DE69836932T2

DE69836932T2 - Lichtemittierende Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE69836932T2
Application number: DE1998636932
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Chemical Corp. Kenji Ushiku-shi Shimoyama; c/o Mitsubishi Chemical Corp. Katsushi Ushiku-shi Fujii; c/o Mitsubishi Chemical Corporation Satoru Ushiku-shi Nagao; c/o Mitsubishi Chemical Corporation Hideki Ushiku-shi Goto
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: EP0867949A3; EP0867949B1; EP0867949A2; DE69836932D1

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung, die geeignet als eine Stegwellenleiter-Halbleiterlaservorrichtung verwendet werden kann, die fähig ist, in einer transversalen Grundmode zu schwingen.
Hintergrund der Erfindung
Ein Herstellungsverfahren für eine herkömmliche Stegwellenleiter-Halbleiterlaservorrichtung und eine Schnittansicht ihrer Struktur sind in 2(a) bis 2(c) gezeigt.
In der Figur bezeichnet 201 ein Substrat, 202 bezeichnet eine Deckschicht von einem ersten Leitungstyp, 203 bezeichnet eine aktive Schicht, 204 bezeichnet eine Deckschicht von einem zweiten Leitungstyp, 205 bezeichnet eine Kontaktschicht vom zweiten Leitungstyp, 206 bezeichnet einen aus einem Isolator gefertigten Schutzfilm, 207 bezeichnet eine Elektrode auf der Epitaxieseite, und 208 bezeichnet eine Elektrode der Substratseite.
Ein Verfahren zur Herstellung der herkömmlichen Stegwellenleiter-Halbleiterlaservorrichtung ist wie folgt. Zuerst wird eine Doppelheterostruktur (auf die hier im weiteren als "DH" Bezug genommen wird) erzeugt, in der die aktive Schicht 203 von der Oberseite und der Unterseite zwischen zwei Deckschichten eingeschoben ist (2(a)). Durch einen Ätzprozeß unter Verwendung einer streifenähnlichen Maske wird ein Stegabschnitt 209 gebildet. Während dieses Prozesses wird in Nichtstegabschnitten 210 das Ätzen bis zu einer mittleren Höhe der auf der aktiven Schicht 203 bereitgestellten Deckschicht 204 vom zweiten Leitungstyp durchgeführt (2(b)). Danach werden die seitlichen Ober flächen des Stegs und die Oberflächen der Nichtstegabschnitte mit dem Schutzfilm 206 bedeckt, wodurch verhindert wird, daß ein Strom durch einen anderen Abschnitt als die Oberseite des Stegs fließt. Die Elektrode 207 wird auf dem Schutzfilm und dem oberen Abschnitt des Stegs ausgebildet, und die Elektrode 208 wird auch auf der Substratseite ausgebildet.
Gemäß dieser Struktur wird ein Strom durch den Stegabschnitt der Deckschicht und dann in die aktive Schicht 203 injiziert. Daher konzentriert sich der Strom in den Bereich der aktiven Schicht 203, der unter dem Stegabschnitt ist, so daß Licht mit einer der Bandlücke der aktiven Schicht 203 entsprechenden Energie erzeugt wird. Im allgemeinen ist die Bandlücke der aktiven Schicht kleiner als der der oberen und unteren Deckschichten, und der Brechungsindex der aktiven Schicht ist größer als die der oberen und unteren Deckschichten. Folglich können Ladungsträger und Licht wirksam in der aktiven Schicht eingeschlossen werden, und der Schwellstrom für die Laseremission kann gesenkt werden.
Im Gegensatz dazu ist in den Nichtstegabschnitten 210 der Schutzfilm 206, dessen Brechungsindex kleiner als der der Halbleiterabschnitte ist, ausgebildet, und folglich ist der effektive Brechungsindex der Abschnitte der aktiven Schicht 203, die unter den Nichtstegabschnitten 210 sind, kleiner als der des Abschnitts, der unter dem Stegabschnitt 209 ist. Als ein Ergebnis wird das erzeugte Licht in der aktiven Schicht 203, die unter dem Stegabschnitt 209 ist, eingeschlossen.
Da die Elektrode 207 nur die Kontaktschicht auf der Oberseite des Stegabschnitts anschließen soll, wird die herkömmliche Stegwellenleiter-Streifenhalbleiterlaservorrichtung auf die folgende Weise hergestellt. Die Oberfläche der Epitaxieseite wird mit dem Schutzfilm 206 bedeckt. Danach wird durch einen Musterbildungsprozeß unter Verwendung der Fotolithographie ein streifenähnliches Fenster in dem Abdecklack geöffnet, und nur ein Teil des Schutzfilms 206, der über dem Stegabschnitt 209 ist, wird weggeätzt, wodurch die Kontaktschicht 205 freigelegt wird. In manchen Fällen wird auf den Seitenwänden des Stegs ein Schutzfilm aus SiN_x oder ähnlichem ausgebildet.
In einer Herstellung einer Laservorrichtung mit einer einzigen Transversalmode ist gewöhnlich ein sehr genaues Positionierungsverfahren erforderlich, weil die Breite des oberen Abschnitts des Stegs maximal etwa einige Mikrometer ist und es schwierig ist, in diesem Prozeß ein Prozeßvereinfachungsverfahren, wie etwa eine Selbstausrichtung, zu verwenden. Ein derartiges lithographisches Verfahren, das komplex und fein ist, macht die Herstellungsschritte der Vorrichtung komplex und senkt die Herstellungsausbeute der Vorrichtung.
Wenn auf Seitenwänden eines Stegs ein SiN_x-Film ausgebildet wird, wird in den Seitenflächen des Stegs auf der Seite der Oberfläche eine Verarmungsschicht (etwa 0,1 μm) gebildet. Dies erzeugt ein Problem in der Hinsicht, daß die effektive Breite des Stromkanals verringert wird und der Durchgangswiderstand zunimmt.
In einer herkömmlichen lichtemittierenden Stegwellenleiter-Streifenhalbleiterlaservorrichtung wird der Stegabschnitt durch einen Ätzprozeß gebildet, und folglich ist es schwierig, die Dicke einer geätzten Deckschicht in dem Nichtstegabschnitt auf der aktiven Schicht und die Breite des unteren Abschnitts des Stegs so festzulegen, daß sie einen gleichmäßigen Wert haben. Als ein Ergebnis bewirkt selbst eine kleine Dickendifferenz der Decksicht in dem Nichtstegabschnitt, daß der effektive Brechungsindex der aktiven Schicht in diesem Abschnitt stark unterschiedlich wird oder daß die seitliche Breite des Strominjizierungsbereichs stark unterschiedlich wird. Folglich ist es schwierig, eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer hohen Vorrichtungsausbeute und mit hervorragender Reproduzierbarkeit herzustellen, wobei der Schwellstrom niedrig ist und die Strahldivergenz einen gewünschten konstanten Wert hat.
