DE69712541T2 - Halbleiterlaser und Herstellungsverfahren - Google Patents

Halbleiterlaser und Herstellungsverfahren

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Description

    1. GEBIET DER ERFINDUNG:
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen hochzuverlässigen Halbleiterlaser und ein Verfahren zum Herstellen desselben, wobei ein relativ kleiner Leistungsverbrauch erforderlich ist.
    • 2. BESCHREIBUNG DES EINSCHLÄGIGEN STANDES DER TECHNIK:
  • Verschiedene Techniken wurden zum Aufbauen eines hochzuverlässigen Halbleiterlasers erforscht, welcher einen relativ kleinen Leistungs- bzw. Energieverbrauch hat. Beispielsweise offenbart die offengelegte japanische Patentpublikation Nr. 5-160503 eine Halbleiterlaservorrichtung, die eine Gratführungs- bzw. Leitstruktur eines sogenannten tatsächlichen Brechungsindex-Führungstyps hat.
  • Anhand von Fig. 8 wird der oben erwähnte herkömmliche Halbleiterlaser beschrieben. Dieser Halbleiterlaser umfasst eine n-GaAs-Pufferschicht 202 (Dicke: etwa 0,5 um), eine untere n-Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 203 (Dicke: etwa 1 um), eine n-Al0,15Ga0,85As-Aktivschicht 204 (Dicke: etwa 0,07 um), eine obere p- Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 221 (Dicke: etwa 1 um in einem Gratteil und etwa 0,1 um in Bereichen außerhalb des Grates), eine p-GaAs-Deckschicht 208 (Dicke: etwa 0,2 um), eine n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 (Dicke: etwa 0,5 km), eine n-GaAs-Schutzschicht 220 (Dicke: etwa 0,5 um) und eine p-GaAs-Kontaktschicht 212 (Dicke: etwa 3 um), gebildet auf einem n-GaAs-Substrat 201. Ein Grat 213 ist in der oberen Überzugschicht 221 ausgebildet.
  • Im Folgenden wird anhand der Fig. 9A bis 9D ein Verfahren zum Herstellen des oben erwähnten herkömmlichen Halbleiterlasers beschrieben.
  • Zunächst werden in der ersten Stufe eines Halbleiterschicht-Kristallwachstums, welche in Fig. 9A gezeigt ist, die n-GaAs-Pufferschicht 202, die untere n- Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 203, die Al0,15Ga0,85As-Aktivschicht 204, die obere p-Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 221 und die p-GaAs-Deckschicht 208 sequentiell auf dem n-GaAs-Substrat 201 gebildet (Schritt A).
  • Sodann wird, wie in Fig. 2B gezeigt ist, ein dielektrischer Film 216 (beispielsweise ein Nitrid- oder ein Siliziumdioxidfilm) in einer Streifenform auf der p-GaAs-Deckschicht 208 gebildet. Durch Verwenden des dielektrischen Filmes 216 als eine Maske werden die p-GaAs-Deckschicht 208 und die obere p-Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 221 partiell abgeätzt, um dadurch einen Grat 213 zurückzulassen (Schritt B).
  • Sodann werden in der zweiten Stufe des in Fig. 9C gezeigten Halbleiterschicht- Kristallwachstums, indem wiederum der elektrische Film 216 als eine Maske verwendet wird, die n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 206 und die n-GaAs- Schutzschicht 220 selektiv durch MOCVD (metallorganische chemische Dampfabscheidung) aufgewachsen, um lediglich auf den Seitenflächen der p-GaAs-Deckschicht 208 und auf der oberen p-Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 221 vorhanden zu sein (Schritt C).
  • Als nächstes wird, wie in Fig. 9D gezeigt ist, der dielektrische Film 216 entfernt. In einer dritten Stufe des Halbleiterschicht-Kristallwachstums wird die p-GaAs- Kontaktschicht 212 gebildet, um alle die Teile der p-GaAs-Deckschicht 208, der n- Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 und der n-GaAs-Schutzschicht 220, die auf der Oberfläche freiliegen, zu bedecken (Schritt D).
  • Schließlich wird eine Elektrode auf jedem von dem n-GaAs-Substrat 208 und der p-GaAs-Kontaktschicht 212 gebildet, um den Halbleiterlaser zu vervollständigen. Der oben beschriebene herkömmliche Halbleiterlaser erzielt eine Laseroszillation durch Begrenzen von Licht und eines elektrischen Stromes in einem Bereich unterhalb der Al0,15Ga0,85As-Aktivschicht 204.
  • Wie oben beschrieben ist, hat der obige herkömmliche Halbleiterlaser eine Gratführungsstruktur, wobei ein Teil der oberen p-Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 221 den Grat 213 definiert. In einem Schritt B wird die obere p-Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 221 unvermeidbar nach der Bildung des Grates 213 zur Atmosphäre freigelegt. Im Allgemeinen bildet ein Teil der zur Atmosphäre freiliegenden AlGaAs- Schicht ein tiefes Energieniveau infolge ihres Al-Gehaltes, was ein Element ist, das für eine Oxidation relativ empfänglich ist. Dies lässt die AlGaAs-Schicht einiges Licht absorbieren, um dadurch die Zuverlässigkeit des Halbleiterlasers herabzusetzen. Dagegen liegt in dem oben erläuterten herkömmlichen Halbleiterlaser der Teil, der tatsächlich der Atmosphäre ausgesetzt war, in einem gewissen Abstand von dem aktiven Bereich hiervon, so dass die ungünstige Lichtabsorption, die in solchen freiliegenden Teilen auftritt, im Wesentlichen reduziert ist. Auf diese Weise erzielt der oben beschriebene herkömmliche Halbleiterlaser eine hohe Zuverlässigkeit.
  • Darüber hinaus begrenzt der herkömmliche Halbleiterlaser Licht längs der Horizontalrichtung lediglich in Termen des tatsächlichen Brechungsindex, d. h. durch Vorsehen der n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 (mit einem kleineren Brechungsindex als derjenige der oberen p-Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 221) auf der Außenseite des Grates 213 der oberen p-Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 221. Da diese Struktur (oft als die "tatsächliche Brechungsindex-Führungstypstruktur" bezeichnet) die horizontale Begrenzung von Licht ohne Verwenden von Lichtabsorption erzielt, kann sie den Ausbreitungsverlust während einer Laseroszillation reduzieren, was wiederum den Leistungs- bzw. Energieverbrauch des Lasers verringert.
  • In dem oben erwähnten Verfahren zum Herstellen einer herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung wird der dielektrische Film 216 über den Grat 213 während des Schrittes zum Bilden des Grates 213 geschichtet. Während des anschließenden MOCVD-Wachstums werden die n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 und die n-GaAs-Schutzschicht 220 selektiv lediglich in Bereichen gebildet, die von dem dielektrischen Film 216 verschieden sind. Als ein Ergebnis wird verhindert, dass die n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 und die n-GaAs-Schutzschicht 220 auf dem Grat 213 während des zweiten Kristallwachstums gebildet werden.
  • Darüber hinaus werden die n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 und die n- GaAs-Schutzschicht 220 der herkömmlichen Vorrichtung während des zweiten Kristallwachstums gebildet. Obwohl die n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 ausreichen würde, um Licht und einen elektrischen Strom zu begrenzen, gewährleistet die n-GaAs-Schutzschicht 220, dass GaAs (das relativ immun gegenüber einer Oxidation ist) sich über einen großen Bereich der Oberfläche der Vorrichtung vor dem dritten Kristallwachstum erstreckt. Somit ist die Kristallinität der p- GaAs-Kontaktschicht 212, die durch das dritte Kristallwachstum gebildet ist, verbessert im Vergleich mit dem Fall, in welchem die n-GaAs-Schutzschicht 220 nicht vorgesehen ist.
  • HF (Wasserstofffluorid) wird im Allgemeinen zum Abätzen des dielektrischen Filmes 216 verwendet. In der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung macht es die auf der n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 vorgesehene n-GaAs- Schutzschicht 220 möglich, HF zum Abätzen des dielektrischen Filmes 216 zu verwenden. Insbesondere ist HF ein Ätzmittel für eine AlxGa1-xAs-Schicht, wobei x gleich zu oder größer ist als 0,4 bei einer raschen Ätzrate, wobei jedoch die n- GaAs-Schutzschicht 220 verhindert, dass die n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 während des Prozesses zum Ätzen des dielektrischen Filmes 216 geätzt wird.
  • Jedoch versuchten die Erfinder der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebene herkömmliche Halbleiterlaservorrichtung zu erzeugen, und untersuchten deren Betrieb, was eine Anzahl von Problemen hervorgerufen hat, welche im Folgenden beschrieben sind.
  • Zunächst erfordert die oben beschriebene herkömmliche Halbleiterlaservorrichtung eine höhere Ansteuerspannung als diejenigen von Lasern von anderen Strukturen, die vor dieser Vorrichtung vorhanden waren. Eine Untersuchung durch die vorliegenden Erfinder zeigte, dass die Kristallinität der p-GaAs-Schutzschicht 212 in Bereichen, in denen sie in Berührung mit der n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 kommt, verschlechtert ist, so dass derartige Bereiche einen hohen Widerstand annehmen.
