu ermöglichen, bringt aber eine Menge an Problemen im Hinblick auf eine langfristige Zuverlässigkeit mit sich.
Wenn nämlich die DH-Struktur der Fig. 3 geätzt wird, entfernt ein Ätzmittel chemisch das Halbleitermaterial, bei dem der dem Ätzmittel ausgesetzte Teil beschädigt wird und leicht ein Defekt entstehen kann. Da außerdem das Ätzen in einer Atmosphärenumgebung durchgeführt wird, verbindet sich der Sauerstoff in der Luft mit der geätzten Ebene und führt zu Oxidation. Der Defekt und die Oxidation können bei Stromeinleitung Leckströme hervorrufen und durch Absorption des durch sie hindurchgehenden Laserstrahls zu einer Wärmequelle werden, was eine abrupte Verschlechterung des Halbleiterlasers bewirkt. Darüber hinaus führt die Oxidation zu einem Fehler dahingehend, daß beim Wiederaufwachsen der TM-Schicht verhindert wird, daß der nachgewachsene Halbleiter eine gute Schichtqualität hat, wodurch das Wiederaufwachsen der TM-Schicht wahrscheinlich blockiert wird.
Unterdessen ist Fig. 4 eine Schnittansicht, die den Aufbau einer Halbleiter- Laserdiode mit einer Streifen-DH-Struktur zeigt, welche mit p- und n-Metallelektroden ausgeführt ist.
Dabei ist eine aktive Schicht 13 sandwichartig zwischen einer n- und einer p-Kaschierschicht 12 bzw. 14 mit dem kleineren Brechungsindex und der größeren Energielücke auf einem Substrat 11 angeordnet. Die Kaschierschichten begrenzen hier das von der aktiven Schicht erzeugte Licht, so daß es auf der aktiven Schicht bleibt.
Eine p-Deckschicht 15 ist auf der p-Kaschierschicht 14 ausgebildet. Eine p- Metallelektrode 16 und eine n-Metallelektrode 17 sind am oberen Bereich der p-Deckschicht 15 und an der rückseitigen Ebene der p-Metallelektrode 16 ausgebildet, wobei die p-Metallelektrode 16 auf einem vorbestimmten Bereich der p-Deckschicht 15 in Streifen ausgebildet ist.
Die in vorstehender Weise aufgebaute Halbleiter-Laserdiode hat die folgenden Eigenschaften.
Wenn ein allgemeines Dünnschichtabscheidungsverfahren (zum Beispiel LPE, MOCVD und MBE) verwendet wird, wird die Dünnschicht in vertikaler Richtung des Substrats aufgewachsen, so daß es leicht ist, die Kaschierschicht aus dem Material mit dem kleineren Brechungsindex und der größeren Energielücke auf/unter der aktiven Schicht in vertikaler Richtung aufzuwachsen.
Ein Prinzip zur Eingrenzung des Lichts ist das der Totalreflexion, die hervorgerufen wird, wenn Licht von einem Material mit einem hohen Brechungsindex auf ein Material mit einem niedrigen Brechungsindex einfällt. Wenn die Differenz zwischen den Brechungsindizes groß ist, entsteht leicht Totalreflexion, wodurch die Lichteingrenzung erleichtert wird. Durch verschiedene Materialien kann der Brechungsindex der aktiven Schicht unterschied lich gegenüber dem der Kaschierschicht sein.
