NL8104068A - Halfgeleiderlaser. - Google Patents

Description

*v PHN 10137 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

"Halfgeleiderlaser"

De uitvinding heeft hetrekking op een halfgeleiderlaser met een halfgeleiderlichaam bevattende een actief lasergebied met een pn-overgang, waarbij het actieve gebied zich bevindt binnen een resonator die gevoritd wordt door twee onderling evenwijdige ref lecterende, niet geoxydeerde 5 spiegelvlakken, waarbij contactorganen aanwezig zijn cm stroom in de doorlaatrichting aan de pn-overgang toe te voeren voor het opwekken van coherente electrcmagnetische straling in het actieve gebied, en waarbij het actieve gebied aan de spiegelvlakken grenzende eindzones bevat cm niet-stralende recombinatie nabij de spiegelvlakken te verminderen.

10 De uitvinding heeft bovendien betrekking op een werkwijze ter vervaardiging van deze halfgeleiderlaser.

Een halfgeleiderlaser van de beschreven soort is bekend uit het artikel van Yonezu et al. in Applied Physics Letters 34 (1979) p.637-639.

Bij de gebruikelijke halfgeleiderlasers, waarbij het actieve ge-15 bied zich tussen twee ref lecterende vlakken van het kristal, ook spiegelvlakken genoemd, bevindt hebben deze spiegelvlakken de neiging, op den duur te eroderen onder invloed van niet-stralende recombinatie aan of nabij de spiegelvlakken. Deze neiging is bijzonder sterk wanneer de laser bedreven wordt in een cmgeving die waterdamp bevat, zelfs wanneer deze 20 slechts in zeer geringe concentratie (b.v. 1:105) aanwezig is. Deze spie-gelerosie geeft aanleiding tot een geleidelijke degradatie van de eigen-schappen van de laser, onder meer tot een voortdurende toename van de drenpelstrocm en tot het optreden van pulsaties in de uitgezonden straling. Zie bijvoorbeeld J.A.F. Peek in Electronics Letters Vol.16 No.11, 22 raei 25 1980 p.441-442, H. Yonezu et al. in Journal of Applied Physics, 50(8), augustus 1979 p-5150-5157 en F.R.Nash et al. in Applied Physics Letters, 35(12), 15 decerriber 1979 p.905-907. Oorzaak van een en ander is, dat de reflecterende eigenschappen van de spiegelvlakken door een toenemen van de ruwheid van deze vlakken snel verslechteren.

30 Men kan deze erosie op verschillende manieren tegengaan. Zo kan men de waterdamp elimineren, bijvoorbeeld door de laser onder vacuum te bedrijven. Dit maakt echter een geccmpliceerde en dure omhulling noodza-kelijk. Ook kan men de spiegelvlakken bedekken met een transparante die- 8104068 -Τ' Λ ΡΗΝ 10137 2 electrische beschermingslaag. Het - aanbrengen van een goed hechtende be-schermingslaag die ondoorlaatbaar is voor waterdamp en de juiste dikte heeft is echter technologisch niet eenvoudig. Een goed hechtende en on-doordringbare beschermingslaag kan order meer warden verkregen door ther-5 mische oxydatie van de spiegelvlakken. Hieraan zijn echter grote bezwaren verbonden wegens de vereiste hoge temperaturen. Aangezien de oxydatie na het metalliseren van de laser zou moeten geschieden, am te voorkamen dat het oxyde naderhand weer gedeeltelijk zou moeten warden verwijderd voor het aanbrengen van elektrodelagen, is de oxydatietemperatuur beperkt tot 10 die welke de metallisatie kan verdragen. Ook kunnen vanuit de metallisa-tie ongewenste verontreinigingen in de laser en in het oxyde komen. Ver-der kan ongewenste diffusie binnen de laserstruktuur plaats vinden. Het gebruik van geoxydeerde spiegelvlakken is daaram te ontraden.

Het is ook mogelijk, door sputter en of door opdairpen dielectrische 15 beschermingslagen aan te brengen. Ook langs deze weg is een doeltreffende protectie van de spiegelvlakken echter technologisch niet gemakkelijk te realiseren.

Een andere oplossing kan warden gevonden door het actieve gebied te voorzien van aan de spiegelvlakken grenzende eindzones met grotere ver-20 boden bandafstand, waarin praktisch geen stralingsabsorptie en dientenge-volge weinig niet-stralende reccmbinatie optreedt, zeals beschreven in het eerder genoemde artikel van Yonezu et al. in Applied Physics Letters 34 (1979) p.637-639. De in dit artikel aangegeven selectieve zinkdiffusie is echter gecompliceerd, en ook niet geheel effectief.