  • Das heißt, in dem oben beschriebenen herkömmlichen Halbleiterlaser werden die n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 und die n-GaAs-Schutzschicht 220 während des zweiten Kristallwachstums gebildet, um dadurch zu gewährleisten, dass ein großer Bereich der Oberfläche der Vorrichtung vor dem dritten Kristallwachstum GaAs (das relativ immun gegenüber einer Oxidation ist) ist, um die Kristallinität der p-GaAs-Kontaktschicht 212, die durch das dritte Kristallwachstum gebildet ist, zu verbessern. Jedoch ist eine gewisse Breite der n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 auf jeder Seite der p-GaAs-Deckschicht 208 (die einen Teil des Grates definiert) auf der Oberfläche der Laservorrichtung vor dem dritten Kristallwachstum vorhanden. In der oben erläuterten Halbleiterlaservorrichtung, die durch die vorliegenden Erfinder erzeugt ist, beträgt die Breite des oben erwähnten Teiles (der auf jeder Seite der p-GaAs-Deckschicht 208 auf der Oberfläche erscheint) der n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 etwa 0,47 um, was lediglich geringfügig kleiner als die Dicke (etwa 0,5 um) der Teile der n-Al0,65Ga0,35As- Stromsperrschicht 209 ist, die über der oberen p-Al0,5Ga0,5As-Überzugschicht 221 in Bereichen außerhalb des Grates vorhanden sind. Aufgrund der Oxidation des Al-Gehaltes in der n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 kann die Kristallinität des Bereiches der p-GaAs-Kontaktschicht 212 (gebildet durch das dritte Kristallwachstum) auf der n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 verschlechtert sein, um dadurch den spezifischen Widerstand des Bereiches zu steigern. Da sich ein elektrischer Strom in dem Teil der p-GaAs-Kontaktschicht 212 neben dem Grat konzentriert, hat jegliche Zunahme im spezifischen Widerstand einen großen unerwünschten Einfluss in diesem Bereich, um so im Wesentlichen die Ansteuerspannung des Halbleiterlasers zu vergrößern.
  • Darüber hinaus soll die n-GaAs-Schutzschicht 220 des oben erläuterten herkömmlichen Halbleiterlasers, die auf der n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 vorgesehen ist, ein Ätzen der n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 während des Prozesses des Ätzens des dielektrischen Filmes 212 mit HF verhindern. Jedoch ist die n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 noch empfänglich für ein Ätzen durch HF in den Bereichen, die auf beiden Seiten der p-GaAs-Deckschicht 208 an dem Grat auftreten. Wenn die n-Al0,65Ga0,35As-Stromsperrschicht 209 überätzt wird, kann der Halbleiterlaser nicht oszillieren.
  • An zweiter Stelle hat die oben erläuterte herkömmliche Halbleiterlaservorrichtung eine kurze Lebensdauer unter kontinuierlichem bzw. Dauerbetrieb. Dieses Problem kann durch innerhalb der Vorrichtung auftretende Versetzungen verursacht sein, die vermutlich durch Verwendung eines Nitridfilmes im Herstellungsprozess hervorgerufen sind. Insbesondere schließt die Herstellung des herkömmlichen Halbleiterlasers ein selektives MOCVD-Wachstum ein, welches den dielektrischen Film 216 verwendet, der auf der p-GaAs-Deckschicht 208 gebildet ist. Das selektive MOCVD-Wachstum wird im Allgemeinen bei einer Temperatur von etwa 650ºC bis etwa 800ºC durchgeführt. Wenn ein dielektrischer Film, der auf einer Halbleiterschicht gebildet ist, einer derart hohen Temperatur ausgesetzt wird, erfährt der Halbleiterlaser eine große Menge an Spannung bzw. Dehnung aufgrund der Differenz im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Halbleiterschicht und dem dielektrischen Film, wodurch die Erzeugung einer großen Anzahl an Versetzungen erlaubt wird. Im Allgemeinen nimmt die Zuverlässigkeit des Halbleiterlasers wesentlich ab, wenn die Anzahl von Versetzungen, die im Laseremissionsbereich erzeugt sind, zunimmt. Es wird davon ausgegangen, dass die oben erläuterte herkömmliche Laservorrichtung eine Anzahl von Versetzungen in ihrem Laseremissionsbereich hat, was in der kurzen Betriebsdauer hiervon resultiert.
  • Drittens erfordert das selektive MOCVD-Wachstum der AlGaAs-Schicht unter Verwendung eines dielektrischen Filmes ein korrosives Gas, beispielsweise HCl, das gleichzeitig zu verwenden ist, was es schwierig macht, die MOCVD-Vorrichtung zu handhaben und/oder aufrechtzuerhalten.
  • Das zum Stand der Technik zählende Dokument EP 0 385 388 A offenbart eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer Halbleiter-Mehrschichtstruktur, die auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist. Die Halbleiter-Mehrschichtstruktur umfasst eine aktive Schicht, eine untere Überzugschicht, die unterhalb der aktiven Schicht vorgesehen ist, wobei die untere Überzugschicht den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, eine obere Überzugstruktur, die über der aktiven Schicht vorgesehen ist, wobei die obere Überzugstruktur einen zweiten Leitfähigkeitstyp hat, und eine Deckschicht, die über der oberen Überzugstruktur vorgesehen ist. Die Deckschicht hat den zweiten Leitfähigkeitstyp, und ein Grat ist in der oberen Überzugstruktur gebildet. Die Breite einer unteren Seite einer Deckschicht ist größer als eine Breite einer oberen Seite des Grates.
  • Weiterhin offenbart das zum Stand der Technik zählende Dokument 0 616 399 A eine Laserdiode mit einem Einkristallsubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps einer Verbindung der Gruppe III-V, eine erste Überzugschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die auf dem Einkristallsubstrat gebildet ist, eine aktive Schicht, die auf der ersten Überzugschicht gebildet ist, eine zweite Überzugschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der aktiven Schicht gebildet ist und einen Grat hat und eine Stromsperrschicht, die die laterale Seite des Grates der zweiten Überzugschicht berührt. Die Stromsperrschicht hat eine Dicke von 0,8 km.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • In einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung eine Halbleiterlaservorrichtung mit einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer Halbleiter- Mehrschichtstruktur, die auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist und eine aktive Schicht aufweist, wobei die Halbleiter-Mehrschichtstruktur außerdem umfasst: eine untere Überzugschicht, die unterhalb der aktiven Schicht vorgesehen ist, wobei die untere Überzugschicht den ersten Leitfähigkeitstyp hat, eine obere Überzugstruktur, die über der aktiven Schicht vorgesehen ist, wobei die obere Überzugsstruktur einen zweiten Leitfähigkeitstyp hat, und eine Deckschicht die über der oberen Überzugstruktur vorgesehen ist, wobei die Deckschicht den zweiten Leitfähigkeitstyp hat und wobei weiterhin ein Grat in der oberen Überzugstruktur gebildet ist, eine Breite einer unteren Seite der Deckschicht größer ist als eine Breite einer oberen Seite des Grates und die Halbleiter-Mehrschichtstruktur außerdem aufweist: eine Stromsperrschicht, die die Deckschicht und den Grat auf beiden Seiten überlagert und aus einem Material hergestellt ist, das den ersten Leitfähigkeitstyp hat.
  • Mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bedeckt eine Schutzschicht die Stromsperrschicht im Wesentlichen auf beiden Seiten.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die aktive Schicht einen Brechungsindex, der größer ist als ein Brechungsindex der unteren Überzugschicht und ein Brechungsindex der oberen Überzugstruktur, und die Stromsperrschicht hat einen Brechungsindex, der kleiner ist als der Brechungsindex der oberen Überzugstruktur.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die obere Überzugstruktur und die Stromsperrschicht Al, und die Deckschicht und die Schutzschicht umfassen null oder mehr Al, wobei die Deckschicht weniger Al als die obere Überzugstruktur aufweist und die Schutzschicht weniger Al als die Stromsperrschicht einschließt.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die obere Überzugstruktur: eine erste obere Überzugschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, eine Ätzstoppschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und eine zweite obere Überzugschicht mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, und der Grat ist im Wesentlichen in der zweiten oberen Überzugschicht gebildet.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Ätzstoppschicht eine Zusammensetzung, die von einer Zusammensetzung der ersten oberen Überzugschicht und einer Zusammensetzung der zweiten oberen Überzugschicht verschieden ist.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet jede der Seitenflächen der Deckschicht etwa 90º oder mehr bezüglich der unteren Seite der Deckschicht.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet jede der Seitenflächen der oberen Überzugstruktur etwa 90º oder weniger bezüglich einer unteren Seite der oberen Überzugstruktur.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung erfüllt die Halbleiterlaservorrichtung die Beziehung 0,3 um < W2 - W3 < 3 um, wobei W2 eine Breite der unteren Seite der Deckschicht ist und W3 eine Breite der oberen Seite des Grates bedeutet.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel erfüllt die Halbleiterlaservorrichtung die Beziehung (W1 - W3) /2d1 < 3, wobei W1 eine Breite der oberen Seite der Deckschicht ist, W3 eine Breite der oberen Seite des Grates bedeutet und d1 eine Dicke der Deckschicht darstellt.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Schutzschicht wenigstens eine erste Schutzschicht und eine zweite Schutzschicht, die so angeordnet sind, dass die erste Schutzschicht im Wesentlichen zwischen der zweiten Schutzschicht und der Stromsperrschicht vorgesehen ist, die erste Schutzschicht den ersten Leitfähigkeitstyp hat und die zweite Schutzschicht den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung genügt die Halbleiterlaservorrichtung der Beziehung d2 > 0,2 um, wobei d2 eine Dicke der Stromblockier- oder Sperrschicht bedeutet.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung erfüllt die Halbleiterlaservorrichtung die Beziehung d2 + d3 > 0,4 um, wobei d2 eine Dicke der Stromblockierschicht ist und d3 eine Dicke der ersten Schutzschicht bedeutet.
