DE69934504T2 - Halbleiterlaser - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft eine Halbleiterlasereinrichtung, und bezieht sich insbesondere auf eine aus InGaAlN-basierten Werkstoffen erzeugte Halbleiterlasereinrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • InGaAlN-basierte Werkstoffe werden zum Emittieren von blauem bis grünem Licht verwendet. Speziell gab es Bestrebungen, eine Brechungsindex-Wellenleiterart-InGaAlN-basierte Halbleiterlasereinrichtung für einen Aufnehmer für optische Platten anzuwenden, da diese Art von Halbleiterlasereinrichtung Licht emittiert, welches nahe bei einer ebenen Welle liegt und somit eine astigmatische Differenz reduzieren kann.
  • Die Druckschrift EP 0 851 542 betrifft einen Gallium-Nitrid-basierten Verbundhalbleiterlaser und ein Verfahren zum Erzeugen desselben. Ein Verfahren zum Erzeugen einer Stromblockschichtstruktur umfasst die Schritte des Bereitstellens dielektrischer Masken, die zumindest eine streifenförmige Öffnung auf einer Oberfläche einer Verbundhalbleiterregion mit einer hexagonalen Kristallstruktur definieren, und des selektiven Aufwachsens zumindest einer Stromblockschicht aus einem Verbundhalbleiter mit der hexagonalen Kristallstruktur auf der Oberfläche der Verbundhalbleiterregion unter Verwendung der dielektrischen Streifenmasken.
  • Die Druckschrift JP 2180084 betrifft ein Halbleiterlaserelement mit einer Zweischichtstruktur außerhalb einer Streifenregion und einer Lichtabsorptionsschicht nahe einer aktiven Schicht einer Zweischichtstruktur, und das Herstellen des Al-Mischkristallverhältnisses der weiter von der aktiven Schicht entfernten Schicht größer als das der Lichtabsorptionsschicht.
  • 4 zeigt eine Struktur einer konventionellen, blauen Brechungsindex-Wellenleiterart-Halbleiterlasereinrichtung 450. Die konventionelle Einrichtung beinhaltet ein Saphirsubstrat 400 und die folgenden Schichten, die aufeinander folgend auf dem Saphirsubstrat 400 ausgebildet sind: eine n-GaN-Kontaktschicht 401, eine n-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 402 mit einer Dicke von 0,5 μm, eine optische n-GaN-Führungsschicht 403 mit einer Dicke von 100 nm, eine mehrschichtige aktive Quantenquellenschicht 404, welche drei In0,2Ga0,8N-Quantenquellenschichten, von denen jede eine Dicke von 2,5 nm hat, und vier In0,05Ga0,95N-Sperrschichten, von denen jede eine Dicke von 3 nm hat, einschließt, eine Al0,1Ga0,9N-Schutzschicht 405 mit einer Dicke von 25 nm, eine optische p-GaN-Führungsschicht 406 mit einer Dicke von 50 nm, eine p-Al0,1Ga0,9-Mantelschicht 407 mit einer Gesamtdicke von 0,6 μm, welche eine untere ebene Region 410 mit einer Dicke von 0,1 μm und eine Rippenstreifenstruktur 411 mit einer Breite von 2 μm und einer Höhe von 0,5 μm beinhaltet, und eine p-GaN-Kontaktschicht 408 mit einer Breite von 2 μm und einer Dicke von 0,2 μm. Die p-GaN-Kontaktschicht 408 ist auf dem Rippenstreifenabschnitt 411 der p-Mantelschicht 407 ausgebildet. Eine SiO2-Isolationsschicht 409 mit einer Dicke von 0,3 μm und einem kleineren Brechungsindex als der des Rippenstreifenabschnitts 411 ist ausgebildet, um eine obere Oberfläche der unteren ebenen Region 410 der p-Mantelschicht 407 und Seitenoberflächen des Rippenstreifenabschnitts 411 zu bedecken. Eine n-Elektrode 413 ist auf einer freiliegenden Oberfläche der n-GaN-Kontaktschicht 401 erzeugt, und eine p-Elektrode 414 ist auf einer Oberfläche der p-Kontaktschicht 408 auf dem Rippenstreifenabschnitt 411 erzeugt. In der Figur repräsentiert das Bezugszeichen 412 Rippenecken.
  • In der konventionellen Halbleiterlasereinrichtung 450 ist der Brechungsindex der SiO2-Isolationsschicht 409 kleiner als der Brechungsindex der InGaAlN-Werkstoffe, und ist daher der effektive Brechungsindex der Außenseite der Rippe reduziert, so dass Laserlicht zu der Rippenregion und der Umgebung derselben geführt wird.
  • Die konventionelle InGaAlN-Halbleiterlasereinrichtung 450 wurde einem Zuverlässigkeitstest unter den Bedingungen von 60° und einer konstanten Ausgangsleistung von 5 mW unterzogen. Der Wert des Betriebsstroms erhöhte sich auf das 1,2-fache oder mehr des Anfangswerts, und die Einrichtung 450 versagte innerhalb von 100 Stunden. Demgemäß wird die konventionelle Halbleiterlasereinrichtung als eine Lebensdauer von etwa 100 Stunden habend betrachtet. Es wurde festgestellt, dass eine Lebensdauer von 5000 Stunden oder mehr, welche für eine für eine optische Plattenvorrichtung verwendete Halbleiterlasereinrichtung notwendig ist, nicht realisiert werden kann.
  • Die Lasereinrichtung vor dem Zuverlässigkeitstest und die Lasereinrichtung, welche während des Zuverlässigkeitstests versagte, wurden verglichen und analysiert. Demzufolge wurden bei der Lasereinrichtung nach dem Versagen Kristalldefekte beobachtet, die in den Rippeneckenbereichen 412 (beide Enden der Basis der Rippenstreifenabschnitts 411 und die Umgebung derselben) erhöht waren. Die Erfinder stellten fest, dass in Übereinstimmung mit der Zunahme der Kristalldefekte der Emissionswirkungsgrad in Bereichen der Mehrquellen-Aktivschicht 404, welche in den Rippeneckenbereichen 412 enthalten sind, drastisch zurückgeht, und dass dies die Hauptursache der Lebensdauer der konventionellen Einrichtung 450 ist. In der konventionellen Einrichtung mit der vorstehend beschriebenen Struktur betrug die Kristalldefektdichte der Rippeneckenbereiche 412 nach dem Versagen 6 × 1011 bis 8 × 1011 cm–2, welches um eine Größenordnung höher war als die Defektdichte des verbleibenden Bereichs (3 bis 7 × 1010 cm–2).