Wie man in der vergrößerten Ansicht des Teils A der Fig. 4 erkennen kann, ändert sich das Material der aktiven Schicht allerdings in horizontaler Richtung nicht, so daß die Lichteingrenzung unterbunden wird. Wenn das Licht nicht eingegrenzt wird, wird eine kleinere Stromschwingung schwierig und eine Einzelmode-Schwingung unmöglich. Eine einfache Lösung für dieses Problem ist, die Breite des Streifens so zu reduzieren, daß ein in Kontakt mit der aktiven Schicht stehender Abschnitt in der Vergrößerungsansicht des Teils A ein Bereich I sein kann. Der Bereich I hat eine höhere Elektron-Loch- Paardichte als ein Bereich II; dieser Dichteunterschied dient als Faktor, um den Brechungsindex des Bereichs I größer als den des Bereichs II zu machen. Wenn die Differenz des Brechungsindex zwischen dem Bereich I und dem Bereich II größer als 10&supmin;&sup4; ist, kann die Lichteingrenzungserscheinung erreicht werden. Diese Differenz des Brechungsindex ist jedoch keine wirkliche Indexdifferenz, die aus unterschiedlichen Materialien resultieren würde, sondern die aus einer effekten Indexdifferenz resultiert. Daneben ist die Indexdifferenz bedeutend kleiner als der reale Index, da die Elektron-Loch- Paardichte nicht unbegrenzt erhöht werden kann. Mit anderen Worten realisiert die allgemeine DH-Struktur in vertikaler Richtung der aktiven Schicht eine Auf- und Ab-Führung des realen Index, bringt jedoch in horizontaler Richtung der aktiven Schicht eine relativ zu schwache effektive Indexführung mit sich. Die Breite W des Bereichs I beinhaltet die wichtige Angabe, daß eine größere Breite kleinere Stromschwingungen schwierig macht und Einzelmode-Schwingungen behindert. Um die Breite W zu verringern, wird die Streifenbreite verringert und die Dotierung der p-Kaschierschicht heruntergesetzt. Beide Vorgehensweisen können jedoch nur in gewissem Umfang eingesetzt werden, da der Widerstand gegenüber dem Strom größer wird. Die letzte Lösung ist, eine Kaschierschicht zu bilden, die in der Lage ist, Strom und Licht in horizontaler Richtung der aktiven Schicht einzugrenzen. Notwendig ist es dabei, ein Material zu verwenden, das einen niedrigeren Brechungsindex und eine größere Energielücke als die aktive Schicht besitzt. Eine Laserdiode mit einer derartigen Innenstruktur wird als Laserdiode mit vergrabener Heterostruktur (nachfolgend "BH" genannt) bezeichnet. Die Laserdiode mit BH-Struktur hat die starke strukturelle Eigenschaft, daß sie kleinere Stromschwingungen und Einzelmode-Schwingungen erlaubt.
Die Fig. 5a bis 5d sind Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung der herkömmlichen Halbleiter-Laserdiode mit BH-Struktur zeigen.
Wie in Fig. 5A gezeigt, werden eine n-Kaschierschicht 12, eine aktive Schicht 13, eine p-Kaschierschicht 14 und eine p-Deckschicht 15 mittels Gasphasen-Epitaxie, wie etwa MOCVD, MBE oder LPE nacheinander auf einem Substrat aufgewachsen, um die DH-Struktur zu bilden. Mittels PECVD wird darauf eine dielektrische Schicht 18 gebildet.
Bezugnehmend auf Fig. 5b wird eine Fotolackschicht 19 auf die dielektrische Schicht 18 aufgebracht. Mittels Fotolithografie wird ein Muster in · der Fotolackschicht 19 gebildet. Die dielektrische Schicht 18 wird mittels HF entfernt. Sodann wird die DH-Struktur in einem Ätzvorgang herunter bis zum Substrat 11 weggeätzt.
Wie in Fig. 5c gezeigt, wird eine zweite Kaschierschicht 20 mit kleinerem Brechungsindex und größerer Energielücke als die aktive Schicht mittels Gasphasen-Epitaxie oder LPE auf dem geätzten Bereich aufgewachsen. Die zweite Kaschierschicht 20 wird aus einer einzelnen Schicht mit geringerer Dotierungsdichte (von annähernd unter 10&supmin;&sup5;) oder einer mehrschichtigen Stromblockierschicht mit einer pnpn-Thyristorstruktur gebildet, um kleine Stromschwingungen durch Stromeingrenzung und auch Lichteingrenzung zu ermöglichen.
In Fig. 5d wird die dielektrische Schicht 18 entfernt, und es wird ein Chipherstellungsprozeß durchgeführt, um den einzelnen Chip der Halbleiter-La serdiode zu vervollständigen.
Die in vorstehender Weise hergestellte Laserdiode mit BH-Struktur ermöglicht kleinere Stromschwingungen des Einzelmodes, da die Lichteingrenzung und die Stromeingrenzung durch reale Indexführung sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung der aktiven Schicht erreicht werden.
Obwohl die vorstehend beschriebene Halbleiter-Laserdiode mit BH-Struktur kleinere Stromschwingungen des Einzelmodes ermöglicht, hat sie jedoch Probleme hinsichtlich der Zuverlässigkeit.