  • In einem anderen Aspekt liefert die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen eines Halbleiterlasers, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ablagern in dieser Reihenfolge einer unteren Überzugschicht eines ersten ersten Leitfähigkeitstyp, einer aktiven Schicht, einer oberen Überzugstruktur eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer Deckschicht des zweiten Leitfähigkeitstyp auf einem Halbleitersubstrat des ersten Leitfähigkeitstyps, Bilden eines streifenförmigen ersten Ätzschutzfilmes auf der Deckschicht, wobei der streifenförmige erste Ätzschutzfilm als Maske wirkt, Bilden eines Grates in der oberen Deckstruktur durch Abätzen vorbestimmter Bereiche der Deckschicht und der oberen Deckstruktur, die im Wesentlichen nicht durch die Maske bedeckt sind, wobei der Grat eine obere Seite mit einer Breite kleiner als eine Breite der unteren Seite der Deckschicht hat und wobei das Verfahren nach dem Bilden des Grates die folgenden Schritte aufweist: Bilden in dieser Reihenfolge einer Stromsperrschicht mit dem ersten Leitfähigkeitstyp und einer Schutzschicht, so dass die Stromsperrschicht und die Schutzschicht im Wesentlichen die Deckschicht und Seitenflächen des Grates bedecken, Bilden eines zweiten Ätzschutzfilmes in Bereichen die von einem obersten Teil der Schutzschicht verschieden sind, welcher nach oben über die Deckschicht vorsteht, und Entfernen eines Teiles der Schutzschicht und der Stromsperrschicht, welcher oberhalb der Abdeckschicht gebildet ist.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die obere Überzugstruktur bei einer Ätzgeschwindigkeit geätzt, welche rascher als eine Ätzgeschwindigkeit für die Deckschicht während des Schrittes des Bildens des Grates ist.
  • In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Schritt des Ablagerns der oberen Überzugstruktur einen Schritt des Ablagerns einer ersten Überzugschicht mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp, einer Ätzstoppschicht mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp und einer zweiten oberen Überzugschicht mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp in dieser Reihenfolge, und der Schritt des Bildens des Grates mit einer oberen Seite bzw. Fläche, die eine Breite aufweist, die kleiner als eine Breite einer unteren Seite bzw. Fläche der Deckschicht ist, liefert den Grat in dem zweiten oberen Überzug durch Wegätzen vorbestimmter Bereiche der Deckschicht und der zweiten oberen Überzugschicht der oberen Überzugstruktur, die nicht im Wesentlichen durch die Maske bedeckt sind, um so einen Grat in der oberen Überzugstruktur zu bilden.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die zweite obere Überzugschicht mit einer Ätzgeschwindigkeit geätzt, die rascher als eine Ätzgeschwindigkeit für die Deckschicht während des Bildungsschrittes für einen Grat ist.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die Ätzstoppschicht eine Zusammensetzung, die von einer Zusammensetzung der ersten oberen Überzugschicht und einer Zusammensetzung der zweiten oberen Überzugschicht verschieden ist.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Schritt eines Entfernens eines Teiles der Schutzschicht und der Stromsperrschicht einen Schritt eines selektiven Entfernens lediglich nur der Schutzschicht durch ein Ätzen, das eine raschere Ätzgeschwindigkeit für die Schutzschicht als für die Stromsperrschicht liefert.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Schritt des Entfernens eines Teiles der Schutzschicht und die Stromsperrschicht einen Schritt des Ätzens der Stromsperrschicht durch ein Ätzen, das eine im Wesentlichen gleiche Ätzgeschwindigkeit für die Schutzschicht und die Stromsperrschicht liefert, nachdem selektiv lediglich die Schutzschicht entfernt ist.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der Schritt des Ätzens der Stromsperrschicht einen Schritt des Ätzens der Seitenflächen der Deckschicht, der Stromsperrschicht in der Nachbarschaft der Seitenflächen der Deckschicht und der Schutzschicht.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung hat die aktive Schicht einen höheren Brechungsindex, der größer als ein Brechungsindex der unteren Überzugschicht und ein Brechungsindex der oberen Überzugstruktur ist, und die Stromsperrschicht hat einen Brechungsindex, der kleiner als der Brechungsindex der oberen Überzugstruktur ist.
  • In noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die obere Deckstruktur und die Stromsperrschicht Al und die Deckschicht sowie die Schutzschicht umfassen null oder mehr Al, wobei die Deckschicht weniger Al als die obere Überzugstruktur einschließt und die Schutzschicht weniger Al aufweist als die Stromsperrschicht.
  • Der Halbleiterlaser gemäß der vorliegenden Erfindung ist so aufgebaut, dass die Breite der Deckschicht größer wird als die Breite des obersten Teiles der oberen Überzugschicht während der ersten Stufe eines Kristallwachstums. Wenn als ein Ergebnis die Stromsperrschicht und die Schutzschicht(en) in der zweiten Stufe des Halbleiter-Kristallwachtums unter Verwendung der MOCVD-Wachstumsmethode gebildet werden, kann die Dicke der Teile der Al-enthaltenden Stromsperrschicht neben dem Grat reduziert werden. Mit anderen Worten, der freiliegende Teil der das Al-enthaltenden Stromsperrschicht (der empfindlich gegenüber Oxidation ist), ist reduziert. Insbesondere ist der Bereich der Seitenflächen des Grates gesteigert, um die Menge an Material, das längs der Gratseitenflächen zugeführt ist, relativ zu reduzieren, woraus eine relativ niedrige Wachstumsrate längs der Gratseitenflächen resultiert. Als ein Ergebnis wird die Verschlechterung in der Kristallinität der Kontaktschicht, die durch die dritte Stufe des Kristallwachstums gebildet ist, auf lediglich die kleinen Bereiche neben den Gratseitenflächen begrenzt, wodurch die Ansteuerspannung des Halbleiterlasers an einem Anwachsen gehindert ist.
  • In dem Fall, in welchem ein Ätzen mittels HF oder dergleichen nach der zweiten Stufe des Kristallwachstums durchgeführt wird, kann die Stromsperrschicht wirksamer an einem Ätzen als bei herkömmlichen Techniken infolge der kleinen Breite der Teile der Stromsperrschicht neben den Gratseitenflächen gehindert werden.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers der vorliegenden Erfindung wird die zweite Stufe des Kristallwachstums durchgeführt, ohne einen dielektrischen Film zu verwenden, so dass die Halbleiterschichten an Versetzungen gehindert sind. Da darüber hinaus es nicht erforderlich ist, ein korrosives Gas einzusetzen, werden die Handhabung und der Betrieb des MOCVD-Gerätes erleichtert.
  • Weiterhin werden gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung die Stromsperrschicht (die eine relativ große Menge an Al enthält) und die Schutzschicht(en), (die eine relativ kleine Menge an Al enthalten) sequentiell gebildet. Wenn sodann die Schichten, die über dem Grat gebildet sind, entfernt werden, wird (werden) die Schutzschicht(en) selektiv geätzt, wonach die verbleibende(n) Schicht(en) auf dem Grat abgeätzt werden. Durch Teilen des Ätzprozesses in zwei Stufen bzw. Schritte wird es möglich, das selektive Ätzen der Deckschicht und das Ätzen der anderen Schichten in relativ kurzen Zeitdauern zu vervollständigen. Als ein Ergebnis kann das Auftreten von unbefriedigenden Produkten aufgrund eines exzessiven oder unzureichenden Ätzens reduziert werden.
  • Somit ermöglicht die hier beschriebene Erfindung die Vorteile eines (1) Vorsehens einer Halbleiterlaservorrichtung eines niedrigen Widerstandes, in welcher die Kristallinität der Kontaktschicht verbessert ist, (2) des Vorsehens eines hochzuverlässigen Halbleiterlasers, in welchem das Auftreten von Versetzungen in dem aktiven Bereich verhindert ist, und (3) eines Verfahrens zum Herstellen solcher Halbleiterlaservorrichtungen.
  • Diese und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann nach Lesen und Verstehen der folgenden Detailbeschreibung anhand der begleitenden Figuren offenbar.
    • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist eine Schnittdarstellung, die eine Halbleiterlaservorrichtung nach Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung, die eine Halbleiterlaservorrichtung nach Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 3A und 3B sind Schnittdarstellungen, die eine Halbleiterlaservorrichtung nach Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung, die eine Halbleiterlaservorrichtung nach Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung, die eine Halbleiterlaservorrichtung nach Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 6A bis 6J sind Schnittdarstellungen, die jeweilige Herstellungsschritte einer Halbleiterlaservorrichtung nach Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • Fig. 7A und 7B sind Schnittdarstellungen, die Herstellungsschritte einer Halbleiterlaservorrichtung nach Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
  • Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung, die eine herkömmliche Halbleiterlaservorrichtung zeigt.
  • Fig. 9A bis 9D sind Schnittdarstellungen, die Herstellungsschritte einer herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung veranschaulichen.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Im Folgenden wird anhand der begleitenden Figuren die vorliegende Erfindung in Ausführungsbeispielen beschrieben.
    • (Beispiel 1)
  • Ein Halbleiterlaser nach Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung wird anhand von Fig. 1 beschrieben.
  • Der in Fig. 1 gezeigte Halbleiterlaser umfasst eine Halbleiter-Mehrschichtstruktur (einschließlich einer Vielzahl von Halbleiterschichten, die epitaktisch aufgewachsen sind), welche auf einem n-GaAs-Substrat 101 (Dicke: etwa 50 um bis etwa 130 um) gebildet ist.
  • Die Halbleiter-Mehrschichtstruktur umfasst: eine n-GaAs-Pufferschicht 102 (Dicke: etwa 0,1 um bis etwa 1,0 um), eine untere n-AlxGa1-xAs-Überzugschicht 103 (Dicke: etwa 0,5 um bis etwa 2,0 um) (0,45 &le; x &le; 0,65), eine AlyGa1-yAs-Aktivschicht 104 (Dicke: etwa 0,01 um bis etwa 0,1 um) (0,07 &le; y &le; 0,16), eine erste obere p-AlzGa1-zAs-Überzugschicht 105 (Dicke: etwa 0,1 um bis etwa 0,4 um) (0,45 &le; z &le; 0,65) und eine p-GaAs-Ätzstoppschicht 106 (Dicke: etwa 0,002 um bis etwa 0,004 um), die in dieser Reihenfolge auf das Substrat 101 geschichtet sind.