  • Die Abnahme der Zuverlässigkeit aufgrund des Anstiegs der Kristalldefekte wird als durch die starke Zwischenatombindung des InGaAlN-basierten Kristalls selbst und durch einen großen Unterschied zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des den Rippenstreifenabschnitt 411 (p-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 407: 5,6 × 10–6/°C) bildenden Werkstoffs und dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des den unteren Abschnitt des Rippenstreifenabschnitts 411 umgebenden Werkstoffs (SiO2-Isolationsschicht 409: 0,5 × 10–6/°C) verursacht betrachtet, wobei der Unterschied ganze +5,1 × 10–6 beträgt. In anderen Worten wird dann, wenn die konventionelle Einrichtung 450, welche einen so großen Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den beiden Werkstoffen aufweist, leitend gemacht wird, Wärme in dem Rippenstreifenabschnitt 411 und der Umgebung desselben, wo der Strom konzentriert ist, erzeugt, und folglich die Temperatur lokal erhöht. Es wird die Ansicht vertreten, dass der Kristalldefekt und der Kristallbruch aus dem folgenden Grund auftrat. Wenn der lokale Temperaturanstieg in dem InGaAlN-basierten Kristall der vorstehend beschriebenen Struktur auftritt, wird an den Rippeneckenbereichen 412 durch den Unterschied in den Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der p-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 407, die den Rippenstreifenabschnitt 411 bildet, und der SiO2-Isolationsschicht 409, die den Rippenstreifenabschnitt 411 umgibt, eine thermische Verformung induziert. Der Kristalldefekt und der Kristallbruch begannen ausgehend von den Rippeneckenbereichen 412. Ein solches Phänomen, welches bei InGaAlAs-basierten Werkstoffen oder In-GaAlP-basierten Werkstoffen, welche konventionell für Rippenstreifen-Lasereinrichtungen laser-verwendet wurden, nicht beobachtet wurde, war für eine InGaAlN-basierte (Nitrid-basierte) Halbleitereinrichtung mit einer starken Bindung zwischen einem Gruppe III-Atom und einem Stickstoffatom typisch.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung stellt eine INGaAlN-basierte Halbleiterlasereinrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 bereit.
  • Eine Halbleiterlasereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine InGaAlN-Halbleiterlasereinrichtung mit einer ersten Schicht eines ersten Leitungstyps, einer aktiven Schicht mit einem kleineren verbotenen Band als das der ersten Schicht, und einer zweiten Schicht eines zweiten Leitungstyps mit einem größeren verbotenen Band als das der aktiven Schicht, wobei die zweite Schicht eine ebene Region und eine streifenförmige Projektionsstruktur beinhaltet; eine einen streifenförmigen, optischen Wellenleiter bildende Schicht desselben Leitungstyps mit einem größeren Brechungsindex als der der zweiten Schicht auf der streifenförmigen Projektionsstruktur ausgebildet ist; eine Strombegrenzungsschicht des ersten Leitungstyps oder eines hohen Widerstands ausgebildet ist zum Bedecken einer oberen Oberfläche der zweiten Schicht, einer Seitenoberfläche der Projektionsstruktur der zweiten Schicht, und einer Seitenoberfläche der den optischen Wellenleiter bildenden Schicht; und ein Unterschied zwischen einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der Strom begrenzenden Schicht und einem Wärmeausdehnungskoeffizienten der zweiten Schicht in dem Bereich von –4 × 10–9/°C bis +4 × 10–9/°C liegt.
  • Aufgrund einer solchen Struktur wird auch dann, wenn die Temperatur der Einrichtung in der streifenförmigen Projektionsstruktur und der Umgebung derselben, in welche der Strom auf eine konzentrierte Art und Weise injiziert wird, die thermische Verformung der Einrichtung dank des kleinen Unterschieds in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Strom begrenzenden Schicht und der zweiten leitenden Schicht unterdrückt. Daher wird ein lokaler Kristalldefekt oder Kristallbruch vermieden, und somit die Lebensdauer der Lasereinrichtung verlängert.
  • In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die zweite Schicht und die Strom begrenzende Schicht aus einem InGaAlN-basierten Halbleitermaterial derselben Zusammensetzung erzeugt. Zum Beispiel kann die zweite Schicht aus AlxGa1-xN erzeugt sein, und kann die Strom begrenzende Schicht aus AlyGa1-yN erzeugt sein (–0,08 ≤ x – y ≤ 0,08). In einem alternativen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die den optischen Wellenleiter bildende Schicht aus InuGa1-uN erzeugt, und ist u 0,02 oder mehr und 90% oder weniger eines In-Mischkristallverhältnisses einer in der aktiven Schicht enthaltenen Quellenschicht.
  • Aufgrund einer solchen Struktur kann der Wärmeausdehnungskoeffizient, welcher sich in Abhängigkeit von dem Al-Mischkristallverhältnis ändert, zwischen der Strom begrenzenden Schicht und der zweiten Schicht weniger unterschiedlich sein, und kann somit die wärmebedingte Verformung der Einrichtung verringert werden. Durch Erzeugen der den optischen Wellenleiter bildenden Schicht aus InuGa1-uN kann der Brechungsindex der den optischen Wellenleiter bildenden Schicht höher sein als der der ebenen Region der zweiten Schicht, auf welcher die Strom begrenzende Schicht erzeugt ist. Auf diese Art und Weise kann eine Lasereinrichtung, die bis zu einer hohen Ausgabe in einer Einzeltransversalmode oszilliert, erhalten werden. Darüber hinaus ist die Wellenfront des Ausgangslaserstrahls im wesentlichen eben, und kann die astigmatische Differenz verringert werden.
  • Ferner ist in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die zweite Schicht oder die Strom begrenzende Schicht aus einer Supergitterstruktur erzeugt, und haben die zweite Schicht und die Strom begrenzende Schicht dasselbe mittlere Mischkristallverhältnis. In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat eine in der Supergitterstruktur enthaltene InGaAlN-Schicht eine Dicke von 50 nm oder weniger.
  • Aufgrund einer solchen Struktur sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten der zweiten leitenden Schicht und der Strom begrenzenden Schicht im Wesentlichen gleich, und wird fölglich die Kristallverschlechterung an den Rippenecken unterdrückt. Daher kann die Lebensdauer der Lasereinrichtung verlängert werden. Durch Erzeugen der Schicht mit der Supergitterstruktur so, dass sie eine Dicke von 50 nm oder weniger hat, kann der Einfluss der Supergitterschicht auf die Rippeneckenbereiche 112 als auf der mittleren Zusammensetzung der Supergitterstruktur beruhend betrachtet werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine strukturelle Ansicht einer Einrichtung in einem Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist eine graphische Darstellung, die eine Änderung in der Lebensdauer der Einrichtung des ersten Beispiels gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, wenn das Mischkristallverhältnis der Einrichtung geändert wird;
  • 3 ist eine strukturelle Ansicht einer Lasereinrichtung in einem zweiten Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ist eine strukturelle Ansicht einer konventionellen Lasereinrichtung; und
  • 5 ist eine strukturelle Ansicht einer Lasereinrichtung in einem fünften Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM FÜR DIE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • (Beispiel 1)
  • Ein erstes Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Eine Lasereinrichtung 150 in diesem Beispiel beinhaltet ein n-GaN-Substrat 100 und die folgenden Schichten, die aufeinander folgend auf dem n-GaN-Substrat 100 ausgebildet sind: eine n-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht mit einer Dicke von 0,5 μm, eine, optische n-GaN-Führungsschicht 102 mit einer Dicke von 50 nm, eine aktive Mehrschicht-Quantenquellenschicht 103, welche drei In0,2Ga0,8N-Quantenquellenschichten, von denen jede eine Dicke von 2 nm hat, und vier In0,05Ga0,95N-Sperrschichten, von denen jede eine Dicke von 3 nm hat, beinhaltet, eine Al0,1Ga0,9N-Schutzschicht (nicht gezeigt) mit einer Dicke von 25 nm, eine optische p-GaN-Führungsschicht 104 mit einer Dicke von 50 nm, eine untere p-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 105, welche eine untere ebene Region 111 mit einer Dicke von 0,1 μm bis 0,3 μm und einen Rippenstreifenabschnitt 110 mit einer Breite von 2 μm und einer Höhe von 0,3 μm bis 0,1 μm beinhaltet, einen optischen p-In0,1Ga0,9N-Wellenleiter bildende Schicht 106 mit einer Dicke von 0,15 μm, eine obere p-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 107 mit einer Dicke von 0,2 μm, eine p-GaN-Kontaktschicht mit einer Dicke von 0,5 μm, und eine n-Al0,1Ga0,9N-Strombegrenzungsschicht 109 mit einer Dicke von 0,8 μm, die ausgebildet ist, um den Rippenstreifenabschnitt 110 darin einzubetten. Eine n-Elektrode 113 ist auf einer Bodenoberfläche des n-GaN-Substrats erzeugt, und eine p-Elektrode 114 ist auf einer oberen Oberfläche der p-GaN-Kontaktschicht 108 erzeugt.
