NL8201226A

NL8201226A - Lichtemitterende halfgeleiderinrichting.

Info

Publication number: NL8201226A
Application number: NL8201226A
Authority: NL
Original assignee: Western Electric Co
Priority date: 1981-03-25
Filing date: 1982-03-24
Publication date: 1982-10-18
Also published as: GB2095474A; DE3210749A1; FR2502847A1

Description

-—- *.-*hpw·'' -—1-,-..-::.---- - ---------------------------- ------------ -J ·' ' “ - · - - ____^ J.

tl * -1- VO 3223

Lichtemitterende halfgeleiderinrichting.

De uitvinding heeft betrekking op een lichtemitterende halfgeleiderinrichting, zoals een laser en een LED,, en meer in het bijzonder op het bepalen van de stroom in deze inrichtingen.

Bijna 20 jaar geleden werden bij lichtemitterende halfgeleider-5 inrichtingen, meer in het-bijzonder die met een planaire p-n junctie in een monokristallijn halfgeleiderlichaam, elektrische contacten met groot oppervlak aan tegenover elkaar gelegen hoofdvlakken van het lichaam gebruikt voor het aanleggen van een voorspanning in de doorlaatrichting en een pompstroom aan de junctie. Bij een LED veroorzaakte de resulteren-10 de stralingshercombinatie van gaten en elektronen in het actieve gebied in de buurt van de junctie spontane straling. In wezen werd door een belangrijke modificatie de LED in een laser omgezet: op het halfgeleiderlichaam werd een trilholteresonator gevormd door een paar evenwijdig gekloofde kristalfacetten, loodrecht op de junctie. Wanneer de pompstroom 15 de las er drempelwaarde overschreed, werd de spontane straling, die in de LED in wezen isotroop uit het actieve gebied werd geïnjecteerd, in gestimuleerde straling omgezet, welke in de laser als een gecollimeerde bundel, evenwijdig aan de junctie en langs de hartlijn van de resonator werd geemitteerd. Natuurlijk speelden andere ontwerpoverwegingen een rol 20 bij de overgang van LED naar laser doch deze faktoren zullen hier niet worden besproken, aangezien het op dit moment de bedoeling is* slechts te wijzen op de thans bekende verwantschap tussen p-n— junctielasers en LEDs.

De contacten met groot oppervlak*(bijv. met een breedte van 25 100^um) bij deze inrichtingen veroorzaakten, dat de pompstroomdichtheid bij p-n-junctie betrekkelijk gering was, hetgeen derhalve betekende, dat betrekkelijk grote stromen (bijv. enige honderden mA bij lasers), nodig waren om gewenste stralingsenergieniveau's te verkrijgen. Grote stromen verhitten op hun beurt het halfgeleiderlichaam en maakten een koppeling 30 van de inrichting met een geschikte warnrbeafvoerorgaan en/of een werking van de inrichting bij cryogene temperaturen nodig. De voornaamste oplos— sing voor dit probleem was en is dit nu nog het reduceren van het oppervlak van de p-n-junctie, welke moet worden gepompt, zodat voor een bepaalde stroomdichtheid de hoeveelheid vereiste pompstroom evenredig ge— 35 ringer is. Bij een realisatie van deze oplossing wordt de pompstroom ge- 8201226 ï 9 ï -2- dwongen in een betrekkelijk smal kanaal ("bijv. met een breedte van l^uml vanuit een hoofdvlak van het halfgeleiderlichaam via het actieve gebied vloeien.

Een van de vroegste constructies om de stroom in een dergelijk 5 kanaal te dwingen, was het strook-geometriecontact, dat voor de eerste keer bij halfgeleiderlasers is voorgesteld door R.A.Furnanage en D.K. Wilson in het Amerikaanse octrooischrift 3.363-195 - De strook-geometrie reduceert de drempelstroom voor een laserwerking (vergeleken met lasers met contacten met groot oppervlak) en begrenst de ruimtelijke breedte 10 van de uitgangsbundel. Sinds dat vroege voorstel zijn talrijke laser-configuraties ontworpen om het strook-geometrieconcept te realiseren: (1) de oxydestrooklaser;(2) de met protonen gebombardeerde laser; (3) de mesastrooklaser; (b) de in de keerrichting voorgespannen p-n-junctie-isolatielaser; (5) lint-golfgeleiderlasers; en (6) begraven heterostruc-15 turen van verschillend type.