Um das Problem hinsichtlich einer Dicke zu lösen, wird ein Verfahren vorgeschlagen, in dem die Dicke einer Deckschicht über einer aktiven Schicht unter Verwendung der Kristallwachstumsgeschwindigkeit bei einem Kristallwachstumsprozeß genau gesteuert wird, in einem Bereich außer dem Stegabschnitt ein Schutzfilm aus einem Isolator gebildet wird und der Stegabschnitt nachwachsen gelassen wird (zum Beispiel JP-A-5-121822 (Der Begriff "JP-A" bedeutet eine veröffentlichte ungeprüfte japanische Anmeldung)). Das Herstellungsverfahren und die Struktur einer derartigen Laservorrichtung sind in 3(a) bis 3(c) gezeigt. Die Struktur und das Herstellungsverfahren dafür werden weiter unten erklärt. In dem Verfahren werden die Schritte des Ausbildens einer Doppelheterostruktur, die aus einer Deckschicht 302 vom ersten Leitungstyp, einer aktiven Schicht 303 und einer ersten Deckschicht 304 vom zweiten Leitungstyp zusammengesetzt ist (3(a)), in der gleichen Weise durchgeführt wie die des weiter oben beschriebenen herkömmlichen Verfahrens. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Deckschicht 307 vom zweiten Leitungstyp und eine Kontaktschicht 308 dann unter Verwendung eines Schutzfilms 305 nur in einem Streifenbereich 306 selektiv zu einer stegähnlichen Form wachsen gelassen werden (3(b)). Die Seitenflächen und beide Seiten des aus der zweiten Deckschicht 307 vom zweiten Leitungstyp und der Kontaktschicht 308 bestehenden Stegs werden dann von einer Schutzschicht 310 bedeckt. Elektroden 309 werden dann jeweils auf den oberen und unteren Seiten des sich ergebenden Produkts ausgebildet.
Auf diese Weise wird der Stegabschnitt durch ein Verfahren ausgebildet, das keinen Ätzprozeß verwendet. Daher kann die Dicke der Deckschicht (304), die über der aktiven Schicht ist, in den Nichtstegabschnitten genau gesteuert werden, und die Steuerung des effektiven Brechungsindex kann leicht durchgeführt werden.
In der weiter oben beschriebenen Stegwellenleiterstruktur entweicht jedoch in der Nachbarschaft der Grenze zwischen der Unterseite des Stegs und dem Schutzfilm Licht in Richtung der Elektrode. Wegen der Lichtabsorption und Reflexion aufgrund des Elektrodenmaterials ist es schwierig, die Lichtverteilung in dem Wellenleiter zu steuern.
Wenn außerdem eine Lichtwellenleiterstruktur ausgebildet werden soll, um eine einzige transversale Mode zu erzielen, muß die Stegbreite der Oberseite des Stegs auf etwa 1 μm festgelegt werden. Mit anderen Worten ist die Kontaktfläche zwischen der Kontaktschicht und der Elektrode sehr klein, und folglich wird der Kontaktwiderstand zwischen der Kontaktschicht und der Elektrode vergrößert. Außerdem verursacht die Oxidation der Oberfläche der Deckschicht auf den Seitenwänden des Stegs eine Verschlechterung der Lasercharakteristik, eine Verringerung der Zuverlässigkeit und ähnliches. Als ein Ergebnis sind die Lasercharakteristiken der lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen unterschiedlich, und es ist schwierig, die Produktausbeute zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die geeignet als eine Stegwellenleiter-Halbleiterlaservorrichtung verwendet werden kann, die fähig ist, in einer transversalen Grundmode zu emittieren.
Andere Aufgaben und Ergebnisse der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung offensichtlich.
Die Erfinder haben umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, um die weiter oben diskutierten Probleme zu lösen, und das Folgende herausgefunden, um dadurch die Erfindung zu erreichen.

(1) Wenn ein Teil einer Deckschicht eines Stegabschnitts auf einem Schutzfilm gebildet wird, kann verhindert werden, daß Licht in einen Elektrodenabschnitt entweicht, die Lichtverteilung in einem Wellenleiter kann leicht gesteuert werden, und die Lasercharakteristik und die Zuverlässigkeit werden verbessert.
(2) Wenn im wesentlichen auf einer ganzen Oberfläche eines Stegabschnitts einschließlich der oberen und seitlichen Oberflächen des durch Nachwachsenlassen erzeugten Stegabschnitts eine Kontaktschicht gebildet wird, um die Kontaktfläche zwischen der Kontaktschicht und einer Elektrode zu vergrößern, wird der Kontaktwiderstand gesenkt, und es wird verhindert, daß die Oxidation der Deckschicht auf den Seitenwänden des Stegs stattfindet.
(3) Wenn eine bekannte stegförmige lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit einer Struktur bereitgestellt wird, in der beide Seitenbereiche eines Streifenbereichs (d.h. die Restbereiche) mit einem Schutzfilm bedeckt sind, und der Schutzfilm nicht auf seitlichen Oberflächen des Stegs ausgebildet wird, ist das fotolithographische Verfahren, das fein und komplex ist, nicht erforderlich. Daher können die Vorrichtungsherstellungsschritte vereinfacht werden, und die Vorrichtungsherstellungsausbeute kann sehr verbessert werden. Außerdem kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit einer derartigen Struktur leicht durch selektives Wachsen unter Verwendung eines Schutzfilms hergestellt werden.

Das heißt, die weiter oben beschriebenen Ziele der vorliegenden Erfindung wurden durch die folgenden Einrichtungen erreicht.
Die vorliegende Erfindung stellt eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung, wie in Anspruch 1 dargelegt, zur Verfügung.
In den lichtemittierenden Halbleitervorrichtungen der Erfindung wird bevorzugt, daß das Substrat eine Zinkblende-Kristallstruktur hat, wobei die Oberfläche des Substrats eine (100)-Ebene oder eine kristallographisch dazu äquivalente Ebene ist, und der Streifenbereich sich in eine [0 1 –1]B-Richtung oder eine kristallographisch dazu äquivalente Richtung erstreckt.
Außerdem hat die erste Deckschicht vom zweiten Leitungstyp vorzugsweise einen Brechungsindex, der größer als der der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung der Erfindung weist die Oxidationshemmschicht ein Material auf, das schwerlich oxidiert wird, oder ein Material, das, selbst wenn es oxidiert wird, ohne weiteres einer Reinigung unterzogen wird.
In einer weiteren anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Oxidationshemmschicht eine Halbleiterschicht mit einer größeren Bandlückenenergie als der der aktiven Schicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1(a) bis 1(c) sind Schnittansichten, die eine Ausführungsform der emittierenden Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und ihr Herstellungsverfahren darstellen.
2(a) bis 2(c) sind Schnittansichten, die eine herkömmliche emittierende Halbleitervorrichtung und ihr Herstellungsverfahren darstellen, wobei ein Stegabschnitt mittels Ätzen ausgebildet wird.