25 De uitvinding beoogt onder meer, een laserstruktuur aan te geven waarin het effect van niet-stralende reccmbinatie nabij de spiegelvlakken sterk verminderd wardt door toepassing van eindzones van een nieuwe struk-tuur, die zeer effectief zijn en op eenvoudige en reproduceerbare wijze kunnen worden gevormd. Ook beoogt de uitvinding, een werkwijze te ver-30 schaffen waarbij de eindzones van een groot aantal halfgeleiderlasers te-gelijk kunnen' worden gevormd, alvorens de lasers uit de gemeenschappe-lijke halfgeleiderplaat waarin zij warden vervaardigd te verwijderen.

De uitvinding berust onder meer op het inzicht, dat het beoogde doel kan worden bereikt door eindzones met een hoge recombinatiesnelheid 35 toe te passen, waardoor de niet-stralende recombinatie niet meer in de onmiddellijke nabijheid van, doch op enige afstand van de spiegelvlakken optreedt.

Een halfgeleiderlaser van de in de aanhef beschreven soort is 8104068 ΡΗΝ 10137 3 Λ * volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de eindzones gevormd wor-den door delen van het actieve gebied die geimplanteerde ionen met bij-horende kristalschade bevatten en zich vanaf de spiegelvlakken uitstrek-ken tot op een afstand, welke tenminste gelijk is aan de diffusielengte 5 van recanbinerende ladingsdragers in de eindzones.

In de halfgeleiderlaserstruktuur volgens de uitvinding wordt niet-stralende reccmbinatie aan de spiegelvlakken vermeden doordat deze a reccmbinatie, tengevolge van de hoge reccnibinatiesnelheid in de geimplan-teerde eindzones, praktisch geheel plaatsvindt in van de spiegelvlakken 10 verwijderd gelegen delen van de eindzones. Daardoor wordt erosie van de spiegelvlakken vermeden of althans in zeer belangrijke mate verminderd.

Verder brengt het aanbrengen van eindzones volgens de uitvinding minder technologische probleroen mee dan de reeds genoemde diffus ietechnieken of het aanbrengen van beschermingslagen op de reflecterende vlakken.

15 De genrplanteerde ionen zijn bij voorkeur protonen, die wegens hun geringe massa bij relatief lage energie de gewenste penetratiediepte berelken. Ook kunnen onder omstandigheden in plaats van protonen met voor-deel deuteronen of enkelvoudig geioniseerde waterstofmoleculen worden ge-iirplanteerd. De uitvinding is hiertoe echter niet beperkt, daar eventueel 20 ook andere ionen met bijbehorende kristalschade zouden kunnen worden ge-implanteerd cm het gewenste effekt te verkrijgen.

De eindzones strekken zich, indien gevormd door een protonenhom-bardement, bij voorkeur verder dan 0,5^um en minder dan 5^um vanaf de spiegelvlakken uit. Het is gebleken, dat eindzones met een grotere lengte, bij-25 voorbeeld van 10^um, een nadelige invloed op de lasereigenschappen kunnen hebben, terwijl eindzones met een al te geringe lengte recombinatie aan de spiegelvlakken niet in voldoende mate verhinderen. De minimum lengte van de eindzones is, zoals reeds gezegd, ongeveer gelijk aan de diffusielengte van de reccmbinerende ladingsdragers in de eindzones.

30 De uitvinding is 'van toepassing op alle halfgeleiderlasers met spiegelvlakken, waarbij aan of nabij deze spiegelvlakken niet-stralende reccmbinatie kan optreden. De uitvinding kan echter met bijzonder voordeel worden toegepast bij halfgeleiderlasers met een lagenstruktuur, waarbij het actieve gebied strookvormig is en deel uitmaakt van een evenwijdig aan een 35 hoofdvlak van het halfgeleiderlichaamlopende actieve halfgeleiderlaag, waarbij de pn-overgang evenwijdig aan deze actieve laag loopt. Bij lasers met deze opbouw kan het ionenbcmbardement dat voor de vorming van de eindzones is vereist met voordeel geccmbineerd worden met een ionenbombardement, 8104068

- V

EHN 10137 4 in het bij zander een protonenbombardement, dat wordt toegepast voor het definieren van het strookvormige actieve gebied. Volgens een voorkeurs-uitvoering wordt dit strookvormige actieve gebied in zijn breedterichting zijdelings begrensd door een deel van een met ionen geimplanteerd gebied 5 dat tevens de eindzones vormt. Het strookvormige actieve gebied kan ech-ter ook in plaats van door een protonenbombardement op vele andere manie-ren zijdelings begrensd warden. Uit de vakliteratuur zijn in dit verband vele mogelijkheden bekend.