Da nämlich das Ätzmittel beim Ätzen der DH-Struktur, wie in Fig. 5b gezeigt, das Halbleitermaterial chemisch entfernt, wird der dem Ätzmittel ausgesetzte Bereich beschädigt, so daß leicht ein Defekt entsteht. Außerdem wird der Ätzvorgang in atmosphärischer Umgebung durchgeführt; die geätzte Ebene verbindet sich mit Sauerstoff in der Luft und wird oxidiert. Der Defekt und die Oxidation werden zu einem Grund für Leckströme und dienen infolge der nichtstrahlenden Wiederverbindung nach Absorption des Laserstrahls als Wärmequelle, was zu einer abrupten Verschlechterung des Halbleiterlasers führt.
Ferner ist die Oxidation ein Hinderungsgrund dafür, daß der wiederaufgewachsene Halbleiter eine gute Schichtqualität hat, wenn die zweite Kaschierschicht wiederaufgewachsen wird, wodurch es unmöglich gemacht wird, die zweite Kaschierschicht wiederaufzuwachsen, so daß der BH-Laser nicht hergestellt werden kann.
Die JP-A-55-162288 und die JP-A-56-112786 beschreiben ein Verfahren, um eine hochleistungsfähige Halbleiterlaservorrichtung zu erhalten.

ABRIß DER ERFINDUNG

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen sich den vorstehend erläuterten Problemen zuwenden. Dementsprechend ist es eine Aufgabe für Ausführungsformen der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer sehr zuverlässigen und hoch leistungsfähigen Halbleiter-Laserdiode mittels des Effekts des Rückschmelzvorgangs bereitzustellen, der eine Eigenschaft einer LPE ist.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode vorgesehen, umfassend die Schritte:
Aufeinanderfolgendes Aufwachsen einer Kaschierschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht und einer Kaschierschicht einer zweiten Leitfähigkeit auf einem Substrat,
Bilden einer dielektrischen Schicht auf der Kaschierschicht der zweiten Leitfähigkeit,
selektives Entfernen der dielektrischen Schicht, um die Kaschierschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps selektiv freizulegen, und
selektives Entfernen von Teilen der Kaschierschicht der ersten Leitfähigkeit, der aktiven Schicht und der Kaschierschicht der zweiten Leitfähigkeit mittels eines Rückschmelz-Ätzprozesses unter Verwendung der dielektrischen Schicht als Maske und anschließendes Wiederaufwachsen einer Halbleiterschicht anstelle der weggeätzten Teile mittels einer Flüssigphasen-Epitaxie, wobei das Ätzen mittels des Rückschmelzprozesses und das Wiederaufwachsen der Halbleiterschicht ohne Kontakt mit der Luft in demselben Flüssigphasen-Epitaxiereaktor stattfinden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die vorstehenden Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen von ihr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen klarer werden, in denen:
Fig. 1 eine Schnittansicht ist, die den Aufbau einer herkömmlichen Halbleiter-Laserdiode mit DH-Struktur zeigt,
Fig. 2 eine Ansicht ist, die das COD-Phänomen in der Stromkennlinie der herkömmlichen Halbleiter-Laserdiode gegenüber der optischen Leistung darstellt,
Fig. 3a bis 3d Schnittansichten sind, die ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode mit einer TM-Schicht zeigen,
Fig. 4 eine Schnittansicht ist, die den Aufbau einer herkömmlichen Halbleiter-Laserdiode mit BH-Struktur zeigt,
Fig. 5a bis 5d Schnittansichten sind, die ein Verfahren zur Herstellung der herkömmlichen Halbleiter-Laserdiode mit BH-Struktur zeigen,
Fig. 6a bis 6e Schnittansichten sind, die ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 7a bis 7e Schnittansichten sind, die ein Verfahren zur Herstellung der Halbleiter-Laserdiode nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen,
Fig. 8 eine Perspektivansicht ist, die den Aufbau der die vorliegende Erfindung verkörpernden Halbleiter-Laserdiode zeigt,
Fig. 9 eine Schnittansicht ist, die eine längs der Linie A-A' der Fig. 8 genommene Struktur zeigt, und
Fig. 10 eine Schnittansicht ist, die eine längs der Linie B-B' der Fig. 8 genommene Struktur zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein Verfahren zur Herstellung der die vorliegende Erfindung verkörpernden Halbleiter-Laserdiode wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
Die Fig. 6a bis 6e sind Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung der Halbleiter-Laserdiode nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Wie in Fig. 6a gezeigt, werden eine n-Kaschier- bzw. Hüllschicht 22, eine aktive Schicht 23, eine p-Kaschier- bzw. Hüllschicht 24 und eine p-Deckschicht 25 mittels Gasphasen-Epitaxie, wie etwa MOCVD, MBE oder LPE nacheinander auf einem Substrat 21 aufgewachsen, um eine DH-Struktur zu bilden.