  • Ein Verfahren zum Produzieren der Lasereinrichtung 150 in diesem Beispiel wird beschrieben. Auf dem n-GaN-Substrat 100 wurden die n-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 101, die optische n-GaN-Führungsschicht 102, die aktive Mehrschicht-Quantenquellenschicht 103, die Al0,1Ga0,9N-Schutzschicht (nicht gezeigt), die optische p-GaN-Führungsschicht 104, die untere p-Mantelschicht 105 mit einer Dicke von 0,4 μm, die den optischen p-Wellenleiter bildende Schicht 106, die obere p-Mantelschicht 107 und die p-GaN-Kontaktschicht 108 kontinuierlich durch ein MOVCD-Verfahren aufgewachsen.
  • Dann wurde eine Reaktivionenätz (RIE)-Technik, die eine SiO2-Schicht als eine Maske basierend auf einer üblichen Fotolitografietechnik verwendet, benutzt, um vollständig einen Bereich der p-GaN-Kontaktschicht 108, einen Bereich der oberen p-Mantelschicht 107, und einen Bereich der den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106, wobei die Bereiche der unteren ebenen Region 111 entsprechen, zu entfernen, und auch teilweise einen Bereich der unteren p-Mantelschicht 105 zu entfernen, wobei der Bereich der unteren ebenen Region 111 entspricht. Folglich blieb der Rippenstreifenabschnitt 110 mit einer Breite von 2 μm übrig. Bei der Lasereinrichtung 150 in diesem Beispiel wurde die Ätzperiode so eingestellt, dass die Ätztiefe 1,05 μm betrug. In dem Ätzschritt wurde die Ätztiefe geringfügig verteilt, in Abhängigkeit von der Position jeder Einrichtung auf dem Wafer. In diesem Beispiel lag die Ätztiefe in dem Bereich von 0,95 μm bis 1,15 μm. Die Höhe eines Abschnitts der unteren p-Mantelschicht, die verarbeitet wurde, um eine Rippenform zu haben, lag in dem Bereich von 0,1 μm bis 0,3 μm. Die Dicke eines Abschnitts der unteren p-Mantelschicht in der unteren ebenen Region 111, welche nicht geätzt wurde, betrug 0,3 μm bis 0,1 μm.
  • Als Nächstes wurde die n-Strombegrenzungsschicht 109 mit einer Dicke von 0,8 μm erzeugt, durch erneut das MOVCD-Verfahren, während der Rippenstreifenabschnitt 110 des Wafers weiter mit der SiO2-Maske (nicht gezeigt) bedeckt war. In diesem Kristallaufwachsschritt wurde das Einzelkristallwachstum von AlGaN auf der den Rippenstreifenabschnitt 110 bedeckenden SiO2-Schicht unterdrückt. Demgemäß wurde die n-Strombegrenzungsschicht 109 selektiv nur auf der unteren ebenen Region 111 ausgebildet. Dann wurde die SiO2-Schicht entfernt. Ein polykristallines AlGaN konnte geringfügig an der Oberfläche der SiO2-Schicht anhaften, aber das polykristalline AlGaN wurde durch den Entfernungsschritt zusammen mit der SiO2-Schicht vollständig entfernt.
  • Schließlich wurde die Bodenfläche des n-GaN-Substrats 100 geschliffen und poliert, bis die Dicke des Wafers 50 μm betrug. Die n-Elektrode 113 wurde auf der Bodenoberfläche des n-GaN-Substrats erzeugt, und die p-Elektrode 114 wurde auf der p-GaN-Kontaktschicht 108 des Rippenstreifenabschnitts 110 erzeugt. Dann wurde eine Laserkavität durch Auseinanderspalten erzeugt, und wurden einzelne Chips durch Anreißen aus dem Wafer ausgeschnitten. Auf diese Art und Weise wurden Lasereinrichtungen 150 produziert.
  • Die Lasereinrichtungen 150 wurden einem Zuverlässigkeitstest unter den Bedingungen von 60°C und 30 mW unterzogen. Der Treiberstromwert nach 1000 verstrichenen Stunden betrug das 1,04-fache des Treiberstromwerts unmittelbar nach dem Beginn des Zuverlässigkeitstests. Die Zeitspanne, bis der Treiberstromwert das 1,2-fache des Anfangswerts, d. h. die erwartete Lebensdauer, erreichte, betrug 8900 Stunden. Verglichen mit der konventionellen Einrichtung wurde die Zuverlässigkeit signifikant verbessert. Der Grund besteht darin, dass bei der Lasereinrichtung 150 in diesem Beispiel die Rippenecken 112, welche die Grenzen zwischen dem Rippenstreifenabschnitt 110 und der unteren ebenen Region 111 sind, von einem Material umgeben sind, das denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten hat wie den des die Rippenecken 112 bildenden Materials (Al0,1Ga0,9N), d. h. Al0,1Ga0,9N mit nur den Leitungstypen, die bezogen auf das Material der Rippenecken 112 invertiert sind. Daher wird auch in einem Betrieb der Lasereinrichtung, welcher erfordert, dass mehrere zehn Milliampére an Strom injiziert werden, eine thermische Verformung trotz einiger Wärmeerzeugung in der Einrichtung in den Rippenecken 112 nicht generiert, und kann folglich eine Ausbreitung von Kristalldefekten ausgehend von den Rippenecken 112 hin zu der aktiven Mehrschicht-Quantenquellenschicht 103 unterdrückt werden.