Halfgeleiderlasers volgens de uitvinding kunnen qp zeer voorde-10 lige en efficiente wijze warden gevormd door toepassing van een werkwijze, waarbij wordt uitgegaan van een halfgeleiderplaat met een lagenstruktuur geschikt voor de vorming van halfgeleiderlasers en bevattende ten minste een evenwijdig aan een hoofdoppervlak van de plaat lopende actieve half-geleiderlaag, ter plaatse van de aan te brengen, als spiegelvlakken 15 dienende splijtvlakken groeven warden aangebracht die zich tot op een ge-ringere diepte dan de actieve laag uitstrekken, in de groeven ionen-worden geimplanteerd waarbij de geimplanteerde zones met bijbehorende kristalschade zich door de actieve laag heen uitstrekken, en daarna--althans ter plaatse van de groeven de halfgeleiderplaat door breken in af-20 zonderlijke lasers wordt onderverdeeld, waarbij splijtvlakken praktisch loodrecht op de actieve laag ontstaan, zodat de actieve laag van elke laser voorzien is van aan de splijtvlakken grenzende geimplanteerde eindzones .

Door toepassing van deze werkwijze kunnen de lasers met inbegrip· 25 van de gebotibardeerde eindzones in een groot aantal op een halfgeleiderplaat vervaardigd worden, alvorens de lasers door breken van elkaar te scheiden.

De uitvinding zal verder worden toegelicht aan de hand van enke-le uitvoeringsvoorbeelden en de tekening, waarbij 30 Figuur 1 in bovenaanzicht een halfgeleiderlaser volgens de uit vinding toont,

Figuur 2 en 3 schematisch dwarsdoorsneden van de halfgeleiderlaser volgens Figuur 1 langs de lijnen II-II en III-III tonen,

Figuur 4 t/m 6, 8 en 9 schematisch in dwarsdoorsnede, en 35 Figuur 7 in bovenaanzicht opeenvolgende stadia tonen van een werkwijze ter vervaardiging van een halfgeleiderlaser volgens de uitvind-ding, en

Figuur 10A,B en 11A,B dwarsdoorsneden tonen van een halfgeleider- 8104068 FHN 10137 5 * .

plaat tijdens de vervaardiging van een aantal halfgeleiderlasers volgens de uitvinding.

De figuren zijn schematisch en niet cp schaal getekend, waarbij in de dwarsdoorsneden in het bijzonder de afmetingen in de dikterichting zijn 5 overdreven.

Figuur 1 toont in bovenaanzicht een halfgeleiderlaser volgens de uitvinding, waarvan Figuur 2 en Figuur 3 respectievelijk dwarsdoorsneden volgens de lijnen II-II en III-III van Figuur 1 tonen. De halfgeleiderlaser van dit voorbeeld is een laser van het dubbele hetero-overgangstype, 10 ofschoon de uitvinding ook van toepassing is op pn-lasers met een andere ophouw. De laser heeft een halfgeleiderlichaam 1 met een actief laserge-· bied 2, dat in dit voorbeeld strookvormig is en deel uitmaakt van een evenwijdig aan een hoofdvlak van het halfgeleiderlichaam lopende actieve halfgeleiderlaag 3, die gelegen is tussen passieve lagen 4 en 5 die een 15 grotere verboden bandafstand hebben dan de actieve laag 3. Het actieve lasergebied 2 bevat een pn-overgang 6, die in dit voorbeeld gevormd wordt tussen de lagen 3 en 5. Deze pn-overgang kan echter onder omstandigheden, in plaats van tussen de lagen 3 en 5 tussen de lagen 3 en 4, of zelfs bin-nen de laag 3, worden gevormd.