Anschließend wird eine dielektrische Schicht 26 aus SiO&sub2; oder Si&sub3;N&sub4; mittels PECVD auf der p-Deckschicht 25 abgeschieden.
Bezugnehmend auf Fig. 6b wird eine Fotolackschicht 27 auf die dielektrische Schicht 26 aufgebracht. Mittels eines Fotolithographieprozesses wird ein Spiegelbereich so definiert, daß er mit der Breite eines Hohlraums zusammenpaßt; dabei wird die dielektrische Schicht 26 des Spiegelbereichs mittels HF selektiv entfernt.
Anschließend wird das sich ergebende Substrat in einen LPE-Reaktor gesetzt, um den Rückschmelzprozeß durchzuführen, wie in Fig. 6c gezeigt. Der Rückschmelzprozeß ist eine Eigenschaft des LPE-Prozesses, dessen Prinzip wie folgt ist.
Wenn eine Flüssigphase eines Materials A zwangsweise in Kontakt mit einem aus den Materialien A und B gebildeten Festkörper-Verbundhalbleiter gebracht wird, wird das in dem Festkörpermaterial enthaltene B-Material an der Kontaktebene in das A-Material im flüssigen Zustand hineingeschmolzen, um die Gesamtdichte über die Festkörper-Halbleitermaterialien AB und das flüssige A-Material hinweg im Gleichgewicht zu halten. Das Ätzen des Festkörper-Halbleiters wird dabei auf natürliche Weise erhalten. Mit Hilfe dieser Erscheinung wird das Ätzen bis zum Substrat herunter durchgeführt, wie in Fig. 6c gezeigt.
Sodann wird, wie in Fig. 6d gezeigt, eine TM-Schicht 28 aus einem Material mit kleinerem Brechungsindex und größerer Energielücke als dem der aktiven Schicht auf dem geätzten Teil aufgewachsen, um leicht die Hochleistungs-Halbleiterschicht mit erhöhtem COD-Pegel zu bilden.
Bezugnehmend auf Fig. 6e wird die dielektrische Schicht 26 entfernt, und es werden Anritz- und Abbrechvorgänge am Spiegelbereich durchgeführt, um einen mit dem Spiegel ausgeführten Laserdiodenchip bereitzustellen.
Die Fig. 7a bis 7e sind Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Das Verfahren zur Herstellung der Halbleiter-Laserdiode nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird derart durchgeführt, daß, wie in Fig. 7a gezeigt, eine n-Kaschierschicht 22, eine aktive Schicht 23, eine p-Kaschierschicht 24 und eine p-Deckschicht 25 mittels Gasphasen- Epitaxie, wie etwa MOCVD, MBE oder LPE nacheinander auf einem Substrat 21 aufgewachsen werden, um eine DH-Struktur zu bilden. Mittels PECVD wird eine dielektrische Schicht 26 aus SiO&sub2; oder Si&sub3;N&sub4; auf der sich ergebenden Struktur gebildet.
Anschließend wird eine Fotolackschicht 27 auf der dielektrischen Schicht 26 gebildet. Eine Fotolithografie wird eingesetzt, um ein vorbestimmtes Fotolackmuster zu bilden. Sodann wird die dielektrische Schicht 26 mittels HF selektiv entfernt.
Danach wird das sich ergebende Substrat in einen LPE-Reaktor gesetzt, um die DH-Struktur mittels des vorstehend erläuterten Ätzverfahrens bis zum Substrat herunter wegzuätzen, wie in Fig. 7c gezeigt. Im selben Reaktor wird auf dem geätzten Teil eine zweite Kaschierschicht 29 wiederaufgewachsen, wie in Fig. 7d gezeigt.