De meest toegepaste configuratie gedurende de laatste elf jaar is evenwel de met protonen gebombardeerde GaAs-AlGaAs-laser met dubbele heterostructuur (DH), welke bijv. door ÏÏ.C.Casey Jr. en M.B.Panish is beschreven in Heterostructure Lasers, Part B, pagina 207-210, Academie 20 Press, Inc., ïïew York,(1978). Ondanks de verschillende tekortkomingen daarvan vertonen lasers van dit type regelmatig een beoogde levensduur van meer dan 100.000 uur, terwijl een aantal zelfs een levensduur van 1.000.000 uur heeft overschreden (gebaseerd op versnelde verouderings-proeven). Een lange levensduur is ook verkregen bij DH LEDs, waarbij ge-25 bruik wordt gemaakt van verschillende contactgeometrieën (bijv. puntvormige of ringvormige configuraties), doch een soortgelijk protonenbom— bardement om het stroomkanaal vast te leggen.

Een aantal van de tekortkomingen van met protonen gebombardeerde DH-lasers zijn besproken door R.W. Dixon en andere in The Bell System 30 Technical Journal, vol.59, nr.6, pagina 975-985, 1980. Zij onderzochten langs experimentele weg de optische niet-lineariteit (aanwezigheid van "kinks" in de licht-stroom-(L-l)-karakteristieken). en de drempelstroom-verdeling'van met protonen-bombardement gedelineeërde strookgeomtrie D~R-&sers van AlGaAs, als een funktie van de strookbreedte (5,8 en 12^umi 35 inde gevallen, waarin de protonen de actieve laag wel en niet doordrongen. Zij toonden aan, dat een ondiep protonenbombardement met adequaat smalle stroken (bijv. 5^um) kan leiden tot een bevredigende optische lineariteit 8201226 -3- (kinks worden naar-niet storende niveau's met hoge stroom gedreven), zonder dat zich daarbij het drempelprobleem voordoéts dat verbonden is aan lasers met smalle stroken, waarbij de protonen door de actieve laag dringen. Anderzijds hébben de lasers met dergelijke smalle stroken een 5 statistisch betekenisvolle, ofschoon niet aantoonbaar fundamentele afname van de levensduur vertoond. Bovendien wordt doordat de protonen niet door de actieve laag dringen, de capaciteit van de inrichting vergroot en wordt derhalve de responsiesnelheid gereduceerd, terwijl bovendien de laterale stroomspreiding en derhalve de spontane emissie toeneemt.

10 Bij digitale stelsels vereist dit laatste een grotere modulatiestroom * om een vooraf bepaalde doofverhouding of een lagere doofverhouding voor een vooraf bepaalde modulatiestroom te verkrijgen.

Volgens de uitvinding worden een bevredigend goede optische lineariteit, kleine capaciteit en lage spontane emissieniveau's bij een 15 door een protonenbombardement gedelinieerde GaAs-AlGaAs-DH-laser met strookgeometrie verkregen door middel van een stroombepalingsstelsel, waarbij het stroomkanaal bij de bovenzijde bij het p-zijdecontact smal en bij de onderzijde bij de actieve laag breder is. De constructie is van toepassing op andere stelsels, zowel LEDs als lasers en op een groot 20 aantal verschillende configuraties, welke verschillen van de DH-configu— ratie.

Bij een illustratieve uitvoeringsvorm van een lichtemitterende halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding omvat een halfgeleiderlichaam een actief gebied in het lichaam en bepalingsorganen,door welke organen 25 een stroom vanuit een oppervlak van het lichaam naar het actieve gebied vloeit, waardoor in het actieve gebied een stralingshercomhinatie van gaten elektronen plaatsvindt. De bepalingsorganen bevinden zich in het halfgeleiderlichaam en vormen een stroomkanaal, dat aan de bovenzijde daarvan bij het oppervlak smal en aan de onderzijde daarvan bij het actieve 30 gebied breder is. Bij een bepaalde uitvoeringsvorm vormen de bepalings— organen in dwarsdoorsnede een trapeziumvormig kanaal. Bij een andere uitvoeringsvorm vormen de bepalingsorganen een gekoppeld paar axiale kanalen met verschillende breedten, waarbij het smalste kanaal bij het oppervlak en het breedste kanaal bij het actieve gebied is gelegen.