  • Als Nächstes wurden 10 Arten von Lasereinrichtungen (11 Arten einschließlich der Lasereinrichtung in dem vorstehend beschriebenen Beispiel) durch ein Verfahren ähnlich dem Verfahren zum Produzieren der Lasereinrichtung 150 in dem vorstehend beschriebenen Beispiel erzeugt, wobei nur der Al-Beitrag in der n-Strombegrenzungsschicht 109 um 0,02 von 0 bis 0,08 und 0,12 bis 0,2 geändert wurde. Diese Lasereinrichtungen wurden einem ähnlichen Zuverlässigkeitstest unterzogen. 2 zeigt die Lebensdauer der Lasereinrichtung in Bezug auf das Al-Mischkristallverhältnis der n-Strombegrenzungsschicht 109 unter den Bedingungen der Atmosphärentemperatur von 60°C und der optischen Ausgangsleistung von 30 mW. Es wurde festgestellt, dass in dem Fall der Lasereinrichtungen, bei denen das Al-Mischkristallverhältnis der n-Strombegrenzungsschicht 109 in dem Bereich von 0,06 bis 0,14 liegt, eine Lebensdauer von 1000 Stunden, welche eine kleinste notwendige Lebensdauer für praktische Anwendung ist, oder mehr gewährleistet ist. Es wurde darüber hinaus festgestellt, dass in dem Fall der Lasereinrichtungen, bei welchen das Al-Mischkristallverhältnis 0,04 oder kleiner oder 0,16 oder größer war, die Lebensdauer der Einrichtung signifikant auf 500 Stunden oder weniger reduziert wird. Es wurde festgestellt, dass es, um die Lebensdauer der Lasereinrichtung durch Reduzieren der thermischen Verformung in den Rippenbereichen 112 zu verlängern, notwendig ist, die Rippenbereiche 112 mit der n-Strombegrenzungsschicht 109 zu bedecken, die aus einem Werkstoff mit einem Al-Mischkristallverhältnis von ±0,04 in Bezug auf Al0,1Ga0,9N erzeugt ist, der die untere p-Mantelschicht 109 bildet, welche die Rippenecken 112 (Al0,06Ga0,94N bis Al0,14Ga0,86N) beinhaltet. Es ist bekannt, dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der AlGaN-Werkstoffe dazu neigt, mit zunehmendem Al-Mischkristallverhältnis anzusteigen. Wenn das Al-Mischkristallverhältnis x ist, beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient allgemein etwa 5 × 10–8 × (x)/°C. Es wurde festgestellt, dass der Unterschied in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Material, das die Rippenecken 112 (untere p-Mantelschicht 105) bildet, und dem Material, das die Rippenecken 112 bedeckt und einbettet (n-Strombegrenzungsschicht 109), bevorzugt in dem Bereich von ±2 × 10–9/°C liegt. In diesem Beispiel wurde Al0,1Ga0,9N für die untere p-Mantelschicht 105 verwendet. Das Al-Mischkristallverhältnis kann näherungsweise in dem Bereich von 0,05 oder mehr und 0,3 oder weniger festgelegt werden. Auch in diesem Fall ist es klar, dass der Unterschied zwischen der unteren p-Mantelschicht 105 und dem Al-Mischkristallverhältnis der Strom begrenzenden Schicht ±0,04 sein sollte, ausgehend von der Tatsache, dass die Abhängigkeit des Wärmeausdehnungskoeffizienten von dem Al-Mischkristallverhältnis in diesem Bereich im Wesentlichen linear ist (d. h. Wärmeausdehnungskoeffizient = 5 × 10–8 × Al-Mischkristallverhältnis).
  • Da das Material der n-Strombegrenzungsschicht 109 zum Einbetten der Rippenecken 112 auf der vorstehend beschriebenen Grundlage ausgewählt wird, sind der Brechungsindex der unteren p-Mantelschicht 105 und der Brechungsindex der oberen p-Mantelschicht 107 im Wesentlichen gleich dem Brechungsindex der n-Strombegrenzungsschicht 109. Jedoch wurde bei der Lasereinrichtung 150 in diesem Beispiel eine In0,1Ga0,9N-Schicht als die den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106 verwendet. Die In0,1Ga0,9N-Schicht ist in Bezug auf die aktive Mehrfach-Quantenquellenschicht 103 durchlässig und hat einen größeren Brechungsindex als den der n-Strombegrenzungsschicht 109. Durch Erzeugen einer solchen, einen optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106 in der Nähe der aktiven Mehrfach-Quantenquellenschicht 103 (innerhalb der Region, in welcher sich das von der aktiven Mehrfach-Quantenquellenschicht 103 ausbreitet, wenn es wellengeführt wird), ist der effektive Brechungsindex des Rippenstreifenabschnitts 110, in welchem der Strom konzentriert wird, größer als der Brechungsindex der unteren ebenen Region 111, auf welcher die n-Strombegrenzungsschicht 109 ausgebildet ist. Folglich ist die Lasereinrichtung in diesem Beispiel in einer Einzeltransversalmode stabil, und kann Licht mit einer hohen Ausgabe bis zu 30 mW oszillieren. Die Wellenfront des Laserstrahls kann im wesentlichen eben sein, und die astigmatische Differenz kann bis auf 3 μm oder weniger unterdrückt werden, welches bei der praktischen Verwendung kein Problem verursacht.
  • Wie vorstehend bezüglich dem Verfahren zum Produzieren der Lasereinrichtung 150 in diesem Beispiel beschrieben wurde, ist es dann, wenn eine physikalische Reaktion durch Ionenbestrahlung, wie beispielsweise RIE oder dergleichen, als zumindest ein Teil der Ätzfunktion zum Erzeugen des Rippenstreifenabschnitts 110 verwendet wird, sehr schwierig, den nicht geätzten Abschnitt der unteren p-Mantelschicht 105 (ebene Region) so zu belassen, dass er eine gleichförmige Dicke mit einer zufrieden stellenden Steuerbarkeit aufweist, um eine Dispergierung in der Größenordnung von 0,01 μm zu realisieren. Es gibt eine unerwünschte Möglichkeit dahin gehend, dass die Eigenschaften des optischen Laser-Wellenleiters durch die Ungleichmäßigkeit in der Dicke signifikant verändert werden. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird jedoch das Al-Mischkristallverhältnis der unteren p-Mantelschicht 105 im Wesentlichen gleich dem Al-Mischkristallverhältnis der n-Strombegrenzungsschicht 109 gemacht. In diesem Fall beeinflusst selbst eine Schwankung oder eine Nichtgleichmäßigkeit in dem Bereich zwischen 0,1 μm bis 0,2 μm in der Ätztiefe (d. h. der Dicke der ebenen Region 111) die Eigenschaften der Lasereinrichtung 150 nicht signifikant. Somit können Lasereinrichtungen mit im Wesentlichen gleichen Eigenschaften produziert werden. In einer üblichen Lasereinrichtung sind die Zusammensetzung der unteren p-Mantelschicht 105 und die Zusammensetzung der n-Strombegrenzungsschicht 109 unterschiedlich, und beeinflusst daher eine Streuung in der Dicke der ebenen Region 111 der unteren p-Mantelschicht 105 die Eigenschaften des optischen Wellenleiters signifikant. Demgegenüber werden die Eigenschaften des optischen Laser-Wellenleiters in diesem Beispiel grundlegend durch den Abstand zwischen der aktiven Mehrfach-Quantenquellenschicht 103 und der den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106, der Dicke oder Zusammensetzung dieser beiden Schichten, oder der/den Zusammensetzung(en) der zwischen den beiden Schichten bereitgestellten Schicht(en) bestimmt. Diese Parameter sind alle präzise in dem ersten Schritt des Kristallwachstums steuerbar. Dieses stellt auch die folgenden Effekte bereit. Die Zuverlässigkeit der Lasereinrichtung kann durch die Verringerung der Wärmeverformung an den Rippenecken 112 verbessert werden, und der Ertrag der InGaAlN-basierten Halbleiterlasereinrichtungen unter Verwendung von RIE als einem Hauptätzmittel wird stark verbessert. (In dem Fall der in 4 gezeigten konventionellen Lasereinrichtung 450 beträgt der Ertrag von Einrichtungen mit zufrieden stellenden Anfangseigenschaften 24%. In dem Fall der in 1 gezeigten Lasereinrichtungen 150 ist der Ertrag auf 67% verbessert.)