3(a) bis 3(c) sind Schnittansichten, die eine in dem Vergleichsbeispiel 1 verwendete herkömmliche emittierende Halbleitervorrichtung und ihr Herstellungsverfahren darstellen, wobei eine Oberfläche des Stegabschnitts, lediglich mit Ausnahme seiner oberen Oberfläche, mit einer Schutzschicht bedeckt wird.
4(a) bis 4(c) sind Schnittansichten, die eine emittierende Halbleitervorrichtung und ihr Herstellungsverfahren, welche außerhalb des Schutzbereichs der Erfindung sind, darstellen.
5(a) bis 5(c) sind Schnittansichten, die eine emittierende Halbleitervorrichtung und ihr Herstellungsverfahren, welche außerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung sind, darstellen.
6 ist eine Schnittansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform der emittierenden Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist ein Diagramm, das die Strom-Spannungs- und Strom-Leistungscharakteristiken der in dem Beispiel 1 verwendeten emittierenden Halbleitervorrichtung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird unten im Detail beschrieben.
Das Kristallwachsverfahren für die Verwendung in der Herstellung der Struktur der Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt. Das Kristallwachstum der Doppelheterostruktur (DH) und das selektive Wachsen des Stegabschnitts können mit einem bekannten Wachsverfahren, wie etwa metallischer organischer chemischer Dampfabscheidung (MOVCD), Molekularstrahlepitaxie (MBE), Hydrid- oder Halogenid-Dampfphasenepitaxie (VPE) oder Flüssigphasenepitaxie (LPE), durchgeführt werden. Unter diesen Verfahren werden MOCVD und MBE bevorzugt.
Hinsichtlich des Substrats sind die Leitfähigkeit und das Material nicht besonders eingeschränkt. Es wird jedoch bevorzugt, ein elektrisch leitendes Material zu verwenden. Vorzugsweise wird ein Halbleiterkristallsubstrat verwendet, das für das kristalline Dünnschichtwachstum darauf geeignet ist, wie etwa GaAs, InP, Si oder ZnSe, insbesondere wird ein Halbleiterkristallsubstrat mit einer Zinkblende-Struktur bevorzugt. In diesem Fall wird bevorzugt die (100)-Ebene oder eine zu der (100)-Ebene kristallographisch äquivalente Ebene (gesammelt als "(100)-Ebene" bezeichnet) als die Kristallwachstumsoberfläche verwendet. In dieser Beschreibung bedeutet "(x y z)-Ebene" nicht nur die (x y z)-Ebene selbst, sondern auch eine zu der (x y z)-Ebene kristallographisch äquivalente Ebene, und "[x y z]-Richtung" bedeutet nicht nur die [x y z]-Richtung selbst, sondern auch eine zu der [x y z]-Richtung kristallographisch äquivalente Richtung. Insbesondere bedeutet der Begriff "(x y z)-Ebene" in der Beschreibung nicht nur eine Ebene, die genau wie die (x y z)-Ebene ist, sondern umfaßt in seiner Bedeutung auch Ebenen mit einem Abweichungswinkel von maximal 15°.
Die Deckschichten, die aktive Schicht und die Kontaktschicht sind ebenfalls nicht besonders eingeschränkt. Die Doppelheterostruktur kann unter Verwendung eines üblichen Halbleiters der Gruppe III-V oder II-VI, wie etwa AlGaAs, AlGaInP, GaInAsP, AlGaInN, BeMgZnSe oder CdZnSeTe, hergestellt werden. In diesem Fall wird bevorzugt ein Material mit einem kleineren Brechungsindex als dem der aktiven Schicht für die Deckschichten ausgewählt, wobei üblicherweise ein Material mit einer kleineren Bandlückenenergie als der der Deckschichten für die Kontaktschicht ausgewählt wird, um einen Ohmschen Kontakt mit einer Metallelektrode zu erzielen, wobei die Kontaktschicht einen niedrigen Widerstand und eine passende Ladungsträgerkonzentration, nämlich von etwa 1 × 10¹⁸ bis 5 × 10¹⁹, bevorzugter von etwa 5 × 10¹⁸ bis 2 × 10¹⁹, ist. Eine Schicht, die aus dem gleichen Material wie dem für die zweite Deckschicht vom zweiten Leitungstyp verwendeten Material, aber mit höherer Ladungsträgerkonzentration als der der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp gefertigt wird, kann als die Kontaktschicht ausgewählt werden. Auch kann der Oberflächenseitenabschnitt der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp als die Kontaktschicht verwendet werden, wenn die Ladungsträgerkonzentration des Oberflächenseitenabschnitts höher als die des anderen Abschnitts der zweiten Deckschicht vom zweiten Ladungsträgertyp gemacht wird. Die aktive Schicht ist nicht auf eine Struktur beschränkt, die aus einer einzigen Schicht besteht, und umfaßt auch die einzelne Quantentopfstruktur (SQW), die aus einer Quantentopfschicht und Lichtleiterschichten besteht, welche die Quantentopfschicht vertikal eingeschoben haben, und die mehrfache Quantentopfstruktur (MQW), die aus mehreren Quantentopfschichten, einer zwischen die Quantentopfschichten eingeschobenen Sperrschicht und jeweils auf der obersten Quantentopschicht und der untersten Quantentopfschicht ausgebildeten Lichtleiterschichten besteht.