35 Bij een illustratieve uitvoeringsvorm volgens, de uitvinding omvatten de stroombepalingsorganen eerste organen met een langwerpige groef (bijv. een V-groef) in het hoofdvlak, die een betrekkelijk smal 8201226 -k— eerste kanaal vormen, dat ziek in het lichaam tot een diepte op een kleine afstand van het actieve gebied uitstrekt, en tweede organen (bijv. met protonen gebombardeerde zones), die een relatief breder tweede kanaal vormen, dat zich vanuit tenminste die diepte in of door het actieve ge-5 bied uitstrekt. Bij een alternatieve uitvoeringsvorm omvatten eerste organen gebieden met grote specifieke weerstand bij het hoofdvlak, welke tenminste een gedeelte van de schuine zijden van de V-groef begrenzen, d.w.z., dat de V-groef zich door deze gebieden uitstrekt. Bij weer een andere uitvoeringsvorm wordt de V-groef opnieuw met halfgeleidermateriaal 10 gevuld.

Een ander aspect van de uitvinding is een werkwijze waarmede door deeltjesbombardement een dergelijke inrichting met een trapezium-' vormig kanaal wordt vervaardigd. Bij de werkwijze wordt eerst langs epi-taxiale weg een verwijderbare halfgeleiderl'aag op het hoofdvlak van het 15 lichaam gegroeid en wordt daarna de laag aan een voorkeursetsmiddel blootgesteld, dat in de laag geïnverteerde trapeziumvormige stroken openlegt. De resterende gedeelten van de laag vormen een trapeziumvormig dem-pingsmasker (in dwarsdoorsnede). Wanneer het gemaskeerde oppervlak aan een deeltjes-(bijv, protonen^ zuurstof-) bombardement wordt onderworpen, 20 worden in de gedeelten van het lichaam tussen de maskers en onder de schuine zijden van de trapezia zones met grote specifieke weerstand gevormd. Deze zones begrenzen het stroomkanaal en geven daaraan de gewenste trapeziumvorm: smal aan de bovenzijde bij het oppervlak en breder aan de onderzijde bij het actieve gebied. Voordat het lichaam wordt gemetalli-25 seerd, teneinde elektrische contacten te vormen, wordt het masker verwijderd. Hiertoe wordt het masker bij voorkeur vervaardigd uit een materiaal, dat verschilt van het gedeelte van het lichaam bij het oppervlak, zodat een "stop-etsmethode"voor het verwijderen van het masker kan worden toegepast.

30 De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder verwijzing naar de tekening. Terwille van de duidelijkheid zijn hierin de figuren niet op schaal getekend, terwijl onderdelen, die voor de ver-schillendè figuren gemeenschappelijk zijn van dezelfde verwijzingen zijn voorzien. Daarbij toont de tekening: 35 figuur 1 een isometrisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van een lichtemitterende halfgeleiderinrichting met een trapeziumvormig stroomkanaal volgens de uitvinding; 8201226 -ikfiguur 2 een eindaanzicht van een andere uitvoeringsvorm van een lichtemitterende halfgeleiderinrichting met een trapeziumvormig stroomkanaal; figuur 3 een eindaanzicht van weer een andere uitvoeringsvorm 5 van een halfgeleidende Hi-Lo-lichtemitterende inrichting met een paar gestapelde kanalen volgens de uitvinding; figuur k een eindaanzicht van een maskerst elsel voor het ver-?· vaardigen van een lichtemitterende inrichting met' een trapeziumvormig stroomkanaal volgens de uitvinding; 10 figuur 5 en 6 eindaanzichten van andere maskers voor het ver— vaardigen van inrichtingen volgens de uitvinding door middel van een pro-t o nehb omb ar dement; figuur 7 een isometrisch aanzicht van een uitvoeringsvorm van een halfgeleiderlaser of LED volgens de tritvinding; 15 figuur 8 een dwarsdoorsnede van een andere uitvoeringsvorm van een laser of LED volgens de uitvinding, waarbij de V-groef' zich door een gebied met grote specifieke weerstand uitstrekt; en figuur 9 een dwarsdoorsnede van weer een andere uitvoeringsvorm. van een laser of LED. volgens de uitvinding, waarbij de Y-groef op— 20 nieuw met halfgelèidermateriaal is gevuld.