  • Weiterhin umfasst die Halbleiter-Mehrschichtstruktur eine zweite obere p-AluGa1- uAs-Überzugschicht 107 (Dicke: etwa 0,3 um bis etwa 1,5 um) (0,45 &le; u &le; 0,65) mit einem Grat 113 und einer p-GaAs-Deckschicht 108 (Dicke: etwa 0,2 um bis etwa 1,0 um) über dem und in der Nähe des zentralen Teiles der p-GaAs-Ätzstoppschicht 106. Die p-GaAs-Deckschicht 108 ist auf der zweiten oberen Überzugschicht 107 gebildet. Weiterhin umfasst die Halbleiter-Mehrschichtstruktur eine n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 (Dicke: etwa 0,2 um bis etwa 1,0 um) (0,5 v &le; 0,85) und eine erste n-GaAs-Schutzschicht 110 (Dicke: etwa 0,2 um bis etwa 1,0 um) sowie eine zweite p-GaAs-Schutzschicht 111 (Dicke: etwa 0,5 um bis etwa 1,5 um), die in dieser Reihenfolge weg vom dem Substrat 101 geschichtet sind. Die Schichten 109, 110 und 111 sind so gebildet, dass die zweite obere Überzugschicht 107 und die Deckschicht 108 auf beiden Seiten zwischenliegen. Eine p- GaAs-Kontaktschicht 112 (Dicke: etwa 70 um) ist weiterhin auf der Deckschicht 108 gebildet.
  • Hier bedeuten x, y, z, u und v jeweilige Komponentenverhältnisse, wobei v > u und x, z, u > y gelten.
  • Die Breite der unteren Seite der p-GaAs-Deckschicht 108 ist auf einen Wert festgeschrieben, der größer als die Breite der oberen Seite der zweiten oberen p-AluGa1- uAs-Überzugschicht 107 ist. Die Breite des untersten Teiles der zweiten oberen p- AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 (die den untersten Teil des Grates definiert) ist bei etwa 0,5 um bis etwa 5,0 um vorgeschrieben. Die p-GaAs-Deckschicht 108 ist derart gebildet, dass jede Seitenfläche einen Winkel von 90º oder mehr bezüglich der Bodenfläche bildet. Die zweite obere p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 ist derart gebildet, dass jede Seitenfläche einen Winkel von 90º oder weniger bezüglich der Bodenfläche aufweist.
  • Nunmehr wird ein Verfahren zum Herstellen des oben erläuterten und in Fig. 1 dargestellten Halbleiterlasers anhand der Fig. 6A bis 6J beschrieben.
  • Zunächst werden in der ersten Stufe des in Fig. 6A gezeigten Halbleiterschicht- Kristallwachstums die n-GaAs-Pufferschicht 102, die untere n-AlxGa1-xAs-Überzugschicht 103, die AlyGa1-yAs-Aktivschicht 104, die erste obere p-AlzGa1-zAs- Überzugschicht 105, die p-GaAs-Ätzstoppschicht 106, die zweite obere p-AluGa1- uAs-Überzugschicht 107 und die p-GaAs-Deckschicht 108 in dieser Reihenfolge auf dem n-GaAs-Substrat 101 (unter Verwendung von beispielsweise einer MOCVD-Wachstumstechnik) aufgewachsen.
  • Sodann wird, wie in Fig. 6B gezeigt ist, ein Resistfilm 114 in einer gestreiften Gestalt (in der (011)-Orientierung) auf der p-GaAs-Deckschicht 108 unter Verwendung bekannter Fotolithografietechniken gebildet.
  • Sodann werden, wie in Fig. 6C gezeigt ist, die p-GaAs-Deckschicht 108 und die zweite obere p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 teilweise in Bereichen, in denen der Resistfilm 114 nicht gebildet ist, geätzt. Dieser Ätzprozess wird durch ein Verfahren ausgeführt, das eine geringe Selektivität zwischen AlGaAs und GaAs liefert. Die Ätzzeit wird so gesteuert, dass ein Teil der zweiten oberen p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 auf der gesamten oberen Fläche bzw. Seite der p-GaAs-Ätzstoppschicht 106 zurückbleibt, ohne vollständig die zweite obere p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 zu entfernen.
  • Das Ätzverfahren kann beispielsweise ein Nassätzen sein, bei dem eine Mischung von H&sub2;SO&sub4; : H&sub2;O&sub2; : H&sub2;O = 1 : 8 : 50 als ein Ätzmittel verwendet wird. Da dieses Ätzmittel eine gewisse Anisotropie in der Ätzgeschwindigkeit für p-GaAs hat, kann die p-GaAs-Deckschicht 108 in eine sogenannte umgekehrte Mesagestalt geätzt werden, bei welcher jede Seitenfläche hiervon einen Winkel von 90º oder mehr bezüglich der Bodenfläche hierzu bildet, indem das GaAs in einer gestreiften Gestalt längs der (011)-Orientierung geätzt wird. Da dieses Ätzmittel eine geringfügig raschere Ätzgeschwindigkeit für AlGaAs als für GaAs hat, kann die Breite der unteren Seite oder Fläche der p-GaAs-Deckschicht 108 größer gemacht werden als die Breite der oberen Seite oder Fläche der zweiten oberen p-AlGaAs-Überzugschicht 107 nach dem Ätzen.
  • Anschließend wird, wie in Fig. 6D gezeigt ist, die zweite obere p-AlGaAs-Überzugschicht 107 selektiv unter Verwendung eines Ätzmittels geätzt, das eine langsamere Ätzgeschwindigkeit für GaAs als für AlGaAs liefert. Als ein Ergebnis wird die zweite p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 in Bereichen weggeätzt, in denen der Resistfilm 114 nicht gebildet ist, so dass der Rest der zweiten oberen p-AluGal uAs-Überzugschicht 107 den Grat 113 bildet. Es ist gewährleistet, dass der Grat 113 so geformt ist, dass die Breite von (der oberen Seite und der unteren Seite) der p-GaAs-Schicht 108 größer ist als die Breite von (der oberen Seite und unteren Seite) der zweiten oberen p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107. HF kann in geeigneter Weise beispielsweise als das Ätzmittel verwendet werden. Der Resistfilm 114 wird nach diesem Ätzprozess entfernt.
  • Sodann werden, wie in Fig. 6E gezeigt ist, in der zweiten Stufe des Halbleiterschicht-Kristallwachstums (nachdem der Resistfilm 114 entfernt ist) die n-Alv- Ga1-vAs-Stromsperrschicht 109, die erste n-GaAs-Schutzschicht 110 und die zweite p-GaAs-Schutzschicht 111 auf der gesamten oberen Seite bzw. Fläche der Ätzstoppschicht 106 in dieser Reihenfolge unter Verwendung von MOCVD-Wachstumstechniken aufgewachsen.
  • Sodann werden, wie in Fig. 6F gezeigt ist, die n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109, die erste n-GaAs-Schutzschicht 110 und die zweite p-GaAs-Schutzschicht 111 in dieser Reihenfolge aufgewachsen, um den Grat 113 und die Seitenflächen und die obere Fläche bzw. Seite der p-GaAs-Deckschicht 108 zu bedecken. Ein Ätzschutzfilm 115 (bestehend aus einem Resist oder dergleichen) wird auf der oberen Seite bzw. Fläche der zweiten p-GaAs Schutzschicht 111 mit Ausnahme der Nähe des Gipfels des konvexen Teiles der zweiten p-GaAs-Schutzschicht 111 gebildet.
  • Sodann werden, wie in Fig. 6 G gezeigt ist, die erste n-GaAs-Schutzschicht 110 und die zweite p-GaAs-Schutzschicht 111 über dem Grat 113 selektiv mittels eines Ätzmittels geätzt, das eine langsamere Ätzgeschwindigkeit für AlGaAs als für GaAs liefert. Als das Ätzmittel kann beispielsweise NH&sub4;OH : H&sub2;O&sub2; : H&sub2;O = 1 : 30: 50 verwendet werden.
  • Sodann werden, wie in Fig. 6H gezeigt ist, Teile der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109, die erste n-GaAs-Schutzschicht 110 und die zweite p-GaAs-Schutzschicht 111, die über dem Grat 113 und der Nähe hiervon liegen, geätzt, um eine planare Fläche (einschließlich der oberen Fläche der p-GaAs-Deckschicht 108) zu erhalten, indem ein Ätzmittel verwendet wird, das eine kleine Selektivität zwischen AlGaAs und GaAs liefert. Als das Ätzmittel kann beispielsweise NH&sub4;OH : H&sub2;O&sub2; : H&sub2;O = 1 : 8 : 50 verwendet werden.
  • Sodann wird, wie in Fig. 61 gezeigt ist, die Ätzschutzschicht 115 entfernt. Als nächstes wird, wie in Fig. 6J dargestellt ist, die p-GaAs-Kontaktschicht 112 über der gesamten planaren Fläche einschließlich der p-GaAs-Deckschicht 108 gebildet.
  • Nach den oben beschriebenen Schritten, die in den Fig. 6A bis 6J veranschaulicht sind, wird eine Elektrode auf dem n-GaAs-Substrat 101 und der p-GaAs-Kontaktschicht 112 gebildet, um dadurch den Halbleiterlaser gemäß Beispiel 1 der Erfindung zu vervollständigen (dargestellt in Fig. 1).