Der Schutzfilm ist ebenfalls nicht besonders eingeschränkt. Um den Injektionsstrom in den Bereich der aktiven Schicht unter dem Stegabschnitt einzuschließen, muß der Schutzfilm jedoch isolierend sein. Ein Aufbau, in dem der effektive Brechungsindex der aktiven Schicht unter dem Stegabschnitt hinsichtlich des in der aktiven Schicht erzeugten Lichts größer als der der aktiven Schicht unter den Nichtstegabschnitten ist, ist wirksam für die Stabilisierung der Transversalmode der Laserschwingung und verringert den Schwellstrom. Bevorzugt ist der Brechungsindex des Schutzfilms kleiner als der der Deckschicht auf dem Stegabschnitt. In einer praktischen Verwendung neigt jedoch ein übermäßig kleiner Brechungsindex dazu, die effektive Brechungsindexstufe in der Querrichtung in der aktiven Schicht zu vergrößern, und folglich muß die erste Deckschicht unter dem Steg dick sein. Wenn im Gegensatz dazu der Brechungsindex zu groß ist, entweicht leicht Licht ins Äußere des Schutzfilms, und folglich muß der Schutzfilm in einem gewissen Maß dicker gemacht werden. Dies verursacht ein Problem, das darin besteht, daß die Trennungseigenschaft verschlechtert wird. Diese Probleme berücksichtigend wird bevorzugt, die Brechungsindexdifferenz zwischen dem Schutzfilm und der Deckschicht des Stegabschnitts auf 0,1 bis 2,5, bevorzugter auf 0,2 bis 2,0 und am bevorzugtesten auf 0,7 bis 1,8 festzulegen. Der Schutzfilm kann jede Dicke haben, solange er eine ausreichende Isolationseigenschaft zeigt und Licht nicht ins Äußere des Schutzfilms entweicht. Die Dicke des Schutzfilms wird bevorzugt auf 10 bis 500 nm, bevorzugter auf 50 bis 300 nm und am bevorzugtesten auf 100 bis 200 nm festgelegt. Wenn der Stegabschnitt durch selektives Nachwachsen ausgebildet werden soll, das durch MOCVD oder ähnliches unter Verwendung des Schutzfilms als Maske ausgeführt werden soll, wird bevorzugt ein für den Zweck geeignetes Dielektrikum, wie etwa SiN_x, SiO₂ oder Al₂O₃ verwendet. Falls die Oberfläche des Substrats die (1 0 0)-Ebene oder eine kristallographisch zu der (1 0 0)-Ebene äquivalente Ebene ist, erstreckt sich ein durch eine Öffnung des Schutzfilms begrenzter Streifenbe reich bevorzugt in die [0 1 –1]B-Richtung oder eine zu der Richtung kristallographisch äquivalente Richtung, um zu bewirken, daß die zweite Deckschicht vom zweiten Leitungstyp leicht auf dem Schutzfilm wächst und die (später beschriebene) Kontaktschicht leicht auf den seitlichen Oberflächen des Stegs (der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp) wächst. In diesem Fall ist es häufig, daß das meiste der seitlichen Oberflächen des Stegs durch die (3 1 1)A-Ebene und die (3 –1 –1)A-Ebene aufgebaut werden, und es ist möglich, die Kontaktschicht im wesentlichen auf dem ganzen Bereich der Wachstumsoberfläche der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp, welche den Steg bildet, wachsen zu lassen. Diese Neigung ist insbesondere erkennbar, wenn die zweite Deckschicht vom zweiten Leitungstyp aus AlGaAs, insbesondere mit einer Al-Konzentration von 0,2 bis 0,9, bevorzugt 0,3 bis 0,7, hergestellt ist. In der Beschreibung definiert der Begriff "[0 1 –1]B-Richtung" die [0 1 –1]B-Richtung derart, daß die (1 1 –1)-Ebene, die zwischen der (1 0 0)-Ebene und der (0 1 –1)-Ebene existiert, in einem gewöhnlichen Halbleiter der Gruppen III-V oder II-VI eine Ebene ist, in der das Element der Gruppe V oder VI erscheint. Außerdem ist der Begriff nicht auf eine Richtung eingeschränkt, welche streng genau wie die [0 1 –1]-Richtung ist, und umfaßt Richtungen, die von der [0 1 –1]-Richtung um etwa ±10° abweichen. Die Ausführungsform der Erfindung ist nicht auf den Fall beschränkt, in dem sich der Streifenbereich in der [0 1 –1]B-Richtung längs streckt. Nachstehend werden andere Ausführungsformen beschrieben.
Wenn zum Beispiel die Wachstumsbedingungen in dem MOCVD-Verfahren geeignet ausgewählt werden, d.h. wenn der durch die Öffnung des Schutzfilms begrenzte Streifenbereich derart festgelegt wird, daß er sich in die [0 1 1]A-Richtung erstreckt, kann eine anisotrope Wachstumsgeschwindigkeit bereitgestellt werden. Nämlich kann die Wachstumsgeschwindigkeit derart festgelegt werden, daß sie in der (1 0 0)-Ebene schnell ist und in der (1 –1 1)B-Ebene und der (1 1 –1)B-Ebene kaum ausgeführt wird. Wenn unter derartigen anisotro pen Bedingungen selektives Wachstum in der (1 0 0)-Ebene des streifenähnlichen Fensters durchgeführt wird, wird ein Steg ausgebildet, bei dem eine Seitenfläche die (1 –1 1)B-Ebene und die (1 1 –1)B-Ebene ist. Wenn in diesem Fall Bedingungen für das MOCVD-Verfahren ausgewählt werden, so daß das Wachstum mit einer höheren Isotropie stattfindet, kann die Kontaktschicht auf der Oberseite des Stegs, die die (1 0 0)-Ebene ist, und auch auf der Stegseitenfläche, die aus der (1 1 1)-Ebene zusammengesetzt ist, ausgebildet werden.
Das Verfahren zum Herstellen der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung ist nicht besonders eingeschränkt und ist hier enthalten, um zum Verständnis der Erfindung beizutragen. Im allgemeinen wird die Doppelheterostruktur auf dem Substrat ausgebildet und die zweite Deckschicht vom zweiten Leitungstyp und die Kontaktschicht, die eine Stegform bilden, werden dann unter Verwendung des Schutzfilms auf dem Streifenbereich, in den ein Strom injiziert wird, selektiv wachsen gelassen. Um zu ermöglichen, daß ein Teil der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp auf dem Schutzfilm ausgebildet wird, werden zu dieser Zeit Bedingungen festgelegt, unter denen die zweite Deckschicht vom zweiten Leitungstyp leicht in eine Richtung wächst, die zu der Richtung, entlang der sich der Streifenbereich in der Substratoberflächenebene erstreckt, vertikal ist, oder mit anderen Worten Bedingungen, unter denen ein angemessenes seitliches Wachstum stattfindet. Insbesondere, wenn die Oberfläche des Substrats die (1 0 0)-Ebene ist, wird die Richtung, entlang derer sich der durch die Öffnung des Schutzfilms begrenzte Streifenbereich erstreckt, als die [1 0 –1]B-Richtung festgelegt, und die Temperatur, die Zuführungsmenge des Ausgangsmaterials und ähnliches werden geeignet eingestellt. Wenn die zweite Deckschicht vom zweiten Leitungstyp aus einem III-V-Verbindungshalbleiter hergestellt ist, findet ein seitliches Wachstum leichter statt, wenn die Temperatur niedriger ist und das V/III-Verhältnis größer ist. Wenn eine Al enthaltende Verbindung verwendet wird, findet ein seitliches Wachstum leichter statt, wenn der Al-Gehalt höher ist.
Um zu verhindern, daß Licht entweicht, und die Lichtverteilung in dem Wellenleiter zu steuern, werden diese Wachstumsbedingungen, bevorzugt derart eingestellt, daß die jeweiligen Teile der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp, die den Schutzfilm überlappen, 0,01 bis 2 μm, bevorzugter etwa 0,1 bis 1 μm, sind.
Das Verfahren zur Herstellung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt. Im allgemeinen wird die Doppelheterostruktur auf dem Substrat ausgebildet, dann wird die zweite Deckschicht vom zweiten Leitungstyp, die eine Stegform bildet, unter Verwendung des Schutzfilms auf dem Streifenbereich, in den ein Strom injiziert wird, selektiv wachsen gelassen, und die Kontaktschicht wird im wesentlichen auf der ganzen Oberfläche der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp der Stegform ausgebildet.
Ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens und einer Struktur einer Vorrichtung, die außerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegt, ist in 4(a) bis 4(c) dargestellt. Dies wird vorgestellt, um das Verständnis der Erfindung zu unterstützen. Die Doppelheterostruktur, die aus einer zwischen eine Deckschicht 402 vom ersten Leitungstyp und eine erste Deckschicht 404 vom zweiten Leitungstyp eingeschobenen aktiven Schicht 403 besteht, wird auf einem Substrat 401 ausgebildet. Auf der ersten Deckschicht 404 vom zweiten Leitungstyp wird eine Oxidationshemmschicht 405 ausgebildet (5(a)). Dann werden eine zweite Deckschicht 408 vom zweiten Leitungstyp und eine Kontaktschicht 409, die einen Stegabschnitt bilden, selektiv auf einem in einem Schutzfilm 406 ausgebildeten Streifenbereich 407 wachsen gelassen. Danach wird, ohne den Schutzfilm auf den seitlichen Oberflächen der Stegs auszubilden, eine Epitaxieseiten-Elektrode 410 auf den seitlichen und oberen Oberflächen des Stegs ausgebildet, und auf dem Substrat wird eine Substratseiten-Elektrode 411 ausgebildet.
In einer Ausführungsform der Erfindung hat die Halbleitervorrichtung ein Merkmal, daß die Kontaktschicht im wesentlichen auf dem ganzen Bereich der stegförmigen zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp, wie etwa den seitlichen und oberen Oberflächen, ausgebildet wird. Dieses Merkmal ermöglicht, daß die zweite Deckschicht vom zweiten Leitungstyp und die Kontaktschicht eine ausreichende Kontaktfläche haben, wodurch der Gesamtwiderstand der Vorrichtung auf einem kleinen Wert gehalten werden kann. Mit dem Ziel der Verhinderung der Oxidation oder ähnlichem kann der Teil der seitlichen und oberen Oberflächen des Stegs, auf dem die Kontaktschicht ausgebildet ist, ferner mit einem Schutzfilm bedeckt werden. In diesem Fall kann der Gesamtwiderstand der Vorrichtung ebenfalls auf einem kleineren Wert niedrig gehalten werden als dem, der in dem Fall erhalten wird, in dem der Schutzfilm ohne Ausbilden der Kontaktschicht auf den seitlichen Oberflächen des Stegs ausgebildet wird. Was diesen Punkt anbetrifft, ist dieser Fall innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Teil der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp auf einer Isolierschicht ausgebildet. Gemäß diesem Aufbau ist es möglich, die Steuerbarkeit der Lichtverteilung, das in die Nachbarschaft der Grenze zwischen dem Schutzfilm und der Unterseite des Stegs entweicht, zu verbessern.
In der Erfindung werden andere Bedingungen, wie etwa die Wachstumsbedingungen der Schichten, abhängig von der Zusammensetzung der Schicht und dem Wachstumsverfahren verändert. In dem Fall, in dem eine Schicht aus einem III-V-Verbindungshalbleiter unter Verwendung des MOCVD-Verfahrens wachsen gelassen wird, wird die Doppelheterostruktur vorzugsweise bei der Wachstumstemperatur von etwa 700°C und dem V/III-Verhältnis von etwa 25 zu 45 ausgebildet, und der Stegabschnitt wird bei der Wachstumstemperatur von 630 bis 700°C und dem V/III-Verhältnis von etwa 45 zu 55 ausgebildet. In dem Fall, in dem der unter Verwendung des Schutzfilms selektiv wachsen gelassene Stegabschnitt aus einer Al enthaltenden (insbesondere mit einer Al-Konzentration von 0,3 oder höher) III-V-Verbindungshalbleiterschicht, wie etwa AlGaAs gefertigt ist, wird insbesondere verhindert, daß sich Polykristalle auf der Maske abscheiden, indem während des Wachstums eine kleine Menge HCl-Gas eingeführt wird. Daher ist dies sehr bevorzugt. Wenn in diesem Fall eine übermäßige Menge an HCl-Gas eingeführt wird, wächst die AlGaAs-Schicht nicht, und die Halbleiterschicht wird weggeätzt (Ätzmodus). Die optimale Einführungsmenge für HCl hängt stark von der Anzahl der Mole des zugeführten Al enthaltenden Materials der Gruppe III, wie etwa Trimethylaluminium, ab. Insbesondere wird bevorzugt, das Verhältnis der Anzahl von Molen des zugeführten HCl zu der des zugeführten Al enthaltenden Materials der Gruppe III (HCl/Gruppe III) so festzulegen, daß es 0,01 oder größer und 50 oder kleiner, bevorzugter 0,05 oder größer und 10 oder kleiner und am bevorzugtesten 0,1 oder größer und 5 oder weniger ist.
In der vorliegenden Erfindung ist der Brechungsindex der ersten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp vorzugsweise größer als der der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp.
Wenn der Stegabschnitt nachwachsen gelassen wird, wird der Wachstumsprozeß normalerweise derart durchgeführt, daß die zweite Deckschicht vom zweiten Leitungstyp die gleiche Zusammensetzung wie die anfangs wachsen gelassene erste Deckschicht vom zweiten Leitungstyp hat. Selbst wenn versucht wird, die zweite Deckschicht vom zweiten Leitungstyp mit der gleichen Zusammensetzung nachwachsen zu lassen, kann die Zusammensetzung abhängig von den Bedingungen des Nachwachsprozesses geändert werden, und es ist nicht notwendig, die gleiche Zusammensetzung zu haben. Der Aufbau, bei dem der Brechungsindex der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp kleiner als der der ersten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp der DH-Struktur ist, wird nicht bevorzugt, weil die Strahldivergenz vertikal zu der aktiven Schicht durch eine Änderung des Brechungsindexes der zweiten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp als dem Nachwachsabschnitt stark verändert wird.
Auf der ersten Deckschicht vom zweiten Leitungstyp wird eine Oxidationshemmschicht ausgebildet, um zumindest den Streifenbereich (bevorzugter den Streifenbereich und beide Seitenbereiche (den Restbereich)) zu bedecken. Wenn die Deckschicht des Stegabschnitts gemäß diesem Aufbau durch Nachwachsen gebildet wird, kann verhindert werden, daß in der Nachwachsgrenzfläche eine Schicht mit hohem Widerstand erzeugt wird, die den Durchgangswiderstand erhöhen kann.
Die Art der Oxidationshemmschicht für die Verwendung in der Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt, solange sie eine Schicht ist, die kein Licht aus der aktiven Schicht absorbiert (zum Beispiel durch Auswählen des Materials oder der Dicke), oder sie aus einem Material gefertigt ist, das kaum oxidiert wird oder einem Material, das, selbst wenn es oxidiert wird, ohne weiteres gereinigt wird. Normalerweise wird als die Oxidationshemmschicht eine Halbleiterschicht mit einer Bandlückenenergie, die größer als die der aktiven Schicht ist, ausgewählt. Eine Halbleiterschicht mit einer Bandlückenenergie, die nicht größer als die der aktiven Schicht ist, kann auch als die Oxidationshemmschicht verwendet werden, wenn die Schichtdicke nicht größer als 50 nm, bevorzugt nicht größer als 30 nm, bevorzugter nicht größer als 10 nm, ist.