In figuur 1 vindt men een lichtemitterende halfgeleiderinrichting (laser of LED) voorzien van een half geleiderlichaam 11 met een tussengelegen gebied 1L. Het gebied 1L, dat van een of meer lagen kan zijn voorzien, omvat een actief gebied, dat straling 22 emitteert wanneer aan dit ge— 25 bied een pompstroom wordt toegevoerd. Elektrodeorganen, welke ter illustratie als contacten 16 en 18 op het lichaam 11 zijn aangegeven, dienen tezamen met een spanningsbron 20 om de pompstroom te leveren. Voorts omvat het lichaam 11 bepalingsorganen 32, welke veroorzaken, dat de pompstroom door een betrekkelijk smal kanaal 36 vanaf het bovenste contact 30 16 door het actieve gebied vloeit, waarna de stroom zich naar het onderste contact 18 kan uitspreiden.

Voordat de uitvinding gedetailleerd zal worden besproken, verdient het.‘de voorkeur eerst de algemene bijdragen van een voorkeurs-con— figuratie van een lichtemitterende halfgeleiderinrichting te bespreken, 35 welke bekend staat als een dubbele heterostructuur (Dïï). Zoals· aangegeven in figuur 1, 2 en 3, omvat een DH. eerste en tweede halfgeleiderbekledings-lagen 10 resp. 12 met betrekkelijk grote energiesprong en tegengesteld 8201226 4» .·*' -6- gelei&ingstype, en in vezen vat rooster betreft daaraan aangepast een tussengelegen gebied 1^, dat zich tussen en aansluitend'op de lagen be— vindt. Het tussengelegen gebied 1l+ omvat een actieve laag met een kleinere energiesprong, velke hier is aangegeven als zijnde coextensief met bet 5 gebied 1U en velke laag straling kan emitteren vanneer de hekledingslagen in de doorlaatrichting worden voorgespannen. Vanuit een oogpunt van kvantumrendement is het bekend, dat de actieve laag bij voorkeur een direkte energiesprong-halfgeleider is. De lagen 10,. 12. en 1U kunnen bestaan uit materialen, velke vorden gekozen uit een aantal stelsels, 10 zoals bijv. GaAs-AlGaAs of GaAsSb-AlGaAs voor een werking bij kleine golflengten in het gebied van bij benadering 0,7-0,9^um, en InP-InGaAsP of InP-AlGalnAs voor een verking bij golflengten, velke groter zijn dan aageveer 1^um (bijv. 1,1-1,6^um}.

De spanningsbron 20 spant de hekledingslagen in de doorlaat-15 richting voor en injecteert daardoor dragers in de actieve laag. Deze dragers gaan een hercombinatie aan voor het verschaffen van een spontane straling in het geval van een LED en een overheersend gestimuleerde straling in het geval van een laser. In elk- geval heeft de straling echter een golflengte, velke overeenkomt met de energièsprong van het na» 20 teriaal. van de actieve laag. Bovendien wordt in het geval van een laser of randemitterende LED, als aangegeven in figuur 1, de straling 22 geëmitteerd in de vorm van een bundel langs de hartlijn 23. In de laser wordt de bundel gecollimeerd en strekt de hartlijn 23 zich loodrecht op een paar resonatorspiegels 2k en 26 uit, welke ter illustratie worden 25 gevormd door gekloo.fde krist alfacett en of ge etste oppervlakken. Deze spiegels vormen optische terugkoppelorganen voor de gestimuleerde straling. In andere gevallen, bijv. geïntegreerde optica,, kunnen brekingsroosters als een substituut voor een of beide spiegels worden toegepast.