  • Voraussetzungen für das Material, das die Ätzstoppschicht 106 zusammensetzt, sind: i) der Al-Gehalt muss kleiner sein als der Al-Gehalt der zweiten oberen Überzugschicht 107, um die Oxidation der Oberfläche zu minimieren, welche nach der Bildung des Grates 113 freiliegt, und ii) die Lichtabsorption durch die Ätzschicht 106 muss ein Minimum sein. Dies sind die Gründe, warum zahlreiche herkömmliche Techniken eine Schicht, die Al bei einem Komponentenverhältnis von 0,2 bis 0,25 enthält, als die Atzstoppschicht verwenden. Jedoch enthält die in Beispiel 1 verwendete GaAs-Ätzstoppschicht 106 (mit einer Dicke von beispielsweise 30 A) nicht irgendwelches Al und wird daher bei Freiliegen zur Atmosphäre sehr unwahrscheinlich oxidiert, nachdem die zweite obere p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 in dem Schritt der Bildung des Grates 113 entfernt wurde. Als ein Ergebnis kann ein hervorragender Kristall auf der GaAs-Ätzstoppschicht 106 in dem folgenden MOCVD-Schritt abgelagert bzw. aufgetragen werden.
  • Aufgrund von Quanteneffekten ist die tatsächliche Bandabstandsenergie der Ätzstoppschicht 106 größer als diejenige der aktiven Schicht. Als ein Ergebnis absorbiert die Ätzstoppschicht 106 nicht Licht, das von der aktiven Schicht emittiert ist. Somit verursacht gemäß Beispiel 1 die Ätzstoppschicht, die neben der aktiven Schicht gelegen ist, im Wesentlichen keinen Ausbreitungsverlust.
  • In Beispiel 1 wird der Grat 113 so gebildet, dass die Breite der unteren Seite der p-GaAs-Deckschicht 108 größer ist als die Breite der oberen Seite bzw. Fläche der zweiten oberen p-AluGa1-uAs-Schicht 107, was im Gegensatz zu herkömmlichen Halbleiterlasern ist. Als ein Ergebnis kann die Dicke der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109, die auf den Seitenflächen der p-GaAs-Deckschicht 108 gebildet ist, reduziert werden, um dadurch die Fläche der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 (die die oxidationsempfindliche Al-Komponente enthält) zu minimieren, welche auf der Oberfläche des Halbleiterlasers freiliegt. Somit wird die Verschlechterung in der Kristallinität der Kristallschicht 112 (gebildet durch das dritte Kristallwachstum) auf lediglich einen kleinen Bereich der Stromsperrschicht 109, der auf der Oberseite freiliegt, begrenzt.
  • Darüber hinaus bildet in Beispiel 1 jede Seitenfläche der p-GaAs-Deckschicht 108 einen Winkel (&alpha;, wie in Fig. 1 gezeigt ist) von 90º oder mehr bezüglich der Bodenfläche hiervon. Je näher zu dem Substrat 101 die Seitenflächen der p-GaAs- Deckschicht 108 orientiert sind, desto mehr sammelt sich von dem auf diesen Seitenflächen vorgesehenen Material auf den Seitenflächen der zweiten oberen p- AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 und der oberen Fläche bzw. Seite der p-GaAs- Ätzstoppschicht 106 an. Als ein Ergebnis ist weniger Material auf den Seitenflächen der p-GaAs-Deckschicht 108 vorgesehen.
  • Weiterhin bildet in Beispiel 1 jede Seitenfläche der zweiten oberen p-AluGa1-uAs- Überzugschicht 107 einen Winkel (&beta;, wie in Fig. 1 gezeigt ist) von 90º oder weniger bezüglich der Bodenfläche hiervon, um dadurch die Seitenflächen der p-GaAs- Deckschicht 108 enger zu den Seitenflächen der zweiten oberen p-AluGa1-uAs- Überzugschicht 107 als in dem Fall zu bringen, in welchem der Winkel 90º überschreitet. Als ein Ergebnis ist mehr Material längs den Seitenflächen der zweiten oberen p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 vorgesehen, während weniger Material längs der Seitenflächen der p-GaAs-Deckschicht 108 vorhanden ist, um es dadurch zu ermöglichen, eine Mindestfläche der Al-enthaltenden Schicht auf der Oberfläche freizulegen. Als ein Ergebnis wird die Verschlechterung in der Kristallinität in der Kontaktschicht 112 reduziert, um dadurch wirksam die Ansteuerspannung des Halbleiterlasers zu verringern.
  • Um die oben erläuterten Effekte zu erzielen, ist es vorzuziehen, dass die Breite W2 des untersten Teiles der p-GaAs-Deckschicht 108 und die Breite W3 des obersten (Gipfel-)Teiles des konvexen Grates der zweiten oberen Überzugschicht 107 die Beziehung 0,3 um < W2 - W3 < 3 um erfüllen.
  • In Beispiel 1 ist die Breite der n-AlvGal-vAs-Stromsperrschicht 109, die auf den Seitenflächen der p-GaAs-Deckschicht 108 gebildet ist, typischerweise in dem Bereich von 0,05 um bis etwa 0,35 um, obwohl sie für eine geringe Variation empfänglich ist. Eine solche Dicke trägt zu etwa 60% oder weniger von 0,6 um bei, was die Dicke der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 ist, die in Bereichen mit Ausnahme des Grates 113 gebildet ist (ein Bereich mit Ausnahme der Teile, die in Berührung mit den Seitenflächen des Grates 113 sind). Die Breite der Teile der n- AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109, die auf den Seitenflächen der p-GaAs-Deckschicht 108 gebildet ist, beträgt vorzugsweise etwa 0,4 um oder weniger.
  • Die Breite W1 der oberen Seite bzw. Fläche der p-GaAs-Deckschicht 108, die Dicke d1 und die Breite W3 der oberen Fläche oder Seite der zweiten oberen p-Alu- GaiuAs-Überzugschicht 107 müssen die Beziehung (W1 - W3)/2d1 < 3 erfüllen. Der Wert von (W1 - W3)/2d1 zeigt das Ausmaß der p-GaAs-Deckschicht 108 an, mit dem diese über die obere Fläche oder Seite der zweiten oberen p-AlGaAs-Überzugschicht 107 vorspringt. Insbesondere springt die p-GaAs-Deckschicht 108 drastisch über die obere Fläche oder Seite der zweiten oberen p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 vor, wenn der Wert von (W1 - W3)/2d1 anwächst. Wenn der Wert von (W1 - W3)/2d1 etwa 3 überschreitet, wird das Vorspringen der p-GaAs-Deckschicht 108 übermäßig und macht sich selbst verwundbar durch beispielsweise Abbrechen. Daher muss der Wert (W1 - W3)/2d1 kleiner als etwa 3 und vorzugsweise etwa 2,5 oder weniger sein.
  • Das Herstellungsverfahren gemäß Beispiel 1 verwendet nicht irgendwelche dielektrischen Filme für das zweite Kristallwachstum wie im Fall des oben beschriebenen herkömmlichen Beispiels. Als ein Ergebnis wird vermieden, dass die Halbleiterschichten eine Spannung oder Dehnung wie in dem Fall des herkömmlichen Beispiels haben, um dadurch einen hochzuverlässigen Halbleiterlaser zu schaffen.
  • In Beispiel 1 werden die n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109, die erste n-GaAs- Schutzschicht 110 und die zweite p-GaAs-Schutzschicht 111, die so geformt sind, dass sie den Grat 113 bedecken, durch das erste selektive Ätzen der ersten n- GaAs-Schutzschicht 110 und der zweiten p-GaAs-Schutzschicht 111 (Fig. 6G) und dann das Ätzen der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 entfernt (Fig. 6H). Durch Ätzen der Schichten 109, 110 und 111 in zwei Schritten wird es möglich, das selektive Ätzen der p-GaAs-Deckschicht 108 (Fig. 6C) und das Ätzen der anderen Schichten in relativ kurzen Zeitdauern zu vervollständigen (verglichen mit der Ätzzeit, die für das Ätzen der drei Schichten 109, 110 und 111 zur gleichen Zeit erforderlich ist), um dadurch das Auftreten von unbefriedigenden Produkten aufgrund eines übermäßigen oder unzureichenden Ätzens zu reduzieren.
  • Weiterhin wird der Prozess eines teilweisen Ätzens der Stromsperrschicht 109 durchgeführt durch Verwenden eines Ätzmittels, das eine geringe Selektivität liefert, und durch Steuern der Ätzzeit. Wenn dagegen HF oder dergleichen zum selektiven Ätzen der n-AlvGapvAs-Stromsperrschicht 109 über dem Grat 113 verwendet wird, können kleine bzw. feine Löcher neben der pGaAs-Deckschicht 108 hervorgerufen werden. Da die zweite p-GaAs-Schutzschicht 111 und die erste n- GaAs-Schutzschicht 110 bereits durch Ätzen entfernt sind (Fig. 6G), kann der nicht-selektive Ätzprozess in einer kurzen Zeit abgeschlossen werden, so dass das Auftreten von unbefriedigenden Produkten aufgrund eines übermäßigen oder unzureichenden Ätzens gemäß Beispiel 1 minimiert ist.
  • Die n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109, die erste n-GaAs-Schutzschicht 110, die zweite p-GaAs-Schutzschicht 111 legen beide Seitenflächen des Grates 113 dazwischen. (Im Folgenden werden diese drei Schichten kollektiv als eine "Stromsperrstruktur" bezeichnet.) Der Halbleiterlaser von Beispiel 1 wendet die Stromsperrstruktur an, um die Ätzzeit für die Stromsperrschicht 109 allein zu reduzieren. Mit anderen Worten, die Stromsperrstruktur umfasst zwei n-Schichten und eine p-Schicht, d. h.. die erste n-GaAs-Schutzschicht 110 und die zweite p-GaAs- Schutzschicht 111, um es zu ermöglichen, sicher den elektrischen Strom zu sperren, der innerhalb der Schichten fließt, die dazwischen liegen, ohne die Dicke der n-AlvGaivAs-Stromsperrschicht 109 übermäßig zu steigern.