  • Die Dicke der den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106 in diesem Beispiel beträgt 0,15 μm. Wenn die Dicke in dem Bereich von 0,03 μm bis 1,5 μm geändert wird, werden Lasereinrichtungen erhalten, die sowohl hinsichtlich der Lebensdauer als auch der astigmatischen Differenz zufrieden stellend sind. Wenn die Dicke der den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106 kleiner als 0,03 μm ist, ist der effektive Brechungsindex des Rückenstreifenabschnitts 110 im Wesentlichen gleich dem der unteren ebenen Region 111 (die Differenz in dem effektiven Brechungsindex zwischen dem Rippenstreifenabschnitt 110 und der unteren ebenen Region 111 beträgt 1 × 10–3 oder weniger, 0 oder weniger). Folglich verhält sich der Wellenleitermechanismus hauptsächlich wie eine Gewinnführung. Daher beträgt die astigmatische Differenz 10 μm oder mehr, welches die Probleme dahin gehend verursacht, dass der Strahl nicht auf eine Beugungsgrenze fokussiert werden kann, und dass die Schwingung in einer stabilen Grundtransversalmode nicht mit einer hohen Ausgangsleistung realisiert wird. Wenn die Dicke der den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106 mehr als 1,5 μm beträgt, wird das wellengeführte Laserlicht auf die optische p-Wellenführungs-Erzeugungsschicht 106 konzentriert. Daher wird die Laserlichtintensität in der aktiven Mehrfach-Quantenquellenschicht 103 relativ verringert, wodurch der Schwellenstromwert angehoben wird; und die Gesamthöhe des Rippenstreifenabschnitts 110, welcher ein Strompfad mit einer Breite von 2 μm ist, 2 μm oder mehr wird, wodurch der Widerstand der Einrichtung auf 20 Ω oder mehr angehoben wird. Aufgrund dieser beiden Phänomene wird die Lebensdauer der Einrichtung auf weniger als 100 Stunden verringert.
  • In dem vorstehenden Beispiel beträgt der Abstand zwischen der den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106 und der aktiven Mehrfach-Quantenquellenschicht 103 0,475 μm. Der Abstand kann in einem beliebigen Bereich liegen, in welchen sich durch die aktive Mehrfach-Quantenquellen 103 erzeugtes Licht ausbreitet. Speziell kann der Abstand in dem Bereich zwischen 0,2 μm bis 1 μm liegen.
  • Die den optischen p-Wellenleiter bildende Schicht 106 kann eine beliebige Zusammensetzung haben, welche kein von der aktiven Mehrfach-Quantenquellenschicht 103 erzeugtes Licht absorbiert, und welche einen Brechungsindex hat, der größer ist als der der Strom begrenzenden Schicht 109. Das In-Mischkristallverhältnis derselben ist nicht auf 0,1 beschränkt, wie in diesem Beispiel beschrieben. Zum Beispiel wird in diesem Beispiel In0,2Ga0,8N als die Quellenschichten der aktiven Mehrfachquellen-Struktur 103 verwendet. Das In-Mischkristallverhältnis der den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106 kann beliebig in dem Bereich von 0,02 oder mehr und 0,18 oder weniger liegen. Wenn das In-Mischkristallverhältnis der den optischen p-Wellenleiter-Erzeugungsschicht 106 mehr als 0,18 beträgt, absorbiert die den optischen p-Wellenleiter bildende Schicht das in der aktiven Mehrfach-Quantenquellenschicht 103 generierte Licht, und ist der effektive Brechungsindex in dem Rippenstreifenabschnitt 110 kleiner als der der unteren ebenen Region 111. Daher wird der Schwellenstromwert der Lasereinrichtung erhöht, welches einen Nachteil dahin gehend verursacht, dass zum Beispiel die Wellenfront des Ausgabe-Laserlichts gekrümmt wird. Wenn das In-Mischkristallverhältnis der Quellenschichten der aktiven Mehrfach-Quantenquellenschicht 103 geändert wird, wird ein ähnlicher Effekt bereitgestellt, so lange die den optischen p-Wellenleiter bildende Schicht 106 so erzeugt ist, dass sie ein In-Mischkristallverhältnis hat, das 90% oder weniger in Bezug auf das der Quellenschicht beträgt. Durch Erzeugen der den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106 aus InGaAn (In-Mischkristallverhältnis = 0,02 bis 0,18) und Einfügen der den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106 zwischen die untere p-Mantelschicht 105 und die obere p-Mantelschicht 107 kann der in dem Kristallwachstumsschritt der oberen p-Mantelschicht 107 auftretende Kristallbruch verringert werden. Dies ist ein Ergebnis dahin gehend, dass die Kristallverformung zwischen der unteren p-Mantelschicht 105 und der oberen p-Mantelschicht 107 durch die aus InGaN bestehende, den optischen p-Wellenleiter bildende Schicht 106 gemildert wird.
  • In Anbetracht der Funktion, die die den optischen p-Wellenleiter bildende Schicht 106 hat, kann die den optischen p-Wellenleiter bildende Schicht 106 aus AlGaN mit einem kleineren Al-Mischkristallverhältnis als das der n-Strombegrenzungsschicht 109 erzeugt werden, anstelle als aus InGaN. In diesem Fall jedoch kann der Effekt der Unterdrückung des Kristallbruchs in der oberen p-Mantelschicht 107 nicht beobachtet werden.
  • Durch Beschränken der Werkstoffe der unteren p-Mantelschicht 105, die die Rippenecken 112 und die Umgebung derselben bildet, der n-Strombegrenzungsschicht 109 und der optischen p-Wellenleiter-Erzeugungsschicht 106 wie vorstehend beschrieben kann ein Gallium-Nitrid-basierter Halbleiterlaser, der eine lange Lebensdauer hat und Licht mit einer ebenen Wellenfront ausgibt, realisiert werden.
  • (Beispiel 2)
  • 3 zeigt eine Struktur einer Lasereinrichtung in diesem Beispiel. Die Struktur ist dieselbe wie die des ersten Beispiels, bis die n-Al0,1Ga0,9N-Mantelschicht 101 erzeugt war. Danach wurden eine optische n-In0,05Ga0,95N-Führungsschicht 202 mit einer Dicke von 0,05 μm, eine aktive Mehrschicht-Quantenquellenschicht 203 einschließlich zweier In0,25Ga0,75N-Quellenschichten und einer In0,03Ga0,97N-Sperrschicht, eine optische p-In0,05Ga0,95N-Wellenführungsschicht 204 mit einer Dicke von 0,1 μm, eine p-Al0,13Ga0,87N-Mantelschicht 205 mit einer Dicke von 0,35 μm, und eine p-GaN-Kontaktschicht 208 mit einer Dicke von 1,0 μm mittels einem MOCVD-Verfahren erzeugt. Als Nächstes wurde ein Ätzen durchgeführt auf eine Art und Weise ähnlich zu dem des ersten Beispiels, wodurch eine Rippenstruktur mit einer Breite von 1,6 μm und einer Höhe von 1,2 μm ausgebildet wurde. An diesem Punkt betrug die Dispergierung ±0,1 μm. Dann wurde eine i-Supergitter-Strombegrenzungsschicht 209 einschließlich 35 Paaren einer Al0,2Ga0,8N-Schicht, die eine Dicke von 20 nm hat und keine Verunreinigung enthält, und einer GaN-Schicht mit einer Dicke von 10 nm selektiv auf der unteren ebenen Region 111 der p-Mantelschicht 205 mittels einem zu dem in dem ersten Beispiel vergleichbaren Verfahren erzeugt. Die Al0,2Ga0,8N-Schichten und die GaN-Schichten wurden abwechselnd ausgebildet, und die i-Supergitter-Strombegrenzungsschicht 209 wurde so ausgebildet, dass sie eine Gesamtdicke von 1,1 μm hat. Schließlich wurde die Maske zum selektiven Aufwachsen entfernt, und dann wurde eine p-GaN-Oberflächenschicht 2081 mit einer Dicke von 0,3 μm auf der Gesamtheit des Laminats erzeugt.