Ofschoon de elektrodeorganen, aangegeven in de laser of rand— 30 emitterende LED volgens figuur 1 contacten 16 en 3 8’met groot'oppervlak: omvatten, is het bekend, dat men aan deze contacten een bepaald patroon kan geven om verschillende geometrische vormen te verschaffen. Zo bestaat bijv. in het geval van een transversaal emitterende LED, waarbij het uitgangslicht loodrecht op de lagen uittreedt, het contact 36 meer 35 in het bijzonder uit een oppervlak met groot oppervlak, doch. kan het contact 18 bestaan uit een niet afgeheelde ring, die een niet afgeheelde geetste opening in een zijde van het lichaam 13 bergt. Waar de onderste 8201226 gedeelten ("bijv. de substraat) Tan. het lichaam 11 absorberend zijn, wordt deze geetste opening gebruikt om straling toe te roeren aan een niet afgeheelde optische vezel, die zich in de opening heyindt.

Eet geleidingstype van de actieve laag is niet kritisch.

5 De laag kan van het n-type, p-type, intrinsieke type of gecompenseerde type zijn, aangezien bij bepaalde bedrijfsmodes bij een voorspanning in de doorlaatrichting het aantal geïnjecteerde dragers groter kan zijn dan het doteerniveau van de actieve laag. Bovendien kan het tussengelegen gebied 14 een aantal lagen omvatten, die een actief gebied vormen bijv.

10 op elkaar aansluitende lagen van het p-type en n-type met dezelfde ener-giesprong, welke een p-n-homojunctie vormen, of met verschillende ener-giesprongen, die een p-n-heterojunctie vormen. Voorts kan de hetero-structuur andere configuraties bezitten dan de eenvoudige dubbele hetero-structuur, waaronder bij wijze van voorbeeld doch zonder daartoe te zijn 15 beperkt gescheiden bepalingsheterostructuren, zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 3.691. ^+76, strook-begraven heterostructuren van het type, beschreven in het Amerikaanse octrooischrift 4.190.813 en heterostructuren van het isotype, beschreven in de Amerikaanse octrooiaanvrage Serial nr. 050,637.

20 Voor een CW-laserwerking bij kamertemperatuur ligt de dikte an de actieve laag bij voorkeur tussen bij benadering \f2 en 1,0yum, waarbij de golflengte van de straling,gemeten in de halfgeleider, is. Voor een werking bij lage drempelwaarden, bedraagt de dikte meer in het bijzonder 0,12 tot 0,20^um. Voor een LED-werking is echter een dikkere 25 actieve laag, meer in het bijzonder met een dikte van 2-3^um geschikt.

In elk geval is voor een werking bij kamertemperatuur de laser of de LED meer in het bijzonder verbonden met een geschikt warmteafvoerorgaan, dat niet is weergegeven.

In de praktijk worden de lagen van een dubbele heterostructuur 30 meer in het bijzonder gegroeid door een epitaxiaal proces, zoals een vloeistoffaseepitaxie (LPE), een moleculair bundelepitaxie (MBE), of een metallo-organische chemische dampneerslag (MO-CVD). Epitaxiale groei vindt plaats bij een monokristallijne substraat 28, welke kan zijn voorzien van een niet afgebeelde bufferlaag tussen de substraat 28 en de 35 eerste bekledingslaag 10. Voorts is, als aangegeven in figuur 1 en 3, optioneel een het contact vereenvoudigende laag 30 tussen de tweede bekledingslaag 12 en het bovenste contact 16 aanwezig. Het tegenover gelegen i 8201226 -8- ¢. »- contact 18 is aan de onderzijde van de substraat 28 gevormd.

Zoals reeds is vermeld, zijn om de door de pompstroom 20 opgewekte stroom door een betrekkelijk smal kanaal 36 in bet actieve gebied te laten vloeien, bepalingsorganen 32 in het lichaam 11 aanwezig, d.w.z.