  • Die Dicke der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 sollte minimiert sein. Wenn jedoch die n-AlvGaivAs-Stromsperrschicht 109 zu dünn ist, kann die erste n- GaAs-Schutzschicht 110 etwas Licht absorbieren. Die Dicke d2 der n-AlvGa1-vAs- Stromsperrschicht 109 muss größer sein als wenigstens etwa 0,2 um, um eine Ausbreitung aufgrund der tatsächlichen Brechungsindexführung zu erreichen. Vorzugsweise ist d2 größer als wenigstens etwa 0,3 um, um zuverlässig eine Lichtabsorption in der auf der n-AlvGapvAs-Stromsperrschicht 109 gelegenen ersten n-GaAs-Schutzschicht 110 zu verhindern.
  • Wenn die Summe der Dicken der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 und der ersten n-GaAs-Schutzschicht 110 zu groß ist, kann die Diffusion eines Dotierstoffes durch diese n-Schichten zunehmen, so dass die erste obere p-AlzGa1-zAs- Überzugsschicht den n-Leitfähigkeitstyp haben kann. Wenn andererseits die Gesamtdicke der n-Schichten zu klein ist, können die n-Schichten zu der Zeit einer Strominjektion herabbrechen oder der p-Typ-Dotierstoff, der von den oberen und unteren p-Schichten diffundiert ist, kann den Schichten die p-Typ-Leitfähigkeit verleihen, was möglicherweise zu einem Stromlecken führt. Um dieses Problem zu vermeiden, ist es vorzuziehen, dass die Dicke d3 der ersten n-GaAs- Schutzschicht 110 die Beziehung d2 + d3 > 0,4 um erfüllt, damit das Stromlecken verhindert wird. Vorzugsweise erfüllt die Dicke d3 der ersten n-GaAs-Schutzschicht 110 die Beziehung d2 + d3 > 0,6 um. In Beispiel 1 sind die n-AlvGa1-vAs- Stromsperrschicht 109 und die erste n-GaAs-Schutzschicht 110 in größeren Dicken als erforderlich gebildet.
  • In Beispiel 1 wird das partielle Ätzen der p-GaAs-Deckschicht 108 und der zweiten oberen p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 durch Nassätzen mittels eines Ätzmittels, das H&sub2;SO&sub4; : H&sub2;O&sub2; : H&sub2;O bei 1 : 8 : 50 enthält, erreicht (Fig. 6C). Dieses Ätzen ist so zeitlich abgestimmt, dass die zweite obere p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 nicht vollständig entfernt wird, sondern eher über der gesamten oberen Seite bzw. Fläche der p-GaAs-Ätzstoppschicht 106 zurückbleibt.
  • Als ein alternatives Verfahren für diesen Ätzschritt kann die p-GaAs-Deckschicht 108 selektiv durch Verwenden eines Ätzmittels geätzt werden, das eine langsame Ätzgeschwindigkeit für AlGaAs liefert, wie beispielsweise ein Ätzmittel, das NH&sub4;OH : H&sub2;O&sub2; : H&sub2;O zu 1 : 30 : 50 enthält ("Methode A"). In diesem Fall kann dieser Ätzschritt beendet werden, sobald die p-GaAs-Deckschicht 108 geätzt ist, ohne die zweite obere p-AlGaAs-Überzugschicht 107 zu ätzen. Sodann ist es auch möglich, partiell die p-GaAs-Deckschicht 108 und die zweite obere p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 durch ein Ätzverfahren zu ätzen, das eine geringe Selektivität zwischen AlGaAs und GaAs liefert, um die in Fig. 6C gezeigte Gestalt zu bilden (Methode B).
  • Der Vorteil der Methode A (selektives Ätzen) liegt darin, dass das Ätzen einfach zu steuern ist. Der Nachteil liegt darin, dass, da die zweite obere p-AluGa 1 uAs-Überzugschicht 107 zurückgelassen ist, ohne überhaupt geätzt zu sein, der folgende Ätzschritt mit HF für eine lange Zeit durchzuführen sein kann.
  • Der Vorteil der Methode B liegt darin, dass das Ätzen in zwei Schritten durchgeführt wird, so dass die Ätzzeit mit dem Ätzmittel, das H&sub2;SO&sub4; : H&sub2;O&sub2; : H&sub2;O zu 1 : 8 : 50 enthält, reduziert werden kann. Der Nachteil liegt in der gesteigerten Anzahl von Ätzschritten, was den Herstellungsprozess etwas komplizierter macht.
  • In einer alternativen Methode zu der Methode von Beispiel 1 ist es möglich, den Teil der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109, der über dem Grat 113 vorhanden ist, zu ätzen. Auch in diesem Fall hat die n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 eine sehr kleine Breite auf jeder Seite der p-GaAs-Deckschicht 108 und wird daher weniger wahrscheinlich geätzt als in dem herkömmlichen Beispiel.
  • Die p-GaAs-Kontaktschicht 112 kann auf der Ebene, die die p-GaAs-Deckschicht 108 enthält, durch entweder MOCVD, MBE (Molekularstrahlepitaxie) oder LPE (Flüssigphasenepitaxie) aufgewachsen werden. Jede der obigen Methoden kann eine exzellente Kontaktschicht 112 aufwachsen, da die n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 eine sehr kleine Breite auf jeder Seite der p-GaAs-Deckschicht 108 hat. Die Struktur von Beispiel 1 ist besonders effektiv für das LPE-Wachstumsverfahren, in welchem es relativ schwierig ist, einen Kristall auf AlGaAs aufzuwachsen. Die Struktur von Beispiel 1 ist auch insbesondere vorteilhaft aufgrund der kleinen Breite der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 auf jeder Seite der p- GaAs-Deckschicht 108 in dem Fall, in welchem Elektroden auf dem Halbleiterlaser vorgesehen sind, ohne die p-GaAs-Kontaktschicht 112 zu bilden, da die Adhäsion zwischen den Elektroden AlGaAs relativ schwach ist.
  • Die Deckschicht 108, die erste Schutzschicht 110 und die zweite Schutzschicht 111 können Al enthalten. Beispielsweise können diese Schichten aus AlGaAs hergestellt sein.
    • (Beispiel 2)
  • Anhand von Fig. 2 wird ein Halbleiterlaser gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Der Halbleiterlaser gemäß Beispiel 2 hat die gleiche Struktur wie diejenige des Halbleiterlasers gemäß Beispiel 1 mit Ausnahme der Gestalten bzw. Formen der p- GaAs-Deckschicht 108 und der zweiten oberen p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107.
  • Die p-GaAs-Deckschicht 108 hat eine umgekehrte Mesagestalt. Jede Seitenfläche der p-GaAs-Deckschicht 108 ist aus zwei Teilen zusammengesetzt, wobei der niedrigere bzw. untere Teil (bezeichnet bei a) in Fig. 2) enger bzw. näher zu der Horizontalrichtung gebildet ist. Als ein Ergebnis können die Dicken der Teile der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109, die benachbart zu den Seitenflächen der p- GaAs-Deckschicht 108 sind, weiter reduziert werden. Um diese Struktur zu erhalten wird die Ätzzeit unter Verwendung des Ätzmittels, das H&sub2;SO4 : H&sub2;O&sub2; : H&sub2;O zu 1 : 8 : 50 enthält, in dem Schritt des Entfernens von Teilen der p-GaAs-Deckschicht 108 und der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 im Vergleich mit Beispiel 1 gesteigert. Somit wird jede Ecke oder Kante, die mit a) in Fig. 6C bezeichnet ist, geätzt, um einen neuen unteren Teil der Seitenfläche zu bilden.
  • Die zweite obere p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 wird so gebildet, dass sie gekrümmte Seitenflächen hat, wie dies bei b) in Fig. 2 gezeigt ist. Durch Anwenden dieser Struktur wird die Verteilung von Ladungsträgern, die in den Emissionsbereich der aktiven Schicht unmittelbar unter dem Grat 113 injiziert sind, ähnlich zu der Verteilung von Licht, um dadurch die Emissionswirksamkeit zu verbessern. Um diese Struktur zu erhalten, ist die Ätzzeit HF während des Schrittes des partiellen Wegätzens der zweiten oberen Überzugschicht 107 so angepasst, dass die Ätzzeit für die Seitenflächen des Grates 113 allein, durchgeführt nach Entfernen der zweiten oberen p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 in Bereichen außerhalb des Grates 113, im Vergleich mit Beispiel 1 reduziert ist. Als ein Ergebnis wird die Gestalt des Grates 113, der von dem vorhergehenden Schritt erhalten ist, in angemessener Weise bewahrt. Der unterste Teil von jeder gekrümmten Seitenfläche der zweiten oberen p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 ist vorzugsweise nicht so gekrümmt, dass er asymptotisch zu der p-GaAs-Ätzstoppschicht 106 ist (in diesem Fall würde die Ladungsträgerverteilung insgesamt zerstreut und ausgebreitet sein). Daher ist es vorzuziehen, dass der unterste Teil von jeder gekrümmten Seitenfläche der zweiten oberen p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 einen ausreichenden Winkel bezüglich der p-GaAs-Ätzstoppschicht 106 bildet.
  • Die Deckschicht 108, die erste Schutzschicht 110 und die zweite Schutzschicht 111 können Al enthalten. Beispielsweise können diese Schichten aus AlGaAs hergestellt sein.
    • (Beispiel 3)
  • Anhand der Fig. 3A und 3B wird ein Halbleiterlaser gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Der Halbleiterlaser gemäß Beispiel 3 hat die gleiche Struktur wie diejenige des Halbleiterlasers gemäß Beispiel 2 mit der Ausnahme, dass die Seitenflächen der p- GaAs-Deckschicht 108 sowie Teile der n-AlGaAs-Stromsperrschicht 109, der ersten n-Typ-Schutzschicht 110 und der zweiten p-GaAs-Schutzschicht 111 in der Nähe der Seitenflächen der p-GaAs-Deckschicht 108 in eine konkave Gestalt geätzt sind, auf welcher die p-GaAs-Kontaktschicht 112 gebildet wird. Fig. 3A veranschaulicht den Fall, in welchem die p-Kontaktschicht 112 durch LPE-Wachstum gebildet ist. Fig. 3B zeigt den Fall, in welchem die p-Kontaktschicht 112 durch MOCVD-Wachstum gebildet ist.