  • Dann wurde eine Bodenoberfläche des n-GaN-Substrats 100 so geschliffen, dass das n-GaN-Substrat 100 eine Dicke von 30 μm aufweist, und dann poliert, um Schleifkratzer zu entfernen. Dann wurde eine n-Elektrode 113 (ähnlich zu der in dem ersten Beispiel) auf der gesamten Bodenoberfläche des n-GaN-Substrats erzeugt. Auf vergleichbare Art und Weise wird eine p-Elektrode 214 auf einer oberseitigen Oberfläche der p-GaN-Oberflächenschicht 2081 erzeugt. Das resultierende Laminat wurde so zerteilt, dass es eine Resonatorlänge von 450 μm aufwies, wodurch eine Lasereinrichtung 250 hergestellt wurde.
  • Auch in diesem Beispiel hat die i-Supergitter-Strombegrenzungsschicht 209 eine Supergitterstruktur bzw. Superkristallgitterstruktur. Das mittlere Al-Mischkristallverhältnis derselben wurde so gesteuert, das es im Wesentlichen dasselbe war wie das der p-Mantelschicht 205, die aus Al0,13Ga0,87N erzeugt wurde. Es gibt keine bestimmte Schicht, die der den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 106 in dem ersten Beispiel entspricht. Anstelle ist die p-GaN-Kontaktschicht 208 0,4 μm entfernt von der aktiven Mehrschicht-Quantenquellenschicht 203 bereitgestellt und aus GaN erzeugt, welches einen Brechungsindex hat, der höher ist als der mittlere Brechungsindex der i-Supergitter-Strombegrenzungsschicht 209. Demgemäß expandiert das Laserlicht in die p-Kontaktschicht. Infolgedessen wird der Laserlicht-Wellenleiter in dem Rippenstreifenabschnitt 110 auf eine zu der den p-Lichtwellenleiter bildenden Schicht 106 vergleichbare Art und Weise realisiert.
  • Die Halbleiter-Lasereinrichtung 250 in diesem Beispiel wurde einem Zuverlässigkeitstest unter den Bedingungen von 60°C und 30 mW unterzogen. Die Lebensdauer der Einrichtung betrug 10200 Stunden, welches eine beträchtliche Verbesserung im Vergleich zu dem konventionellen Beispiel war. In dem vorliegenden Beispiel ist die Wellenfront des Laserlichts im Wesentlichen eben, und liegt der Astigmatismus innerhalb von 3 μm, welcher ausreichend klein ist, um in der praktischen Verwendung frei von Problemen zu sein. Diese Effekte werden dadurch bereitgestellt, dass die Kristallverschlechterung an den Rippenecken 112 unterdrückt wird, da der die Rippenecken 112 (die p-Mantelschicht 205) bildende Werkstoff und der die i-Supergitter-Strombegrenzungsschicht 209 bildende Werkstoff im Wesentlichen dasselbe mittlere Mischkristallverhältnis haben, und somit aus einem makroskopischen Blickpunkt gesehen im Wesentlichen denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten haben.
  • Das Al-Mischkristallverhältnis der p-Mantelschicht 205 und das mittlere Al-Mischkristallverhältnis der i-Supergitter-Strombegrenzungsschicht 209 sind im Wesentlichen gleich zueinander. Demgemäß ändert sich, auch obwohl die Ätztiefe zum Erzeugen des Rippenstreifenabschnitts 110 dispergiert ist (±0,1 μm in diesem Beispiel, der Unterschied in dem effektiven Brechungsindex zwischen einem Bereich des optischen Wellenleiters entsprechend zu dem Rückenstreifenabschnitt 110 und einem Bereich des optischen Wellenleiters entsprechen zu der unteren ebenen Region 110 nicht. Demgemäß ist die Dispergierung in Fernfeldbildern reduziert, und oszilliert die Einrichtung bei einer stabilen Grundtransver salmode bis hin zu einer hohen Ausgangsleistung. Somit wird der Produktionsertrag der Einrichtung verbessert. Der Produktionsertrag zufrieden stellender Einrichtungen beträgt in diesem Fall 69%.
  • Das Nachfolgende wurde ebenfalls festgestellt. In diesem Beispiel besteht die p-GaN-Kontaktschicht 208 entsprechend zu der den optischen Wellenleiter bildenden Schicht 106 in dem ersten Beispiel aus GaN, welches einen Brechungsindex hat, der kleiner ist als der der den optischen p-Wellenleiter bildenden Schicht 204. Auf diese Art und Weise kann die Einrichtung bei einem Schwellenstromwert oszillieren, welcher etwa 5 bis 10 mA niedriger ist als der des Falls, in dem diese Schichten denselben Brechungsindex haben. Infolgedessen kann eine höhere Zuverlässigkeit realisiert werden.
  • Die als Supergitter strukturierte AlGaN-Schicht zum Erzeugen der i-Supergitter-Strombegrenzungsschicht 209 und die GaN-Schicht haben in diesem Fall jede bevorzugt eine Dicke von 50 nm oder weniger. Der Grund besteht darin, dass dann, wenn die Dicke der Supergitterstruktur 50 nm oder weniger beträgt, der Einfluss der Supergitterschicht auf die Rippenecken 112 als auf der mittleren Zusammensetzung der Supergitterstruktur beruhend betrachtet werden kann. Wenn die Schicht mit der Supergitterstruktur eine Dicke von mehr als 50 nm hat, beträgt die Lebensdauer nur weniger als 100 Stunden, welches zu der des konventionellen Beispiels ähnlich ist.
  • Es wurde bestätigt, dass derselbe Effekt durch Ersetzen der p-GaN-Kontaktschicht 208 oder der p-GaN-Oberflächenschicht 2081 durch eine InGaN-Schicht (In-Mischkristallverhältnis: größer als 0 und 0,22 oder kleiner) bereitgestellt werden kann.
  • (Beispiel 3)
  • In diesem Beispiel wurden die n-Mantelschicht 101 und die p-Mantelschicht 205 in dem zweiten Beispiel beide durch eine Supergitter-Mantelschicht mit einer Dicke von 0,45 μm ersetzt. Die Supergitter-Mantelschicht beinhaltet 30 Paare einer Al0,2Ga0,8N-Schicht mit einer Dicke von 10 nm und einer GaN-Schicht mit einer Dicke von 5 nm.