5 dat in de half geleiderlagen, ter illustratie de lagen 10, 12, 1k en 30, op een bekende wijze zones 32 met grote specifieke weerstand worden gevormd. Methoden voor het vormen van de zones 32 omvatten bijv. een protonenbombardement, een zuurstofbombardement of een geschikte etsing en hernieuwde groei van materiaal met grote specifieke weerstand.Ter 10 illustratie bezitten de zones 32 een specifieke weerstand van de orde van 10-10 ohm-cm, terwijl het kanaal 36 een specifieke weerstand van slechts 0,1 ohm-cm heeft, zodat typerende specifieke weerstandsverhou— 6 7 dingen in het gebied van 10°:1 tot 10:1 zijn gelegen.

Trapeziumvormige kanaalconfiguraties 15 Bij een in figuur 1 afgeheelde illustratieve uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, vormen de stroomhepalingsorganen 32 een stroomkanaal 36 met betrekkelijk grote geleiding, dat aan de bovenzijde daarvan bij het hoofdvlak bh smal is (breedte S^]en aan de onderzijde daarvan bij het actieve gebied (d.w.z. de laag ik) breder is (breedte S2). De be— 20 palingsorganen 32 omvatten lateraal gescheiden gebieden 32.1 en 32.2 met grote specifieke weerstand, die het kanaal 36 langs de schuine zijden ~ 36.1 daarvan begrenzen. Ofschoon deze zijden als rechte lijnen zijn aangegeven, is in de praktijk geen lineaire relatie nodig en is het ook mogelijk, dat deze ook niet optreedt bij de werkelijke behandelingsstappen. 25 Hot is gebleken, dat de bovenstaande vorm van het stroomkanaal een belangrijke invloed heeft op de werking van de inrichting. De kleinere kanaalbreedte aan de bovenzijde vergroot de ströomdichtheid en daardoor de energie waarbij "kinks" optreden. De diepte van de gebieden met grote specifieke weerstand, die zich bij voorkeur door het actieve gebied ik 30 uitstrekken, beïnvloedt de capaciteit van de inrichting en de hoeveelheid spontane emissie bij een laser. Deze faktoren zullen later meer gedetailleerd worden besproken.

.•Zoals aangegeven in figuur2 behoeft het kanaal 36, gevormd door de gebieden 32.1 en 32.2 met grote specifieke weerstand, het hoofd-35 vlak kk niet te bereiken. Opdat de weerstand van de inrichting niet te groot is, kan echter een doteermiddel in het oppervlak Uk worden gediffundeerd of op een andere wijze daarin worden geïntroduceerd, teneinde 8201226 ....... ..... . "" '' -Steen sterk geleidend diffusiefront k5 te verschaffen, dat zich door het kanaal 36 uit strekt. In dit geval wordt de “breedte aan de bovenzijde van het kanaal 36 bepaald door de snijding van het front k-5 en de schuine zijden 36.1.

5 De verwezenlijking van de bepalingsorganen 32 volgens de uit vinding behoeft niet te zijn beperkt tot configuraties, waarin het kanaal een trapeziumvorm heeft. Bij de in de volgende sectie besproken Hi-Lo constructies kunnen de bepalingsorganen 32 een gekoppeld paar gestapelde kanalen vormen.

10 Verder kan ofschoon het trapeziumvormige kanaal 36 volgens fi guur 1 in wezen een parallellepipedum vormt, dat zich evenwijdig aan de hartlijn 23 uitstrekt, in het geval van een transversaal emitterende LED het kanaal 36 de vorm hebben van een afgeknotte kegel, waarvan de hartlijn loodrecht op de lagen staat.

15 Hi-Lo-constructies

Bij deze uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, weergegeven in figuur 3, hebben de stroombepalingsorganen 32 een twee-niveau- of getrapte.. configuratiewaarbij een paar gekoppelde kanalen 36a en 36b wordt gevormd. Meer in het bijzonder omvatten de organen 32 eerste organen 32.1a-20 32.2a, welke een betrekkelijk smal bovenste kanaal 36a bepalen, en tweede organen 32.1b-32.2b, die een relatief breder onderste kanaal 36b -bepalen. Ter illustratie omvatten de bepalingsorganen 32 gebieden 32.1-32.2 met grote specifieke weerstand, die kanalen 36a en 36b met relatief grote geleiding begrenzen. De gebieden 32 omvatten (1) bovenste zones 32.1a 25 en 32.2a en onderste zones 32.1b en 32.2b. De bovenste zones zijn gescheiden door een betrekkelijk kleine afstand en strekken zich vanaf het bovenste hoofdvlak W van het lichaam 11 uit over een diepte d1 tot op een kleine afstand van het actieve gebied, waardoor het smalle bovenste kanaal 36a wordt bepaald. In tegenstelling daarmede zijn de onderste 30 zones gescheiden over een relatief grotere afstand en strekken deze zich vanuit de diepte d^ in of door het actieve gebied uit, waardoor zij het bredere onderste kanaal 36b bepalen.