Die Oxidationshemmschicht wird bevorzugt dotiert, aber eine undotierte Schicht kann ebenfalls als die Oxidationshemmschicht verwendet werden, wenn die Schichtdicke nicht größer als 50 nm, bevorzugt nicht größer als 30 nm, bevorzugter nicht größer als 10 nm, ist.
In dem Fall, in dem durch Nachwachsen mehr als ein Stegabschnitt gebildet wird, kann eine Stegfüllschicht mit einer größeren Fläche als dem Stegabschnitt, in welche ein Strom injiziert wird, zwischen den Stegabschnitten angeordnet werden, um die Steuerbarkeit der Zusammensetzung des Stegabschnitts, der Ladungsträgerkonzentration und der Wachstumsgeschwindigkeit zu verbessern.
Zum Beispiel kann eine derartige Struktur auf die folgende Weise hergestellt werden. Wie in 5(a) bis 5(c) gezeigt (außerhalb des Schutzbereichs der Erfindung) werden zuerst eine Deckschicht 11 vom ersten Leitungstyp, eine aktive Schicht 12 und eine Deckschicht 13 vom zweiten Leitungstyp nacheinander auf einem Substrat wachsen gelassen. Dann wird eine Isolierschicht 31 abgeschieden, und durch das fotolithographische Verfahren wird in Abschnitten, die dem Stegabschnitt oder den Stegfüllabschnitten, die gebildet werden sollen, entsprechen, ein streifenähnliches Fenster in der Isolierschicht geöffnet. In jedem der Fenster werden eine Deckschicht vom zweiten Leitungstyp und eine Kontaktschicht gebildet. Als ein Ergebnis werden in dem Stegabschnitt eine Deckschicht 13a vom zweiten Leitungstyp und eine Kontaktschicht 14 abgeschieden, und Schichten 13b und 14b, die jeweils der Deckschicht und der Kontaktschicht entsprechen, werden in den Stegfüllabschnitten abgeschieden. Auf der ganzen Oberfläche der erhaltenen Struktur wird eine Elektrode 32 ausgebildet.
Die Stegfüllabschnitte sollten derart ausgebildet werden, daß sie eine Struktur haben, die bewirkt, daß der Strom in dem Stegabschnitt konzentriert wird, so daß die Laserschwingung nur in dem Stegabschnitt stattfindet. In der in 5(c) gezeigten Struktur wird daher verhindert, daß der Strom durch die Stegfüllabschnitte fließt, indem in den Stegfüllabschnitten ein Isolierfilm 31b gebildet wird. Alternativ kann eine Struktur, in der verhindert wird, daß der Strom durch die Stegfüllabschnitte fließt, durch ein derartiges Verfahren realisiert werden, in dem die Abschnitte lediglich in einer Thyristorstruktur ausgebildet werden, oder in dem unter Verwendung eines Oxidfilms eines Halbleiters oder eines Metalls ein Isolator gebildet wird.
In der oben beschriebenen Struktur ist das Verhältnis D/L der Breite D der Isolierschicht 31 zu der Rasterbreite L des Stegabschnitts 0,001 oder größer und 0,25 oder kleiner. Diese Eigenschaft erleichtert die Steuerung der Dicke des Stegabschnitts und der Ladungsträ gerkonzentration. Wenn die Breite D des Schutzfilms und die Rasterbreite L des Stegabschnitts in den Rastereinheiten jeweils den gleichen Wert haben, kann die Breite auf den gleichen Wert festgelegt werden, und wenn jede der Breiten in den Rastereinheiten schwankt, kann die Breite auf den Mittelwert der Rastereinheiten festgelegt werden.
Auf diese Weise kann die Erfindung auf verschiedene Arten von lichtemittierenden Stegstreifenwellenleiter-Halb leitervorrichtungen angewendet werden. Diese Struktur kann auch auf eine Endflächenemissions-LED angewendet werden.
In der bevorzugtesten Ausführungsform, auf welche die Erfindung angewendet wird, wird, wie in 6 gezeigt, auf der Oberfläche der DH-Struktur auf der Seite der Epitaxiefläche eine Oxidationshemmschicht 15 ausgebildet. In diesem Zustand werden unter Verwendung eines Schutzfilms aus einem Isolator auf dem Streifenbereich, in den ein Strom injiziert wird, eine Deckschicht 13a mit einer Stegform und eine Kontaktschicht 14 über der Deckschicht nachwachsen gelassen, so daß sie einen Schutzfilm 31 aus einem Isolator überlappen. In diesem Fall wird eine Stegfüllschicht mit einer größeren Fläche als der des Stegabschnitts, in die kein Strom injiziert wird, angeordnet, auf den seitlichen Oberflächen des Stegs wird kein Schutzfilm aus einem Isolator ausgebildet, und auf den oberen und seitlichen Oberflächen des Stegs wird eine Elektrode ausgebildet. Die Elektrode kann nur auf den oberen und seitlichen Oberflächen des Stegs ausgebildet werden. Alternativ kann, wie in 6 gezeigt, auf der ganzen Seite der Stegfüllschicht ein Schutzfilm aus einem Isolator ausgebildet werden, und die Elektrode kann auf der Seite der Epitaxiefläche ausgebildet werden.
Normalerweise wird ein Laserchip, der durch Trennung von der weiter oben erwähnten Scheibe geteilt wird, mit der Elektrode mit einer Wärmesenke und einer Fotodiode zum Überwachen einer Lichtleistung integriert, wobei sie in einer Stickstoffatmosphäre in einem CAN-Gehäuse verkapselt werden. Um die Größe und die Herstellungskosten zu verringern, kann ein derartiger Laserchip in letzter Zeit manchmal in einen Lichtaufnehmer integriert werden, in welchem der Laserchip mit anderen optischen Teilen integriert wird.
Die Erfindung wird unter Bezug auf die folgenden Beispiele detaillierter beschrieben. Die vorliegende Erfindung sollte nicht als darauf beschränkt interpretiert werden.