  • Auch in diesem Fall sind das mittlere Al-Mischkristallverhältnis der p-Mantelschicht 205 und das mittlere Al-Mischkristallverhältnis der i-Supergitter-Strombegrenzungsschicht 209 gleich. Die gesamten Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Schichten können als in etwa gleich betrachtet werden. Als die Einrichtung einem Zuverlässigkeitstest unter denselben Bedingungen wie diejenigen in den vorangehenden Beispielen unterzogen wurden, wurde eine 10000 Stunden übersteigende Lebensdauer bestätigt.
  • (Beispiel 4)
  • In diesem Beispiel wurde die n-Mantelschicht 101 in dem ersten Beispiel durch eine Supergitterschicht mit einer Gesamtdicke von 1,0 μm ersetzt. Die Supergitterschicht beinhaltet 50 Paare einer Al0,2Ga0,8N-Schicht, die eine Dicke von 10 nm hat und Si enthält, und einer GaN-Schicht mit einer Dicke von 10 nm. Die untere p-Mantelschicht 105 in dem ersten Beispiel wurde durch eine Supergitterschicht mit einer Dicke von 0,4 μm ersetzt. Die Supergitterschicht beinhaltet 20 Paare einer Al0,2Ga0,8N-Schicht, die eine Dicke von 10 nm hat und Mg enthält, und einer GaN-Schicht mit einer Dicke von 10 nm. Die den optischen p-Wellenleiter bildende Schicht 106 in dem ersten Beispiel wurde durch eine GaN-Schicht, die eine Dicke von 0,2 μm hat und Mg enthält, ersetzt. Die obere p-Mantelschicht 107 in dem ersten Beispiel wurde durch eine Supergitterschicht mit einer Gesamtdicke von 0,4 μm ersetzt. Die Supergitterschicht beinhaltet 20 Paare einer Al0,2Ga0,8N-Schicht mit einer Dicke von 10 nm und einer GaN-Schicht mit einer Dicke von 10 nm. Die n-Strombegrenzungsschicht 109 in dem ersten Beispiel wurde durch eine Supergitterschicht mit einer Gesamtdicke von 1,0 μm ersetzt. Die Supergitterschicht beinhaltet 50 Paare einer Al0,2Ga0,8N-Schicht, die eine Dicke von 10 nm hat und Si enthält, und einer GaN-Schicht mit einer Dicke von 10 nm.
  • Auch in diesem Beispiel haben die untere p-Mantelschicht 105, die die Rippenecken 112 bildet, und die n-Strombegrenzungsschicht, die so ausgebildet ist, dass sie die Rippenecken 112 bedeckt, dieselbe Supergitterstruktur. Da die mittleren Al-Mischkristallverhältnisse dieser Schichten im Wesentlichen dieselben sind, sind die Wärmeausdehnungseigenschaften dieser Schichten von einem makroskopischen Blickpunkt aus gesehen im Wesentlichen gleich. Infolgedessen wird eine Lebensdauer von 9500 Stunden erhalten.
  • In dem vorstehenden Beispiel brauchen die untere p-Mantelschicht 105 und die n-Supergitter-Strombegrenzungsschicht nicht dieselbe Supergitterstruktur zu haben. Im Einzelnen ist die Zuverlässigkeit der Lasereinrichtung auch dann dieselbe wie vorstehend, wenn nur die untere p-Mantelschicht 105 durch eine Supergitterstruktur mit 40 Paaren einer Al0,2Ga0,8N-Schicht, die eine Dicke von 5 nm hat und Mg enthält, und einer GaN-Schicht mit einer Dicke von 5 nm ersetzt wird. Es wurde festgestellt, dass auch dann, wenn eine Supergitterstruktur verwendet wird, die Zuverlässigkeit im Vergleich zu dem konventionellen Beispiel beträchtlich verbessert wird, indem das Al-Mischkristallverhältnis der die Rippenecken 112 bildenden Schicht (der unteren p-Mantelschicht in diesem Beispiel) gleich dem mittleren Al-Mischkristallverhältnis der die Rippenecken 112 bildenden Schicht (der unteren n-Strombegrenzungsschicht 109 in diesem Beispiel) gemacht wird.
  • (Beispiel 5)
  • 5 zeigt eine Querschnittsstruktur eines unterschiedlichen Beispiels. Dieses Beispiel ist dem ersten Beispiel ähnlich, mit der Ausnahme, dass ein Winkel von Rippenecken 512, der zwischen Seitenoberflächen des Rückens und der Oberfläche der unteren ebenen Region 111 gebildet wird, 90 Grad oder mehr beträgt. Demgemäß tragen die Strukturen und Werkstoffe, welche dieselben sind wie diejenigen des ersten Beispiels, dieselben Bezugszeichen.
  • Dadurch, dass der Winkel der Rippenecken 512 zu 100 Grad oder mehr gemacht wird, kann der Bereich des Al-Mischkristallverhältnisses der Strombegrenzungsschicht 109, bei welchem die Zuverlässigkeit von 1000 Stunden realisiert wird, breiter sein als ±0,04, welches in dem Fall erhalten wird, in dem der die Rippenecken 512 erzeugende Werkstoff derselbe ist wie in dem ersten Beispiel. Im Einzelnen wurde festgestellt, dass eine Lebensdauer von 1000 Stunden oder mehr realisiert wird, wo das Al-Mischkristallverhältnis der Strombegrenzungsschicht in dem Bereich von ±0,08 liegt, wenn die Rippenecken 512 aus Al0,1Ga0,9N erzeugt sind, und der Winkel der Rippenecken 512 in dem Bereich von 100 Grad oder mehr und 130 Grad oder weniger liegt.
  • Der Grund wird als in dem Folgenden liegend betrachtet. Der Kristalldefekt, der durch die an den Rippenecken 512 erzeugte Wärmeverformung verursacht wird, wird dadurch gemildert, dass der Winkel der Rippenecken 512 zu 100 Grad oder mehr gemacht wird. Folglich wird die Ausbreitung des Defekts in die Richtung zu der aktiven Schicht 103 hin, die sich unter dem Rippenabschnitt 110 befindet, unterdrückt. Ein Winkel der Rippenecken 512, der 130 Grad überschreitet, ist aus dem folgenden Grund ungeeignet. Da die sich neigende Oberfläche der Rippe zu sanft ist, um einen steilen Brechungsindexunterschied in Bezug auf die Transversal- bzw. Queroszillationsmode festzulegen, resultiert dies in einer instabilen Oszillationsmode.
  • Es wurde festgestellt, dass dann, wenn der Winkel der Rippenecken 512 90 Grad oder mehr und weniger als 100 Grad beträgt, das Al-Mischkristallverhältnis der Strombegrenzungsschicht 109 wie in dem ersten Beispiel ±0,04 betragen muss, um die Lasereinrichtung mit einer Lebensdauer von 1000 Stunden bereitzustellen. Aus dem Vorstehenden wurde festgestellt, dass dann, wenn der Winkel der Rippenecken 90 Grad oder mehr und 100 Grad oder weniger beträgt, der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der unteren Mantelschicht 105 und der Strombegrenzungsschicht 109 ±2 × 10–9/°C sein kann. Es wurde ebenfalls festgestellt, dass dann, wenn der Winkel der Rippenecken 512 100 Grad oder mehr und 130 Grad oder weniger beträgt, der Unterschied im Wär meausdehungskoeffizienten zwischen der unteren Mantelschicht 105 und der Strombegrenzungsschicht 109 ±4 × 10–9/°C sein kann.