.‘Evenals eerst kunnen de kanalen 36a en 36b bij benadering de vorm van parallellepipeda hebben, die zich loodrecht op het vlak van de 35 tekening uitstrekken, zoals bij een laser of rondemitterende LED, terwijl zij bij transversaal emitterende LED de vorm kunnen hebben van cylinders, die zich dwars op de lagen uitstrekken.

8201226 -1Q- £

Wanneer de gebieden 32 met grote specifieke weerstand werden vervaardigd door een protonenbombardement bij GaAs-AlGaAs-lasers, vertoonden deze ïïi-Lo-constructie een aantal bezwaren. Xn de eerste plaats vergrootte het smalle bovenste kanaal 36a de stroomdichtheid in het ac-5 tieve gebied en veroorzaakte daardoor, dat ,Tkinks'T werden verschoven naar bevredigend hoge stroomniveau's buiten het gebied van een typische laserwerking, vergeleken met DH-lasers met een brede (bijv. 12yum). stroomgeometrie. In de tweede plaats leidde deze eigenschap ook tot lasers met meer uniform verdeelde en lagere laserdrempelwaarden, waar-10 door men een grotere opbrengst verkreeg. In de derde plaats werd omdat het bredere onderste kanaal 36b de laterale stroomdiffusie en -spreiding reduceerde, minder spontane straling buiten de resonator van de laser geemitteerd, waardoor men lagere minimale modulatiestromen voor voorafbepaalde doofverhoudingen in digitale toepassingen kon gebruiken.'In 15 de vierde plaats leidde de laatstgenoemde eigenschap tot een gereduceerde capaciteit van de inrichting voor zowel lasers als LEDs, waardoor een grotere bedrijfssneheid mogelijk was (d.w.z.een grotere pulsherhalings-- frequentie bij digitale toepassingen).-

Om de capaciteit van de inrichting te reduceren dient het pro-20 tonenbombardement de p-n junctie te doordringen, welke bij een gebruikelijke DH is gelegen bij een van de scheidingsvlakken tussen de actieve laag 1U- en de bekledingslagen 10 en 12. Om evenwel de spontane emissie te reduceren dienen de protonen bij voorkeur het actieve gebied te doordringen, waar een hercombinatie plaatsvindt.

25 Vervaardiging van trapeziumkanalen

Zoals aangegeven in figuur k, bestaat een wijze voor het verschaffen van een trapeziumvormig kanaal van het in figuur 1 afgebeelde type in het langs epitaxiale weg groeien van een verwijderbare halfge-leiderlaag op het hoofdvlak en een bekende fotolithografische en 30 voorkeursetsmethode om aan de laag een bepaald patroon te geven, teneinde geïnverteerde trapeziumvormige openingen 5^- te vormen, die gedeelten van het oppervlak W blootgeven. Tussen de openingen vormen de resterende segmenten* 52 van de verwijderbare laag trapeziumvormige dempingsmaskers. Voor een halfgeleidende laag bestaande uit een materiaal van de groep 35 HI-V, komen de schuine zijwanden 56 van de resiarende segmenten overeen met (11 IA) kristallografische vlakken, welke een hoek van ongeveer 55° maken met een (100)-georienteerd oppervlak 1Λ.

8201226 -11-

Het is ook mogelijk de openingen in de verwijderbare laag als geïnverteerde trapezia te etsen, zodat de resterende segmenten 52 trapezia zijn. In beide gevallen zijn derhalve de trapezia en geïnverteerde trapezia complementair..