Beispiel 1
Beispiel 1 ist in 1(a) bis 1(c) dargestellt. Eine (in 1(a) bis 1(c) nicht gezeigte) n-Pufferschicht aus Si-dotiertem GaAs (n = 1 × 10¹⁸ cm^–3) mit einer Dicke von 0,5 μm, eine erste n-Deckschicht 102 aus Si-dotiertem Al_xGa_1-xAs (x = 0,55; n = n = 1 × 10¹⁸ cm^–3) mit einer Dicke von 1,5 μm, eine aktive Schicht 103 aus undotiertem Al_xGa_1-xAs (x = 0,14) mit einer Dicke von 0,06 μm, eine erste p-Deckschicht 104 aus Zn-dotiertem Al_xGa_1-xAs (x = 0,55; p = 1 × 10¹⁸ cm^–3) mit einer Dicke von 0,35 μm und eine Oxidationshemmschicht 105 aus Zn-dotiertem Al_xGa_1-xAs (x = 0,2; p = 1 × 10¹⁸ cm^–3) mit einer Dicke von 10 nm wurden nacheinander mit dem MOCVD-Verfahren auf einem n-GaAs-Substrat 101 (n = 1 × 10¹⁸ cm^–3) mit einer Dicke von 350 μm und einer (1 0 0)-Ebenen-Oberfläche wachsen gelassen, um dadurch eine Doppelheterostruktur zu bilden (1(a)). Dann wurde ein SiN_x-Schutzfilm 106 mit einer Dicke von 200 nm auf dem Substrat der Doppelheterostruktur abgeschieden. Viele streifenähnliche Fenster 107, die sich in der [0 1 –1]B-Richtung erstrecken und eine Breite von 2,2 μm haben, wurden durch ein fotolithographisches Verfahren in dem SiN_x-Schutzfilm geöffnet. Zu dieser Zeit wurde die Breite D jedes der restlichen Abschnitte des SiN_x-Schutzfilms, die jeweils auf den Seiten des Streifenbereichs bleiben, auf 10 μm, und die Rasterbreite L der Stegabschnitte auf 250 μm festgelegt (D/L = 0,04). Auf jedem der streifenähnlichen Fenster 107 wurde durch selektives Wachsen unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens eine zweite p-Deckschicht 108 aus Zn-dotiertem Al_xGa_1-xAs (x = 0,57; p = 1 × 10¹⁸ cm^–3) mit einer Dicke von 1,25 μm wachsen gelassen. Die zweite p-Deckschicht aus Zn-dotiertem Al_xGa_1-xAs (x = 0,57) hatte eine Stegform, in der die Kristallfläche hauptsächlich durch die (3 1 1)A-Ebene und die (3 –1 –1)A-Ebene gebildet wird. Dann wurde auf der zweiten p-Deckschicht durch selektives Wachstum unter Verwendung eines MOCVD-Verfahrens eine p-Kontaktschicht 109 aus Zn-dotiertem GaAs mit einer Ladungsträgerkonzentration von 1 × 10¹⁹ ausgebildet. Die p-Kontaktschicht aus Zn-dotiertem GaAs wurde in einer im wesentlichen isotropen Weise auf der stegförmigen zweiten p-Deckschicht 108 aus Zn-dotiertem Al_xGa_1-xAs (x = 0,57) wachsen gelassen, um die p-Kontaktschicht 109 zu bilden, welche die gesamte Oberfläche des Stegs bedeckt und eine Dicke von 0,2 μm hat (1(b)).
In dem MOCVD-Verfahren wurden Trimethylgallium (TMG) und Trimethylaluminium (TMA) als das Ausgangsmaterial der Gruppe III verwendet, Arsenwasserstoff wurde als das Ausgangsmaterial der Gruppe V verwendet und Wasserstoff wurde als das Trägergas verwendet. Dimethylzink wurde als p-Dotierungsmaterial und Disilan als n-Dotierungsmaterial verwendet. Während des Wachsens des Stegs wurde HCl-Gas eingeführt, so daß das HCl/III-Gruppenelement-Molverhältnis 0,12 war, und insbesondere betrug das HCl/TMA-Molverhältnis 0,22.
Danach wurde mittels Verdampfung eine p-seitige Elektrode 110 ausgebildet, und die Dicke des Substrats wurde auf 100 μm verringert. Dann wurde durch Verdampfung eine n-seitige Elektrode 111 ausgebildet und ein Legierungsprozeß wurde durchgeführt (1(c)). Ein Chip wurde durch Trennung von der auf diese weise hergestellten Scheibe abgeteilt, um eine Laseroszillatorstruktur zu bilden. Die Hohlraumlänge war 250 μm. Nachdem die Vorrichtung mit dem Anschluß nach oben montiert wurde, wurden unter Dauerstrichbedingungen (CW) bei 25°C Strom-Spannungs- und Strom-Lei stungscharakteristiken gemessen. Wie in 7 gezeigt, hatte die auf diese Weise hergestellte Laservorrichtung hervorragende Strom-Spannungs- und Strom-Leistungscharakteristiken. Die Schwellspannung war 1,7 V, was ein niedriger Wert ist, der der Bandlücke der aktiven Schicht entspricht. Dadurch wurde festgestellt, daß keine Schicht mit hohem Widerstand in der Vorrichtung vorhanden ist. Der Reihenwiderstand war nur 5 bis 6 Ω. Dadurch wurde festgestellt, daß der Anschlußwiderstand zwischen der p-Kontaktschicht und der p-seitigen Elektrode einen sehr kleinen Wert hat. In dem Fall wurde eine Laservorrichtung, die eine Selbstschwingung mit einer niedrigen Leistung durchführt, um als eine Lichtquelle zum Lesen einer CD oder ähnlichem verwendet zu werden, gebildet. Eine typische Produktbeschreibung ist in Tabelle 1 gezeigt. Die in diesem Beispiel hergestellte Laservorrichtung zeigte hervorragende Charakteristiken, wie etwa einen mittleren Schwellstrom von 25 mA und einen mittleren differentiellen Wirkungsgrad von 0,56 mW/mA, und es wurde festgestellt, daß die Zuverlässigkeit der Vorrichtung hoch ist. Außerdem wurde festgestellt, daß die Charakteristiken in einer Charge und zwischen Chargen wenig streuen, und die Herstellungsausbeute im Fall der in Tabelle 1 aufgeführten Produktbeschreibung einen Wert in der Nähe von 100% hat. Nach der Beobachtung unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops wurde bestätigt, daß die stegförmige zweite p-Deckschicht (zweite Deckschicht vom zweiten Leitungstyp) aus mit Zn dotiertem Al_xGa_1-xAs (x = 0, 57), wie in dem Schnittdiagramm von 1(c) gezeigt, den Schutzfilm aus SiN_x um eine Länge von etwa 0,4 μm überlappt. Der Schutzfilm wurde auf den seitlichen Oberflächen des Stegs nicht ausgebildet.
In den Charakteristiken der auf diese Weise erhaltenen Laservorrichtung wurde festgestellt, daß das Fernfeldmuster nach Plan erhalten wird und die Lichtverteilung in einer sehr befriedigenden Weise gesteuert werden kann.
Die Herstellung einer Halbleiterlaservorrichtung wurde fünf mal durchgeführt, wobei die Zusammensetzung der zweiten p-Deckschicht, wie in Tabelle 2 weiter unten gezeigt, geändert wurde, und der Strahlstreuwinkel von Licht vertikal zu der aktiven Schicht wurde gemessen. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 2 aufgeführt.