  • Um diese Struktur zu erhalten, müssen beim Schritt des selektiven Entfernens der ersten und zweiten Schutzschichten 110 und 111 die erste n-GaAs-Schutzschicht 110 und die zweite p-GaAs-Schutzschicht 111 länger als in Beispiel 2 geätzt werden. Durch die gesteigerte Ätzzeit wird ein großer Spalt auf jeder Seite zwischen der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 und den ersten und zweiten Schutzschichten 110 und 111 erhalten (Fig. 7A). Sodann wird die n-AlvGa1-vAs- Stromsperrschicht 109 auf dem Grat 113 durch ein Ätzmittel entfernt, das eine geringe Selektivität zwischen AlGaAs und GaAs liefert. Als ein Ergebnis werden die Seitenflächen und benachbarte Bereiche der p-GaAs-Deckschicht 108 in konkave Formen geätzt, was die zuvor gebildeten großen Spalten wiedergibt (Fig. 7B). Schließlich wird nach dem Ätzen der Schutzfilm 115 entfernt, die p-GaAs-Kontaktschicht 116 wird über der gesamten Oberfläche einschließlich der konkaven Grabenteile gebildet.
  • In Beispiel 3 werden konkave Gräben einschließlich der Teile der n-AlvGa1-vAs- Stromsperrschicht 109, die auf der Oberfläche freiliegen, auf welcher die p-GaAs- Kontaktschicht 112 aufgewachsen wird, gebildet. Wenn ein konkaver Graben auf einem flachen Substrat gebildet und darauf ein Kristall aufgewachsen wird, ist im Allgemeinen das Kristallwachstum in dem Graben stärker erhöht, so dass die Oberfläche des Substrates über der Zeit planar wird. Aufgrund dieses Effektes ist das Kristallwachstum auf der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 gesteigert, um weiter die Verschlechterung in der Kristallinität zu minimieren.
  • Durch Anwenden der Struktur, in welcher die konkaven Gräben mit der p-GaAs- Kontaktschicht 112 gefüllt oder wenigstens bedeckt sind, werden die Seitenflächen der p-GaAs-Deckschicht 108 (es sei angemerkt, dass diese eine p-Leitfähigkeit hat) elektrisch mit der zweiten p-GaAs-Schutzschicht 111 verbunden. Als ein Ergebnis begrenzt die p-GaAs-Deckschicht 108 nicht elektrische Ströme, so dass der Widerstand der p-GaAs-Deckschicht 108 drastisch reduziert werden kann.
  • Die Deckschicht 108, die erste Schutzschicht 110 und die zweite Schutzschicht 111 können Al enthalten. Beispielsweise können diese Schichten aus AlGaAs hergestellt sein.
    • (Beispiel 4)
  • Anhand von Fig. 4 wird ein Halbleiterlaser gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Der Halbleiterlaser gemäß Beispiel 4 hat die gleiche Struktur wie diejenige des Halbleiterlasers gemäß Beispiel 1 mit der Ausnahme, das lediglich zwei Schichten, d. h. eine n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 (Dicke: etwa 0,2 um bis etwa 1,0 um) und eine p-GaAs-Schutzschicht 120 (Dicke: etwa 0,5 um bis etwa 1,5 um) auf der Außenseite des Grates 113 angeordnet sind. Um ein Stromlecken zu verhindern, ist die Dotierungsgröße der p-GaAs-Schutzschicht 120 auf etwa 1,0 E + 18 cm&supmin;³ oder weniger reduziert. Die Struktur von Beispiel 4 liefert die gleichen Gesamteigenschaften wie die Strukturen der Beispiele 1 und 2. Jedoch kann die Struktur von Beispiel 4 weniger vorteilhaft als die Strukturen der Beispiele 1 und 2 darin sein, dass die p-Typ-Leitfähigkeit irrtümlich für die n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 aufgrund einer kleinen Variation der Wachstumsbedingungen für den Kristall eingeprägt ist. Dies beruht darauf, dass ein p-Typ-Dotierstoff zu der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 diffundieren kann, um ein gewisses Stromlecken zu verursachen.
  • Die Deckschicht 108 und die Schutzschicht 120 können Al enthalten. Beispielsweise können diese Schichten aus AlGaAs hergestellt sein.
    • (Beispiel 5)
  • Anhand von Fig. 5 wird ein Halbleiterlaser gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Im Unterschied zu den oben erläuterten Beispielen der Erfindung enthält der Halbleiterlaser gemäß Beispiel 5 nicht die p-GaAs-Ätzstoppschicht 106. Das heißt, die erste obere p-AlzGa1-zAs-Überzugschicht 105, die p-GaAs-Ätzstoppschicht 106 und die zweite obere p-AluGa1-uAs-Überzugschicht 107 sind durch eine obere p- AlGaAs-Überzugschicht 121 ersetzt. Weiterhin hat die p-Typ-Deckschicht 108 eine Zusammensetzung, die durch AlaGa1-aAs dargestellt ist (Dicke: etwa 0,2 um bis etwa 1,0 um; a &le; 0,4). Die erste n-Typ-Schutzschicht 110 hat eine Zusammensetzung, die durch AlbG1-bAs dargestellt ist (Dicke: etwa 0,2 um bis etwa 1,0 um; b &le; 0,4). Die zweite p-Typ-Schutzschicht 111 hat eine Zusammensetzung, die durch AlcGa1-cAs dargestellt ist (Dicke: etwa 0,5 um bis etwa 1,5 um; c &le; 0,4). Es soll darauf hingewiesen werden, dass die Deckschicht 108, die erste Schutzschicht 110 und die zweite Schutzschicht 111 Al enthalten oder nicht enthalten können. Weiterhin hat die p-AlaGa1-aAs-Deckschicht 108 nicht eine umgekehrte Mesagestalt.
  • Das Herstellungsverfahren für den Halbleiterlaser von Beispiel 5 weicht von dem Herstellungsverfahren für den Halbleiterlaser von Beispiel 1 darin ab, dass der Schritt des partiellen Ätzens der Deckschicht und der zweiten oberen Überzugschicht und der Schritt des selektiven Entfernens der zweiten oberen Überzugschicht durch Trockenätzen vorgenommen werden. Insbesondere ist der Schritt des selektiven Entfernens der zweiten oberen Überzugschicht zeitlich gesteuert, um das gewünschte Ätzen infolge des Fehlens der Ätzstoppschichten zu erreichen (anders als in Beispiel 1). Da die p-AlaGa1-aAs-Deckschicht 108 nicht eine umgekehrte Mesagestalt hat, nimmt die Dicke der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 neben den Seitenflächen in der p-AlaGa1-aAs-Deckschicht 108 im Vergleich mit den Beispielen 1, 2 und 3 zu, wobei jedoch die Dicke dennoch kleiner ist als in dem herkömmlichen Beispiel, so dass das der herkömmlichen Struktur innewohnende Problem wirksam gelöst ist.
  • Selbst in dem Fall, in welchem ein dielektrischer Film, wie derjenige, der in dem herkömmlichen Beispiel eingesetzt wird, verwendet wird, sind die Strukturen der Beispiele 1 bis 5 der vorliegenden Erfindung wirksam gegenüber der herkömmlichen Struktur, um ein Ätzen der n-AlvGa1-vAs-Stromsperrschicht 109 zu der Zeit des Entfernens des dielektrischen Filmes mit HF und dergleichen zu verhindern.
  • Wie oben beschrieben ist, kann mit der vorliegenden Erfindung die Kristallinität der Kontaktschicht 112 verbessert werden, so dass ein Halbleiterlaser mit niedrigem Widerstand vorgesehen werden kann.
  • Durch Verwenden des Herstellungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird verhindert, dass Zersetzungen in dem aktiven Bereich auftreten. Als ein Ergebnis kann ein hochzuverlässiger Halbleiterlaser hergestellt werden.
  • Obwohl die oben beschriebenen Beispiele lediglich ein AlGaAs-Materialsystem veranschaulichen, ist es für den Fachmann verständlich, dass jedes andere Materialsystem, das nicht dem Prinzip der vorliegenden Erfindung widerspricht oder dieses behindert, beispielsweise InGaAl, alternativ verwendet werden kann.
  • Verschiedene andere Modifikationen sind für den Fachmann offenbar und ausführbar, ohne vom Bereich dieser Erfindung abzuweichen. Demgemäß ist nicht beabsichtigt, dass der Bereich der hier beigefügten Patentansprüche auf die obige Beschreibung begrenzt ist, sondern dass die Patentansprüche vielmehr breit zu verstehen sind.

Claims (23)

1. Halbleiterlasereinrichtung mit:
- einem Halbleitersubstrat (101) eines ersten Leitfähigkeitstyps und
- einer Halbleitermehrschichtstruktur, welche auf dem Halbleitersubstrat (101) vorgesehen ist und welche eine aktive Schicht (104) aufweist, wobei die Halbleitermehrschichtstruktur ferner aufweist:
- eine untere Deckschicht (103), welche unterhalb der aktiven Schicht (104) vorgesehen ist und welche vom ersten Leitfähigkeitstyp ist;
- eine obere Deckstruktur (105, 106, 107), welche über der aktiven Schicht (104) vorgesehen ist und welche von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ist, und
- eine Abdeckschicht (108), welche oberhalb der oberen Deckstruktur (105, 106, 107) vorgesehen ist und welche vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist,
- wobei ein Grat (113) in der oberen Deckstruktur (105, 106, 107) ausgebildet ist und
- wobei eine Breite einer unteren Fläche der Abdeckschicht (108) größer ist als eine Breite einer oberen Fläche des Grats (113),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Halbleitermehrschichtstruktur ferner eine Stromblockierschicht (109) aufweist, welche die Abdeckschicht (108) und den Grat (113) auf beiden lateralen Seiten abdeckt, wobei die Stromblockierschicht (109) aus einem Halbleitermaterial vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet ist.