20 Het actieve gebied 2 bevindt zich binnen een resonator, die ge vormd wordt door twee onderling evenwijdige reflecterende, niet geoxydeer-de spiegelvlakken, hier de zijvlakken 7 en 8 van het kristal. Verder zijn contactorganen aanwezig in de vorm van twee geleidende electrode lagen 9 en 10, waarmee stroom in de doorlaatrichting aan de pn-overgang 6 kan wor-25 den toegevoerd cm coherente electromagnetische straling in het actieve gebied 2 op te wekken, wanneer de stroansterkte boven een bepaalde drem-pelwaarde stijgt.

Het actieve gebied 2 bevat verder eindzones 11, in de tekening gearceerd aangegeven, welke grenzen aan de spiegelvlakken 7 en 8. Deze 30 eindzones 11 dienen om niet-stralende recombinaties nabij de spiegelvlakken 7 en 8 op hiema nader te beschrijven wijze te verminderen. Door der-gelijke niet-stralende recanbinaties kan namelijk degradatie van de reflec-terende eigenschappen van de spiegelvlakken 7 en 8 cptreden.

Volgens de uitvinding worden de eindzones 11 gevormd door delen 35 van het actieve gebied 2 die geimplanteerde ionen met bijbehorende kristal-schade bevatten, welke delen zich vanaf de spiegelvlakken 7 en 8 uitstrek-ken tot cp een afstand, die tenminste gelijk is aan de diffusielengte van reccmbinerende ladingsdragers in de eindzones. In dit voorbeeld bevatten 8104068 PHN 10137 6 de eindzones geimplanteerde protonen en strekken zij zich uit tot op on-geveer 1^um vanaf de spiegelvlakken 7 en 8. Dit is meer dan de diffusie-lengte van gaten en electronen in de zones 11, welke diffusielengte slechts enkele tienden ^urn bedraagt.

5 Door de hoge recaribinatiesnelheid in de eindzones 11 vindt de recaribinatie van door de laserstraling in deze zones gegenereerde electron-gat paren vrijwel onmiddellijk en reeds op enige afstand v66r de spiegelvlakken 7 en 8 plaats. Daar ter plaatse van deze spiegelvlakken dus prak-tisch geen recombinatie plaats vindt, behouden de spiegelvlakken 7 en 8 10 veel langer hun goede reflecterende eigenschappen dan bij bekende lasers. Daardoor wardt de levensduur van de halfgeleiderlaser volgens de uitvin-ding aanmerkelijk verlengd.

De eindzones 11 kunnen zeer nauwkeurig en reproduceerbaar warden gevormd zowel wat hun afmetingen als wat hun recaribinatiesnelheid betreft, 15 doordat de toegepaste ionenimplantatie een goed regelbaar proces is dat via implantatie-energie, dosis en eventuele "anneal"-parameters nauwkeurig kan worden bestuurd.

De halfgeleiderlaser volgens de uitvinding bijvoorbeeld kan warden vervaardigd door ongeveer loodrecht op de spiegelvlakken van de ge-- 20 reed gekomen laserstruktuur (meestal onder een kleine afwijking, bij (110) spiegelvlakken bijvoorbeeld van 7°, ten qpzichte van de loodrechte rich-ting cm "channeling" te voorkomen) een bombardement uifc te voeren met ionen die tot op de gewenste diepte kristalsehade veroorzaken. Dit ge- schiedt bij voorkeur door middel van een protonenbombardemant, ofschoon Ή 4” 25 ook zeer goed deuteronen (D ) of geioniseerde waterstofmoleculen (H2 ) kunnen warden toegepast. Wanneer het ionenbcmbardement ongeveer loodrecht op de spiegelvlakken plaats vindt zal het vaak gewenst zijn am het bambardement bij verschillende energien te doen plaats vinden. Dit om ervoor te zorgen dat de kristalsehade die de vereiste hoge recaribinatiesnelheid 30 qplevert over de gehele lengte van de eindzones aanwezig is. Zo kunnen in het beschreven voorbeeld twee protonenhambardementen, bijvoorbeeld bij 15 2 100 keV en bij 50 keV, elk met een dosis van 2x10 protonen per cm. warden toegepast.