Die zweite Kaschierschicht 29 wird dabei aus einem Material gebildet, das einen kleineren Brechungsindex und eine größere Energielücke als die aktive Schicht aufweist. Aus diesem Grund tritt in Folge einer realen Indexführung eine starke Lichteingrenzung auf. Die zweite Kaschierschicht kann aus einer einzelnen Schicht mit niedriger Dotierungsdichte (von annähernd kleiner als 10'6) gebildet werden oder von einer mehrschichtigen CBL mit pnpn-Thyristoraufbau.
Wie in Fig. 7e gezeigt, wird die dielektrische Schicht 26 entfernt und ein Chipherstellungsprozeß ausgeführt, um einen Halbleiter-Laserdioden-Einzelchip mit der BH-Struktur herzustellen.
Die in vorstehender Weise hergestellte Laserdiode mit BH-Struktur hat daher eine hohe Zuverlässigkeit im Hinblick auf einen langfristig durchgeführten Betrieb. Außerdem werden im wesentlichen infolge der realen Indexführung in vertikaler und in horizontaler Richtung in der aktiven Schicht eine starke Lichteingrenzung und Stromeingrenzung erreicht, so daß die Halbleiter-Laserdiode kleine Stromschwingungen eines Einzelmodes ermöglicht.
Fig. 8 ist eine Perspektivansicht, die den Aufbau der Halbleiter-Laserdiode nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die eine längs der Linie A-A' genommene Struktur zeigt. Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die eine längs der Linie B-B' der Fig. 8 genommene Struktur zeigt.
Die Halbleiter-Laserdiode nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, weist einen Aufbau auf, der die durch Wiederaufwachsen der TM-Schicht nach der ersten Ausführungsform hergestellte Halbleiter-Laserdiode und die Laserdiode mit BH-Struktur nach der zweiten Ausführungsform kombiniert.
Fig. 9 stellt dabei die Ebene des Wiederaufwachsens der TM-Schicht dar.
Fig. 10 stellt die Ebene des Wiederaufwachsens der zweiten Kaschierschicht dar.
Das Verfahren zur Herstellung der Halbleiter-Laserdiode nach der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das gleiche wie das der zuvor erläuterten ersten und zweiten Ausführungsform, wobei zur Fertigung der Halbleiter-Laserdiode die Fertigungsverfahren der ersten und zweiten Ausführungsform gleichzeitig ausgeführt werden.
Mit anderen Worten werden, wie in Fig. 6a oder 7a gezeigt, die n-Kaschierschicht 22, die aktive Schicht 23, die p-Kaschierschicht 24 und die p-Deckschicht 25 mittels Gasphasen-Epitaxie MOCVD, MBE oder LPE nacheinander auf dem Substrat 21 aufgewachsen, um die DH-Struktur zu bilden. Die dielektrische Schicht 26 aus SiO&sub2; oder Si&sub3;N&sub4; wird mittels PECVD gebildet.
Anschließend wird, wie in Fig. 6b und 7b dargestellt, die Fotolackschicht 27 auf die dielektrische Schicht 26 aufgebracht. Mittels einer Fotolithografie wird in der Fotolackschicht ein Muster ausgebildet, und die dielektrische Schicht 26 wird mittels HF selektiv entfernt.
Das Muster in der Fotolackschicht wird dabei so ausgebildet, daß es die Hohlraumbreite in vertikaler Richtung und eine vorbestimmte Breite in hori zontaler Richtung besitzt.
Danach wird das sich ergebende Substrat in den LPE-Reaktor gesetzt und das oben angegebene Flüssigphasen-Ätzverfahren eingesetzt, um die DH- Struktur bis zum Substrat herunter wegzuätzen, die in Fig. 6c oder 7c dargestellt. In demselben Reaktor wird die TM-Schicht 28 oder die zweite Kaschierschicht 29 auf dem geätzten Teil wiederaufgewachsen, wie in Fig. 6d oder 7d gezeigt.
Die TM-Schicht 28 oder die zweite Kaschierschicht 29 wird dabei aus einem Material gebildet, das einen kleineren Brechungsindex und eine größere Energielücke als die aktive Schicht aufweist.