  • In den vorstehend beschriebenen Beispielen wurde GaN für das Substrat verwendet. Die Erfindung ist nicht auf das Verwenden eines GaN-Substrats beschränkt. Ein in dem konventionellen Beispiel verwendetes Saphirsubstrat, ein SiC-Substrat oder dergleichen kann verwendet werden. Die Erfindung umfasst eine Struktur, in welcher die Leitungstypen in den vorstehenden Beispielen alle invertiert sind.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Durch Anwenden der Erfindung kann ein Halbleiterlaser mit einer stabilen Oszillationsmode und einem kleinen Schwellenstromwert, und somit mit einer ausgezeichneten Zuverlässigkeit, mit einem hohen Ertrag produziert werden.
  • Wird die erfindungsgemäße Halbleiterlasereinrichtung verwendet, wird auch dann, wenn die Temperatur der Einrichtung in der streifenförmigen, herausragenden Struktur und der Umgebung derselben, in welche der Strom auf konzentrierte Art und Weise injiziert wird, lokal erhöht wird, die thermische Verformung der Einrichtung dank des kleinen Unterschieds in dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Strombegrenzungsschicht und der zweiten leitenden Schicht unterdrückt. Daher wird ein lokaler bzw. örtlicher Kristalldefekt oder Kristallbruch vermieden, wodurch somit die Lebensdauer der Lasereinrichtung verlängert wird.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterlaser kann der Wärmeausdehnungskoeffizient, welcher in Abhängigkeit von dem Al-Mischkristallverhältnis schwankt, zwischen der Strombegrenzungsschicht und der zweiten Schicht geringer unterschiedlich sein, so dass somit die thermische Verformung der Einrichtung verringert werden kann. Durch Erzeugen der den optischen Wellenleiter bildenden Schicht aus InuGa1-uN kann der Brechungsindex der den optischen Wellenleiter bildenden Schicht höher sein als der der Region der zweiten Schicht, auf welcher die Strombegrenzungsschicht erzeugt wird. Auf diese Art und Weise kann eine Lasereinrichtung, die in einer Einzelquermode bis hin zu einer hohen Ausgangsleistung stabil oszilliert, erhalten werden. Darüber hinaus ist die Wellenfront des ausgegebenen Laserstrahls im Wesentlichen eben, und kann die astigmatische Differenz verringert werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterlaser sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten der zweiten Schicht und der Strombegrenzungsschicht im Wesentlichen gleich, so dass somit die Kristallverschlechterung an den Rippenecken unterdrückt wird. Daher kann die Lebensdauer der Lasereinrichtung verlängert werden.
  • Durch Erzeugen der Schicht mit der Supergitterstruktur so, dass diese eine Dicke von 50 nm oder weniger hat, kann der Einfluss der Supergitterschicht auf die Rippenecken 112 als auf der mittleren Zusammensetzung der Supergitterstruktur beruhend betrachtet werden.

Claims (8)

  1. InGaAlN-basierte Halbleiterlaseranordnung (150, 250), umfassend eine ebene erste Schicht (102, 202) eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine ebene aktive Schicht (103, 203), die auf der ersten Schicht angeordnet ist und ein kleineres verbotenes Band aufweist als dasjenige der ebenen ersten Schicht, und eine zweite Schicht (105, 205) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der aktiven Schicht (103, 203) angeordnet ist und ein größeres verbotenes Band aufweist als dasjenige der aktiven Schicht (103, 203), wobei die zweite Schicht (105, 205) eine ebene Region (111) und eine streifenförmige, herausragende Struktur (110) beinhaltet; wobei eine streifenförmige, einen optischen Wellenleiter bildende Schicht (106) des zweiten Leitfähigkeitstyps mit einem größeren Brechungsindex als derjenige der zweiten Schicht (105, 205) nur auf der streifenförmigen, herausragenden Struktur (110) ausgebildet ist; eine Strom begrenzende Schicht (109, 209) des ersten Leitfähigkeitstyps oder eines hohen Widerstands zum Bedecken einer oberen Oberfläche der ebenen Region (111) der zweiten Schicht, einer seitlichen Oberfläche der herausragenden Struktur (110) der zweiten Schicht und einer seitlichen Oberfläche der den optischen Wellenleiter bildenden Schicht (106) ausgebildet ist; und ein Unterschied zwischen einem thermischen Expansionskoeffizienten der Strom begrenzenden Schicht (109, 209) und einem thermischen Expansionskoeffizienten der zweiten Schicht (105, 205) in dem Bereich von –4 × 10–9/°C bis +4 × 10–9/°C liegt.
  2. Halbleiterlaseranordnung (150, 250) nach Anspruch 1, bei der die zweite Schicht (105, 205) und die Strom begrenzende Schicht (109, 209) aus einem InGaAlN-basierten Halbleitermaterial derselben Zusammensetzung erzeugt sind.
  3. Halbleiterlaseranordnung (150, 250) nach Anspruch 2, bei der die zweite Schicht (150, 250) aus AlxGa1.xN erzeugt ist, die Strom begrenzende Schicht (109, 209) aus AlyGa1-yN erzeugt ist, und –0,08 ≤ x – y ≤ 0,08.
  4. Halbleiterlaseranordnung (150, 250) nach Anspruch 3, bei der ein zwischen der ebenen Region (111) und einer durch die streifenförmige, herausragende Struktur (110) ausgebildeten Rippenecke (112, 412, 512) hergestellter Winkel 100 Grad oder mehr und 130 Grad oder weniger beträgt.
  5. Halbleiterlaseranordnung (150, 250) nach Anspruch 3, bei der ein zwischen der ebenen Region (111) und einer durch die streifenförmige, herausragende Struktur (110) ausgebildeten Rippenecke (112, 412, 512) hergestellter Winkel 90 Grad oder mehr und weniger als 100 Grad beträgt, und –0,04 ≤ x – y ≤ 0,04.
  6. Halbleiterlaseranordnung (150, 250) nach Anspruch 2, bei der die den optischen Wellenleiter bildende Schicht (106) aus InuGa1-uN erzeugt ist, u 0,02 oder mehr und 0,18 oder weniger ist, und 90% oder weniger eines In-Mischkristallverhältnisses einer in der aktiven Schicht (103, 203) enthaltenen Quellenschicht ist.
  7. Halbleiterlaseranordnung (150, 250) nach Anspruch 1, bei der zumindest die zweite Schicht (105, 205) oder die Strom begrenzende Schicht (109, 209) aus einer InGaAlN-basierten Supergitterstruktur erzeugt ist, und die zweite Schicht (105, 205) und die Strom begrenzende Schicht (109, 209) dasselbe mittlere Mischkristallverhältnis haben.
  8. Halbleiterlaseranordnung (150, 250) nach Anspruch 7, bei der eine in der die zweite Schicht (105, 205) oder die Strom begrenzende Schicht (109, 209) bildenden Supergitterstruktur enthaltene InGaAlN-Schicht eine Dicke von 50 nm oder weniger hat.
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