Wenn die Zusammensetzung der zweiten p-Deckschicht des nachgewachsenen Stegabschnitts mehr als die Zusammensetzung (0,55) der ersten p-Deckschicht über der aktiven Schicht war, d.h. der Brechungsindex der zweiten p-Deckschicht kleiner gemacht wurde, wurde der Strahlstreuwinkel von Licht vertikal zu der aktiven Schicht für eine Änderung von 0,05 der Zusammensetzung der zweiten p-Deckschicht (Zuwachs Nr. 3 gegenüber Zuwachs Nr. 1) nur um etwa 4 Grad vergrößert. Daraus ist offensichtlich, daß die Reproduzierbarkeit hinsichtlich der Streuung der Zusammensetzung während des Wachstums hervorragend ist.

Wenn andererseits die Zusammensetzung der zweiten p-Deckschicht niedriger als die Zusammensetzung der ersten p-Deckschicht war, d.h. der Brechungsindex der zweiten p-Deckschicht größer gemacht wurde, wurde der Strahlstreuwinkel von Licht vertikal zu der aktiven Schicht für eine Änderung von 0,05 der Zusammensetzung der zweiten p-Deckschicht (Zuwachs Nr. 3 gegenüber Zuwachs Nr. 5) um etwa 10 Grad verkleinert. Daraus ist erkennbar, daß die Reproduzierbarkeit hinsichtlich der Streuung der Zusammensetzung während des Wachstums gering ist. Tabelle 1

Schwellstrom:	I_th ≤ 30 mA
Schwellspannung:	V_th ≤ 2,0 V
Betriebsstrom:	I_op ≤ 37 mA
Betriebsspannung:	V_op ≤ 2,3 V
differentieller Wirkungsgrad:	0,4 ≤ SE ≤ 0,7
Vertikaler Strahlstreuwinkel:	30° ≤ θv ≤ 40°
Horizontaler Strahlstreuwinkel:	8° ≤ θh ≤ 14°
Wellenlänge:	780 nm ≤ λ ≤ 810 nm
Kohärenz:	γ ≤ 0,95

(bei 25°C und 3 mW, abgesehen von I_th und V_th)

Tabelle 2
Vergleichsbeispiel 1
Das Vergleichsbeispiel 1 ist in 3(a) bis 3(c) dargestellt. Auf dem Substrat der Doppelheterostruktur wurde auf die gleiche Weise wie in dem Beispiel 1 ein Steg ausgebildet, abgesehen davon, daß die streifenähnlichen Fenster in dem SiN_x-Schutzfilm längs in der [0 1 1]A-Richtung geöffnet wurden. Wie in 3(b) gezeigt, hatte der ausgebildete Steg nur auf seiner Oberseite eine Kontaktschicht, und Seitenflächen der (1 –1 1)B-Ebene und der (1 1 –1)B-Ebene und jeglicher Teil des Stegs überlappten den Schutzfilm nicht. Danach wurde auf die gleiche Weise wie in dem Beispiel 1 ein Halbleiterlaserchip hergestellt, abgesehen davon, daß, bevor durch Verdampfung auf der Seite der Epitaxiefläche eine p-seitige Elektrode 309 ausgebildet wurde, die Oberfläche der Epitaxieseite mit dem SiN_x-Schutzfilm 310 bedeckt wurde, durch einen Musterbildungsprozeß unter Verwendung eines fotolithographischen Verfahrens ein streifenähnliches Fenster in dem Abdecklack geöffnet wurde und nur der über dem Steg vorhandene Abschnitt des Schutzfilms 310 weggeätzt wurde, wodurch die Kontaktschicht 308 freigelegt wurde.
Die Verteilung der Charakteristiken der auf diese Weise hergestellten Laserchips in einer Charge und zwischen Chargen wurde gemessen. Als ein Ergebnis war der Schwellstrom etwa 28 mA, der differentielle Wirkungsgrad war etwa 0,5 mW/mA, die Schwellspannung war etwa 2,2 V, und der Reihenwiderstand war etwa 8 Ω. Diese Charakteristiken streuten stark, und die Vorrichtungsausbeute betrug nur etwa 50%. Nach der Beobachtung der Schnittform und ähnlichem wurde bestätigt, daß das Produkt einen Aufbau hat, in dem die Elektrode nur mit der Kontaktschicht auf der Oberseite des Stegabschnitts eine Verbindung hat. Aufgrund der Absicht, einen derartigen Aufbau zu erhalten, war das fotolithographische Verfahren, das komplex und fein ist, erforderlich. Als ein Ergebnis waren die Vorrichtungscharakteristiken in einem mit einem Prozeßfehler ausgebildeten Abschnitt verschlechtert, und die Ausbeute war verringert.
Während die Erfindung im Detail und unter Bezug auf ihre spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, daß vielfältige Änderungen und Abwandlungen daran vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Lichtemittierende Halbleitervorrichtung, die ein Substrat (101) aufweist, auf dem sind: eine erste Deckschicht (102) von einem ersten Leitungstyp; eine aktive Schicht (103); eine erste Deckschicht (104) von einem zweiten Leitungstyp; eine stegförmige zweite Deckschicht (108) vom zweiten Leitungstyp, die auf einem Streifenbereich (107) zum Aufnehmen der Strominjektion ausgebildet ist; eine Halbleiterkontaktschicht (109) vom zweiten Leitungstyp; und eine auf beiden Seiten des Streifenbereichs (107) ausgebildete Isoliermaske (106); dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktschicht (109) im wesentlichen auf einem gesamten Oberflächenbereich der zweiten Deckschicht (108) vom zweiten Leitungstyp ausgebildet ist und daß die lichtemittierende Halbleitervorrichtung ferner eine Oxidationshemmschicht (105) aufweist, wobei die Oxidationshemmschicht (105) mindestens auf der Oberfläche der ersten Deckschicht (104) vom zweiten Leitungstyp in dem Streifenbereich (107) vorgesehen ist.
Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat (101) eine Zinkblende-Kristallstruktur hat, die Oberfläche des Substrats eine (100)-Ebene oder eine kristallographisch dazu äquivalente Ebene ist, und der Streifenbereich (107) sich in eine [0 1 –1]B-Richtung oder eine kristallographisch dazu äquivalente Richtung erstreckt.
Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Deckschicht (104) vom zweiten Leitungstyp einen größeren Brechungsindex hat als die zweite Deckschicht (108) vom zweiten Leitungstyp.
Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Deckschichten (102, 104, 108) AlGaAs, AlGaInP oder AlGaInN aufweisen.
Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Oxidationshemmschicht (105) ein Material aufweist, das schwerlich oxidiert wird oder ein Material aufweist, das, selbst wenn es oxidiert wird, ohne weiteres einer Reinigung unterzogen wird.
Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Oxidationshemmschicht (105) eine Halbleiterschicht ist mit einer größeren Bandabstandsenergie als der der aktiven Schicht ist.
Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die stegförmige zweite Deckschicht (108) vom zweiten Leitungstyp in einem Stegabschnitt ist und mehrere Stegabschnitte ausgebildet sind.
Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Verhältnis (D/L) der Breite (D) des Schutzfilms zur Rasterbreite (L) der Stegabschnitte von 0,001 bis 0,25 reicht.