De halfgeleiderlaser volgens Fig. 1 t/m 3 kan bijvoorbeeld zijn 35 opgebouwd uit een substraat 12 van N-type GaAs met een dikte van 100/um, 18 3 ' een dotering van 10 Si-atomen per cm en een cppervlak met een (100) kristalorientatie. Daarop zijn achtereenvolgens aangebracht een eerste 17 passieve laag 4 (N-type, samenstelling A1Q 4GaQ gAs, dotering 5x10 tin- 8104068 PHN 10137 7 3 atonen per an , dikte 2^um), een actieve laag 3 (ongedoteerd, samenstel-ling A1q q^G^q 9-] As, zwak N-type, dlkte 0,2^um), een tweede passieve laag 5 (P-type, samenstelling AIq ^Gag gAs, dlkte 2^m, dotering 5x10^ gerxna-niumatcmen per crn^) en een contactlaag 13 (P-type GaAs, dotering 10^ 3 5 germaniumatcmen per an , dikte 1 ,um). In deze contactlaag 13 is tenslotte vaak nog een P zinkdiffusie 14 tot een diepte van ongeveer 0,5yUm aange-hracht ter verkrijging van een zo goed mogelijk ohms contact. De zo opge-bouwde laser kan een strallngsbundel met een golflengte van ongeveer 820 ran uitzenden.

10 De zijdelingse begrenzing van het strookvormige actieve gebied 2 werd in dit geval verkregen door een protonenbombardement ongeveer lood-recht qp het hoofdoppervlak, waarbij het actieve gebied bijvoorbeeld door een wolframdraad ward gemaskeerd. Daardoor werden de halfgeleiderlagen 5 en 13 aan weerszijden van het actieve gebied 2 tot op een diepte van on-15 geveer 1,5yum, dus tot cp ongeveer 1,5^um van de actieve laag 3, hoog-ohmig gemaakt. De zo verkregen hoogohmige zones 15 zijn in de figuren 1 en 3 aangegeven.

In plaats van door een ionenbombardement dwars op de spiegelvlak-ken is het ook mogelijk, de eindzones 11 reeds v66r de vorming van de 20 spiegelvlakken aan te brengen, terwijl de lasers nog deel uitmaken van de halfgeleiderplaat waarop zij gevormd worden. Daarbij wordt het ionenboitr bardement ongeveer loodrecht cp de halfgeleiderplaat uitgevoerd, en met behulp van een geschikte maskering en door regeling van de irrplantatie-energie zodanig bestourd, dat ter plaatse van de te vormen eindzones de 25 kristalbeschadiging zich door de actieve laag 3 heen uitstrekt, en in de gebieden aan weerszijden van de strookvormige actieve gebieden 2 bij voor-keur ca. 1,5^um van de laag 3 verwijderd blijft. Vervolgens wordt de halfgeleiderplaat in afzonderlijke lasers verdeeld, zodanig dat splijtvlakken ontstaan die als spiegelvlakken dienen en de gebombardeerde eindzones be-30 grenzen. In dat geval is geen dubbel bcmbardement bij verschillende energie nodig cm de kristalschade in de eindzones 11 hcmogeen te maken, daar de laag 3 slechts een zeer geringe dikte heeft. Het feit dat de afmeting van de eindzones 11 in een richting loodrecht op de spiegelvlakken slechts enkele^um bedraagt maakt het echter moeilijk, qp de juiste plaats de splijt-35 vlakken aan te brengen die als spiegelvlakken dienen.

Een werkwijze, waarbij dit toch op relatief eenvoudige wijze kan gebeuren zal nu aan de hand van de figuren 4 t/m 9 worden gexllustreerd.

Uitgegaan wordt van een halfgeleiderplaat met een lagenstruktuur, 8104068 PHN 10137 8 geschikt voor de vorming van halfgeleiderlasers. Als voorbeeld wordt hier dezelfde lagenstruktuur als in het voorbeeld volgens Figuur 1 t/m 3 ge-bruikt, doch andere lagenstrukturen kunnen uiteraard in plaats daarvan worden toegepast. In deze lagenstruktuur, bestaande (zie Figuur 4) uit 5 het substraat 12, de passieve lagen 4 en 5, de actieve laag 3 en de con-tactlaag 13 worden nu, alvorens de zirikdiffusie 14 uit te voeren, ter plaatse van de aan te brengen, als spiegelvlakken dienende splijtvlakken, groeven 20 aangebracht, die zich tot qp een geringere diepte dan de actieve laag 3 uitstrekken. In dit voorbeeld worden onderling evenwijdige, V-10 vormige groeven 20 op afstanden van ongeveer 250^um van elkaar geetst, die zich in de (11Q)-richting op het (100)-georienteerde oppervlak van de halfgeleiderplaat uitstrekken, en waarvan de wanden ten naaste bij ge-vormd worden door (111)-vlakken. Deze groeven hebben een diepte van ongeveer 1,5yum. Aangezien de dikte van de laag 13 ongeveer 1^um, en die van 15 de laag 5 ongeveer 2^um bedraagt ligt het diepste punt van de groeven 11 op ongeveer 1,5^um van de actieve laag 3. De groeven kunnen worden aangebracht met behulp van een preferential etsproces, waarbij als maskering bij voorbeeld een stralingsgevoelige laklaag (fotolaklaag), electronenre-sistofiets dergelijks) wordt toegepast, en als etsmiddel bij voorbeeld 20 een preferentiele etsvloeistof die NH^OH, H202 en water bevat. Hiermee worden in een (110)-vlak V-vormige groeven met wanden die bij benadering (111)-vlakken vomen en een hoek van ongeveer 54° met het (100)-vlak ma-ken verkregen. Deze wijze van etsen maakt het mogelijk, de diepte van de groeven nauwkeurig te controleren. Ook anders gevorxtde groeven en ets-25 methoden, bij voorbeeld plasma-etsen kunnen worden toegepast, mits daar-door de halfgeleiderplaat in de richting van de groeven kan worden gesple-ten volgens vlakken die loodrecht op het hoofdoppervlak staan.