2. Halbleiterlasereinrichtung nach Anspruch 1, bei welchem die Halbleitermehrschichtstruktur ferner aufweist: eine Schutzschicht (110), welche die Stromblockierschicht (109) im Wesentlichen auf beiden Seiten abdeckt.
3. Halbleiterlasereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welcher die aktive Schicht (104) einen Brechungsindex größer als ein Brechungsindex der unteren Deckschicht (103) und als ein Brechungsindex der oberen Deckstruktur (105, 106, 107) aufweist und bei welcher die Stromblockierschicht (109) einen Brechungsindex kleiner als der Brechungsindex der oberen Deckstruktur (105, 106, 107) aufweist.
4. Halbleiterlasereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
- bei welcher die obere Deckstruktur (105, 106, 107) und die Stromblockierschicht (109) Al aufweisen,
- bei welcher die Abdeckschicht (108) und die Schutzschicht (109) kein oder mehr Al aufweisen und
- bei welcher die Abdeckschicht (108) weniger Al als die obere Deckstruktur (105, 106, 107) und die Schutzschicht (110) weniger Al als die Stromblockierschicht (109) aufweisen.
5. Halbleiterlasereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die obere Deckstruktur (105, 106, 107) aufweist:
- eine erste obere Deckschicht (105) vom zweiten Leitfähigkeitstyp,
- eine Ätzstoppschicht (106) vom zweiten Leitfähigkeitstyp und
- eine zweite obere Deckschicht (107) vom zweiten Leitfähigkeitstyp,
- wobei der Grat (113) im Wesentlichen in der zweiten oberen Deckschicht (107) ausgebildet ist.
6. Halbleiterlasereinrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Ätzstoppschicht (106) eine von der Zusammensetzung der ersten oberen Deckschicht (105) von der Zusammensetzung der zweiten oberen Deckschicht (107) verschiedene Zusammensetzungen aufweist.
7. Halbleiterlasereinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher jede der Seitenflächen der Abdeckschicht (108) in Bezug auf die untere Fläche der Abdeckschicht (108) etwa 90º oder mehr bildet.
8. Halbleiterlasereinrichtung nach Anspruch 7, bei welcher jede der Seitenflächen der oberen Deckstruktur (105, 106, 107) in Bezug auf die untere Fläche der oberen Deckstruktur (105, 106, 107) etwa 90º oder weniger bildet.
9. Halbleiterlasereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher die Beziehung 0,3 um < W2 - W3 < 3 um gilt,
- wobei W2 eine Breite der unteren Fläche der Abdeckschicht (108) und
- wobei W3 eine Breite der oberen Fläche des Grats (113) bedeuten.
10. Halbleiterlasereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher die Beziehung (W1 - W3)/2d1 < 3 gilt,
- wobei W1 eine Breite der oberen Fläche der Abdeckschicht (108) bedeutet,
- wobei W3 eine Breite der oberen Fläche des Grads (113) bedeutet und
- wobei d1 eine Dicke der Abdeckschicht (108) bedeutet.
11. Halbleiterlasereinrichtung nach Anspruch 2,
- bei welcher die Schutzschicht (110, 111) mindestens eine erste Schutzschicht (110) und eine zweite Schutzschicht (111) aufweist, welche derart angeordnet sind, dass die erste Schutzschicht (110) im Wesentlichen zwischen der zweiten Schutzschicht (111) und der Stromblockierschicht (109) angeordnet ist, und
- bei welcher die erste Schutzschicht (110) vom ersten Leitfähigkeitstyp und die zweite Schutzschicht (111) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist.
12. Halbleiterlasereinrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Beziehung d2 > 0,2 um erfüllt ist, wobei d2 eine Dicke der Stromblockierschicht (109) bedeutet.
13. Halbleiterlasereinrichtung nach Anspruch 11, bei welcher die Beziehung d2 + d3 > 0,4 um erfüllt ist,
- wobei d2 eine Dicke der Stromblockierschicht (109) und
- wobei d3 eine Dicke der ersten Schutzschicht (110) bedeuten.
14. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlasereinrichtung mit den Schritten:
- Abscheiden einer unteren Deckschicht (103) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, einer aktiven Schicht (104), einer oberen Deckstruktur (105, 106, 107) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp und einer Abdeckschicht (108) vom zweiten Leitfähigkeitstyp in dieser Reihenfolge auf einem Halbleitersubstrat (101) vom ersten Leitfähigkeitstyp,
- Ausbilden einer streifenförmigen ersten Ätzschutzschicht (114) auf der Abdeckschicht (108), wobei die streifenförmige erste Ätzschutzschicht (114) als Maske dient,
- Ausbilden eines Grats (113) in der oberen Deckstruktur (105, 106, 107) durch Wegätzen vorbestimmter Bereiche der Abdeckschicht (108) und der oberen Deckstruktur (105, 106, 107), welche nicht wesentlich von der Maske abgedeckt sind, wobei der Grat (113) eine obere Fläche mit einer Breite kleiner als eine Breite der unteren Fläche der Abdeckschicht (108) aufweist,
wobei das Verfahren nach dem Schritt des Ausbildens des Grats (113) nachfolgend die Schritte aufweist:
- Ausbilden einer Stromblockierschicht (109) vom ersten Leitfähigkeitstyp und einer Schutzschicht (110) in dieser Abfolge derart, dass die Stromblockierschicht (109) und die Schutzschicht (110) die Abdeckschicht (108) und die lateralen Seitenflächen des Grads (113) im Wesentlichen abdecken,
- Ausbilden einer zweiten Ätzschutzschicht (111) in anderen Bereichen als dem zuoberst angeordneten Bereich der Schutzschicht (110), welche über der Abdeckschicht (108) aufwärts gerichtet ist, und
- Entfernen eines Bereichs der Schutzschicht (110) und der Stromblockierschicht (109), welche über der Abdeckschicht (108) ausgebildet ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die obere Deckstruktur (105, 106, 107) mit einer höheren Ätzgeschwindigkeit, als einer Ätzgeschwindigkeit für die Abdeckschicht (108) während des Schrittes des Ausbildens des Grats (113) geätzt wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15,
- bei welchem der Schritt des Abscheidens der oberen Deckstruktur (105, 106, 107) einen Schritt des Abscheidens einer ersten oberen Deckschicht (105) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, einer Ätzstoppschicht (106) vom zweiten Leitfähigkeitstyp und einer zweiten oberen Deckschicht (107) vom zweiten Leitfähigkeitstyp in dieser Reihenfolge aufweist und
- bei welchem der Schritt des Ausbildens des Grats (113) mit einer oberen Fläche mit einer kleineren Breite als der Breite der unteren Fläche der Abdeckschicht (108) den Grat (113) in der zweiten oberen Deckschicht (107) durch Wegätzen vorbestimmter Bereiche der Abdeckschicht (108) und der oberen Deckschicht (107) der oberen Deckstruktur (105, 106, 107) ausbildet, welche nicht im Wesentlichen durch die Maske bedeckt werden, um in der oberen Deckstruktur (105, 106, 107) den Grat (113) auszubilden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem die zweite obere Deckschicht (107) mit einer höheren Ätzgeschwindigkeit als die Ätzgeschwindigkeit für die Abdeckschicht (108) während des Schritts des Ausbildens des Grats (113) geätzt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem die Ätzstoppschicht (106) eine von der Zusammensetzung der ersten oberen Deckschicht (105) und von der Zusammensetzung der zweiten oberen Deckschicht (107) verschiedene Zusammensetzung aufweist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, bei welchem der Schritt des Entfernens eines Bereichs der Schutzschicht (110) und der Stromblockierschicht (109) einen Schritt des selektiven Entfernens nur von der Schutzschicht (110) durch Ätzen aufweist, und bei welchem eine höhere Ätzgeschwindigkeit für die Schutzschicht (110) als für die Stromblockierschicht (109) vorgesehen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem der Schritt des Entfernens eines Bereichs der Schutzschicht (110) und der Stromblockierschicht (109) nach dem selektiven Entfernen nur von der Schutzschicht (110) einen Schritt des Ätzens der Stromblockierschicht (109) durch ein Ätzen aufweist, bei welchem im Wesentlichen gleiche Ätzgeschwindigkeiten sowohl für die Schutzschicht (110) als auch für die Stromblockierschicht (109) vorgesehen werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, bei welchem der Schritt des Ätzens der Stromblockierschicht (109) einen Schritt des Ätzens der Seitenflächen der Abdeckschicht (108), der Stromblockierschicht (109) in der Nachbarschaft der Seitenflächen der Abdeckschicht (108) und der Schutzschicht (110) aufweist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei welchem die aktive Schicht (104) einen höheren Brechungsindex aufweist als der Brechungsindex der untere Deckschicht (108) und als der Brechungsindex der oberen Deckstruktur (105, 106, 107) und bei welchem die Stromblockierschicht (109) einen kleineren Brechungsindex aufweist als der Brechungsindex der oberen Deckstruktur (105, 106, 107).
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22,
- bei welchem die obere Deckstruktur (105, 106, 107) und die Stromblockierschicht (109) Al aufweisen,
- bei welchem die Abdeckschicht (108) und die Schutzschicht (110) kein oder mehr Al aufweisen und
- bei welchem die Abdeckschicht (108) weniger Al als die obere Deckstruktur (105, 106, 107) und die Schutzschicht (110) weniger Al aufweist als die Stromblockierschicht (109).
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