Wie in Fig. 6e oder 7e gezeigt, wird die dielektrische Schicht 26 entfernt, und es wird der Chip-Herstellungsprozeß durchgeführt, um den Halbleiter- Laserdioden-Einzelchip mit BH-Struktur bereitzustellen.
Die in vorstehender Weise hergestellte Laserdiode weist einen hohen COD- Pegel auf, was der Vorteil der Laserdiode mit wiederaufgewachsener TM- Schicht ist, um einen Hochleistungsbetrieb zu ermöglichen, und weist außerdem eine kleine Stromschwingung im Einzelmode auf, was der Vorteil der Laserdiode mit BH-Struktur ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Halbleiter- Laserdiode wird die DH-Struktur mit Hilfe des Flüssigphasenätzens, das eine Eigenschaft des LPE-Verfahrens ist, geätzt und nach dem Ätzen der DH- Struktur augenblicklich das Wiederaufwachsen durchgeführt, um das Entstehen eines durch das Ätzmittel bedingten Fehlers zu verhindern. Die Struktur wird nicht der Luft ausgesetzt, um die Oxidation der geätzten Ebene zu verhindern und Leckströme und eine abrupte Verschlechterung zu unterbinden, wenn die Halbleiter-Laserdiode für eine lange Zeit eingesetzt wird. Auf diese Weise wird der Halbleiterlaser leicht mit hoher Zuverlässig keit hergestellt.
Während die vorliegende Erfindung speziell mit Bezug auf besondere Ausführungsformen von ihr gezeigt und beschrieben wurde, wird ein Fachmann verstehen, daß verschiedene Änderungen hinsichtlich Form und Einzelheiten daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode, umfassend die Schritte:

- aufeinanderfolgendes Aufwachsen einer Kaschierschicht (22) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht (23) und einer Kaschierschicht (24) einer zweiten Leitfähigkeit auf einem Substrat (21),

- Bilden einer dielektrischen Schicht (26) auf der Kaschierschicht (24) der zweiten Leitfähigkeit,

- selektives Entfernen der dielektrischen Schicht (26), um die Kaschierschicht (24) des zweiten Leitfähigkeitstyps selektiv freizulegen, und

- selektives Entfernen von Teilen der Kaschierschicht (22) der ersten Leitfähigkeit, der aktiven Schicht (23) und der Kaschierschicht (24) der zweiten Leitfähigkeit mittels eines Rückschmelzprozesses unter Verwendung der dielektrischen Schicht (26) als Maske und anschließendes Wiederaufwachsen einer Halbleiterschicht (28, 29) anstelle der weggeätzten Teile mittels einer Flüssigphasen-Epitaxie, wobei das Ätzen mittels des Rückschmelzprozesses und das Wiederaufwachsen der Halbleiterschicht (28, 29) ohne Kontakt mit der Luftumgebung in demselben Flüssigphasen-Epitaxiereaktor stattfinden.

2. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 1, bei dem der selektiv entfernte Teil der dielektrischen Schicht (26) einer Spiegelebene der Laserdiode entspricht.

3. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 1, bei dem der selektiv entfernte Teil der dielektrischen Schicht (26) ein Kanalbereich zur Bildung einer Strombegrenzungsschicht ist, welche die aktive Schicht (23) der Laserdiode in horizontaler Richtung begrenzt.

4. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 1, bei dem der selektiv entfernte Teil der dielektrischen Schicht (26) einem Kanalbereich zur Bildung der Strombegrenzungsschicht entspricht, welche die Spiegelebene der Laserdiode und die aktive Schicht (23) der Laserdiode in horizontaler Richtung begrenzt.

5. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 1, bei dem die auf dem geätzten Bereich wiederaufgewachsene Halbleiterschicht (28, 29) durch Aufwachsen eines Materials gebildet wird, welches einen niedrigeren Brechungsindex und eine größere Energielücke als die aktive Schicht aufweist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 1, bei dem die auf dem geätzten Bereich wiederaufgewachsene Halbleiterschicht eine transparente Spiegelschicht (28) der Laserdiode ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 1, bei dem die auf dem geätzten Bereich wiederaufgewachsene Halbleiterschicht eine Kaschierschicht (29) ist.