Na het etsen en na verwijdering van het etsmasker wordt ter ver-krijging van een goed ohms contact in het gehele bovenoppervlak en in de 30 groefwanden zink gediffundeerd, bijvoorbeeld tot een diepte van ongeveer 0,5yum waardoor in de contactlaag 13 een P+ laag 14 ontstaat. Deze zink-diffusie kan onder omstandigheden achterwege worden gelaten, bijvoorbeeld wanneer gelegeerde elektroden worden toegepast.

In de struktuur volgens Figuur 4 die qp deze wijze is ontstaan 35 worden nu qp het bovenvlak en in de groeven na elkaar een 50 nm dikke chroamlaag en daarop een 100 nm dikke platinalaag qpgesputterd. Daama worden de groeven 20 opgevuld met een fotolak 21. Dit kan bijvoorbeeld geschieden door (positieve) fotogevoelige lak over het gehele oppervlak 8104068 PHN 10137 9 aan te brengen en deze fotolak van bovenaf te belichten tot qp een zoda-nige diepte, dat bij het ontwikkelen de fotolak alleen in de groeven blijft zitten. Daama wsrdt op het bovenvlak buiten de groeven 20 electrolytisch een 1^um dikke goudlaag 23 neergeslagen, zie Figuur 5. Vervolgens wordt 5 de fotolak 21 uit de groeven 20 verwijderd, bijvoorbeeld door plasma-etsen, waama (zie Figuur 6) protonen in het hoofdvlak worden geimplanteerd volgens de getekende pijlen. Daarbij ontstaan (gearceerd in Figuur 6) geimplanteer-de zones 11 met bijbehorende kristalschade, die zich in ieder geval voor een deel door de actieve laag 3 heen uitstrekken. Bij deze protonenhrplan-10 tatie fungeert de goudlaag 23 in combinatie met de daaronder gelegen dun-nere chroom-platinalaag 22 als masker.

Nadat de goudlaag 23 is verwijderd worden, overeenkanstig Figuur 7 die een bovenaanzicht van een deel van de halfgeleiderplaat in dit stadium weergeeft, de strookvormige actieve gebieden van de lasers gedefini-15 eerd door een tweede protonenbcmbardement ter vorming van hoogohmige zones 15 die zich tot op ca. 1,5^um van de actieve laag uitstrekken. Als masker ing bij dit laatste protonenbcmbardement wordt in de regel een op of direct boven het oppervlak gelegen raster van metaaldraden, bijvoor-beeld wolfraairdraden, gebruikt.

20 Tenslotte wordt, nadat ook het substraat 12 aan de onderzijde van een elektrodelaag, bijvoorbeeld een goud-germaniumlaag 10 is voorzien, de halfgeleiderplaat door krassen en hreken in afzonderlijke lasers ver-deeld, waarbij volgens de groeven 20 splijtvlakken 16 (zie Figuur 7) ontstaan die als spiegelvlakken fungeren. Door het aanbrengen van een dia-25 mantkras in het uiteinde van de groef kan het splijten eenvoudig geschie-den.

De (¾) deze wijze verkregen afzonderlijke lasers hebben een dwars-doorsnede die in Figuur 8 schematisch in de lengterichtlng, en in Figuur 9 in de breedterichting is getekend. Kenmerkend is daarbij/ dat de zij-30 vlakken van het kristal die de spiegelvlakken 7 en 8 vormen, buiten het actieve gebied facetten vertonen, welke facetten gevorird. worden door de wanden van de oorspronkelijk aangebrachte V-groeven. Opgemerkt wordt nog, dat in het laatst beschreven voorbeeld de zinkdiffusie ook v66r het etsen van de groeven kan worden uitgevoerd. Qm bij het daaropvolgende etsen geen 35 problemen te krijgen met een verschil in etssnelheid tussen de gediffun-deerde en de niet-gediffundeerde contactlaagdelen kan ter plaatse van de te etsen groeven eerst, bijvoorbeeld met een isotrope etsvloeistof of met plasma-etsen de gediffundeerde laag 14 worden verwijderd, waama met 8104068 ΡΗΝ 10137 10 Ο»' V * een preferential etsmiddel de V-groeven worden gevormd.

Volgens een belangrijke variant kunnen de implantaties ter vor-ming van de zones 11 en 15 met behulp van dezelfde maskering worden uitge-voerd, zonder de halfgeleiderplaat uit de apparatour te nemen. Daartoe 5 wordt na het aanbrengen van de groeven 20 ter plaatse van de te vormen strookvormige actieve gebieden 2 een masker ing aangebracht in de vorm van dwars over de groeven liggende draden 30, bijvoorbeeld wolframdraden. Zie Fig. 10A,B in dwarsdoorsnede langs een groef, en Fig. 11A,B in dwars-doorsnede loodrecht op de groeven. Vervolgens wordt de ionenimplantatie, 10 in dit voorbeeld een protonenbambardonent, in de vorm van achtereenvolgen-de (in dit voorbeeld' twee) implantaties uitgevoerd, onder verschillende hoeken (ο«,β) met het hoofdoppervlak 31. De hoeken c*en β zijn zo gekozen, dat de germplanteerde zones elkaar op en nabij de bodem 32 van de groeven 20 overlappen (zie Fig. 10B) en daarbij de zone 11 die de actieve laag 15 doordringt vormen, doch op en nabij het hoofdoppervlak 31 aan weerszijden van de draden 30 van elkaar gescheiden zones 15 vormen. In de figuren 10A, B en 11A,B zijn voor de duidelijkheid de lagen 3,4 en 5 niet getekend.

Ofschoon in de gegeven voorbeelden alleen lasers werden beschre-1 ven van het dubbele-heteroovergangstype van de meest gebruikelijke struk- 20 tuur is de uitvinding hiertoe geenszins beperkt. Zo is de uitvinding bijvoorbeeld ook van voordeel bij lasers, waarbij de pn-overgang niet even-.; wijdig aan, doch loodrecht op de actieve laag loopt, zoals bij laserstruk-turen van het zogenaamde TJS (Transverse Junction Stripe)-type, dat onder-meer beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift 3961996. In het alge-25 meen kan bij elke halfgeleiderlaser waarbij niet-stralende recombinatie bij de spiegelvlakken kan optreden de uitvinding met voordeel worden toe-gepast.

Een belangrijk voordeel van de uitvindingris, dat de gebonbar-deerde spiegelvlakken niet noodzakelijk van een dielectrische beschermr-30 laag behoeven te worden voorzien, ofschoon een opgedampte dielectrische beschermlaag wel een nog verdere verbetering van de levensduur van de laser kan bewerkstelligen.

In plaats van de in de voorbeelden beschreven halfgeleidermateri-alen kunnen uiteraard ook andere voor de fahricage van pn-halfgeleiderla-35, sers geschikte halfgeleidermaterialen worden toegepast. Ook kunnen binnen het kader van de uitvinding andere elektrodestrukturen en elektrcdemate-rialen worden toegepast, terwijl de in de voorbeelden aangegeven geleidings-typen ook door hun tegengestelde kunnen worden vervangen.

8104068

Hffii 10137 11

Een vergelijking van overigens identieke halfgeleiderlaserstruk-turen wees uit, dat bij niet gebctnbardeerde spiegelvlakken reeds na en-kele uren degradatie optrad en pulsaties ontstonden, terwijl bij gebcitr bardeerde spiegelvlakken volgens de uitvlnding na 350 uur continu (cw) 5 bedrijf bij 10 nfi vermogen nog geen degradatie waameembaar was.

10 15 20 25 30 35 8104068

Claims (10)

1. Halfgeleiderlaser met een halfgeleiderlichaam bevattende een ac-tief lasergebied met een pn-overgang, waarbij het actieve gebied zich be-vindt binnen een resonator die gevormd wordt door twee onderling evenwij-dige reflecterende, niet geoxydeerde spiegelvlakken, waarbij contactor- 5 ganen aanwezig zijn cm strocm in de doorlaatrichting aan de pn-overgang toe te voeren voor het opwekken van coherente electranagnetische straling in het actieve gebied, en waarbij het actieve gebied aan de spiegelvlak-ken grenzende eindzones bevat cm niet-stralende recombinatie nabij de spiegelvlakken te verminderen, met het kenmerk dat de eindzones gevormd 10 worden door delen van het actieve gebied die geimplanteerde ionen met bij-behorende kristalschade bevatten en zich vanaf de spiegelvlakken uitstrek-ken tot (¾) een afstand, welke tenminste gelijk is aan de diffusielengte van reccmbinerende ladingsdragers in de eindzones.

2. Halfgeleiderlasers volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de 15 geimplanteerde ionerrprotonen zijn.

3. Half geleiderlaser volgens conclusie 1, met het kenmerk datdeger* implanteerde ionen deuteronen (D+) of enkelvoudig geioniseerde waterstof-moleculen (H2 ) zign.

3 S- PHN 10137 12 Conclusies;

4. Half geleiderlaser volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de 20 eindzones zich vanaf de spiegelvlakken uitstrekken tot op een afstand die groter is dan 0,5yum en . kleiner is dan 5^um.

5. Half geleiderlaser volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de laser is opgebouwd uit een lagenstruktuur, waarbij het actieve lasergebied strookvormig is en deel uitmaakt van een evenwij- 25 dig aan een hoofdvlak van het halfgeleiderlichaam lopende actieve halfge-leiderlaag waarbij de pn-overgang evenwijdig aan deze actieve laag loopt.

6. Half geleiderlaser volgens conclusie 5, met het kenmerk dat het strookvormige actieve gebied in zijn breedterichting zijdelings begrensd wordt door een deel van een met ionen geimplanteerd gebied dat tevens de 30 eindzones vormt.

7. Werkwijze ter vervaardiging van een half geleiderlaser volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat wordt uitgegaan van een halfgeleiderplaat met een lagenstruktuur geschikt voor de vorming van halfgeleiderlasers en bevattende tenminste een evenwijdig aan een hoofd- 35 oppervlak van de plaat lopende actieve halfgeleiderlaag, dat ter plaatse van de aan te brengen, als spiegelvlakken dienende splij tvlakken groeven worden aangebracht die zich tot op een geringere diepte dan de actieve laag uitstrekken, dat in de groeven ionen worden geimplanteerd waarbij de 8104068 PHN 10137 13 geimplanteerde zones met bijbehorende kristalschade zich door de actieve laag heen uitstrekken, en dat daama althans ter plaatse van de groeven de halfgeleiderplaat door breken in afzonderlijke lasers wordt onderver-deeld, waarbij splijtvlakken praktisch loodrecht op de actieve laag ont-5 staan, zcdat de actieve laag van elke laser voorzien is van aan de splijtvlakken grenzende geimplanteerde eindzones.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de groeven V-vormig zijn en worden aangebracht door toepassing van een preferentieel etsproces.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, met het kenmerk dat het hoofdcppervlak een (100)-orientatie heeft, dat de splijtvlakken (110)-kristalvlakken zijn, en dat de groefwanden ten naaste bij gevonrd worden door (111)-vlakken.

10. Werkwijze volgens een der conclusies 7 t/m 9, met het kenmerk 15 dat na het aanbrengen van de groeven ter plaatse van de te vormen strook-vormige actieve gebieden een masker ing wordt aangebracht in de vorm van dwars over de groeven liggende draden, en dat vervolgens de ionenimplan-tatie in de vorm van achtereenvolgende implantaties wordt uitgevoerd, waarbij deze implantaties onder verschillende hoeken met het hoofdopper-20 vlak geschieden, en waarbij deze hoeken zo gekozen zijn dat de germplan-teerde zones elkaar op en nabij de bodem van de groeven overlappen, doch op en nabij het hoofdoppervlak aan weerszijden van de draden van elkaar zijn gescheiden. 25 30 35 8104068