5 Een bombardement van het gemaskeerde oppervlak UU met deeltjes 50 (bijv. protonen, zuurstof) leidt tot de meest diepe protonenpenetratie tussen de segmenten, geen penetratie onder de centrale (dikste) gedeelten van de segmenten en een geleidelijk afnemende penetratie onder de schuine zijden van de segmenten. Het is duidelijk, dat een dunner maskersegment 10 het mogelijk maakt, dat enige protonen onder de centrale delen van de segmenten doordringen, een methode, welke van nut zou zijn hij het realiseren van de kanaalconfiguratie volgens figuur 2.

Nadat het bombardement is voltooid en voordat een metallisatie plaatsvindt voor het vormen van de elektrische contacten, worden de dem— 15 pingsmaskers verwijderd. -Hiertoe verdient het de voorkeur,, dat het ma— -eriaal van het masker 52 verschilt van het materiaal van het gedeelte van het lichaam 11, dat bij het oppervlak UU is gelegen, zodat een "stop-etsmethode" met succes kan worden toegepast. Zo bestaat bijv. het oppervlak kk meer in het bij zonder uit GaAs, in welk geval het masker' 52 kan 20 bestaan uit AlGaAs en een bekend HF-etsmiddel of joodetsmiddel (bijv.

113 g KI, β5 g £5» cc HgO) als een stop-etsmiddel voor het verwijderen van het masker 52 kan worden gebruikt. Men kan als een substituut voor natte chemische procedures ook een plasmastop-etshehandeling toepassen. Tenslotte wordt opgemerkt, dat een gebufferde peroxydeoplos-25 sing ook een voorkeursetsmiddel is en gebruikt kan worden om de openingen te etsen, die de maskersegmenten 52 vormen.

: De vorming van de verwijderbare laag geeft ook een randvoordeel, dat gerelateerd is aan de zuiverheid van het epitaxiale groeiproces'. Wanneer een vloeistoffase-epitaxie wordt gebruikt voor het' vervaardigen 30 van de half geleiderlagen van deze inrichtingen, wordt de laatst gegroeide laag meer in het bijzonder verontreinigd vanuit verschillende bronnen, meer in het bijzonder bolletjes van het gesmolten metaal (bijv. Ga), die als de bronoplossing worden gebruikt. Derhalve moet deze laatste laag, welke gewoonlijk de kaplaag of de, het contact vereenvoudigende la.ag 30 (fi— 35 guur 1-3) is, worden gereinigd door ets, een stap, die een zorgvuldige regeling vereist, aangezien de laag 30 meer in het bijzonder zeer dun is· (bijv. 0,5^um). Bij het hier beschreven proces echter, is de laatst ge— 8201226 -12- groeide laag het dempingsmasker, dat veel dikker kan zijn (bijv. 3sCymnI en op een eenvoudige wijze door een stopetsmethode, als boven'vermeld* kan worden verwijderd.

Vervaardiging van Hi-Lo-constructies 5 Men kan een aantal vervaardigingmethoden gebruiken voor het verschaffen van een Hi-Lo-constructie volgens de uitvinding. Zoals reeds is vermeld, kunnen de gebieden 32 met grote specifieke weerstand worden gevormd door protonenbombardement, een zuurstoföombardement of een etsen en opnieuw groeien van materiaal met grote specifieke weerstand. Ter toe— 10 lichting zal evenwel worden aangenomen, dat deze gebieden door een protonenbombardement worden gevormd.

Een direkte methode brengt twee protonenhomhardementshappen en twee maskers met zich mede. Bij de eerste stap worden een protonendem— pingsmasker met een breedte en'protonen met een energie (bijv.

15 150 keV) gebruikt voor het delinieren van het smalle bovenste kanaal 36a. Bij de tweede stap wordt een protonendempingsmasker met een breedte Sg en protonen met een energie Eg ^ (bijv. Eg=300 keVj gebruikt voor het bepalen van. het bredere onderste kanaal 36b.'

Een delineatie van de kanalen 36a en 36b in een enkele protonen— 20 bombardementstap is ook mogelijk. Hiertoe kan een samengesteld dempingsmasker met een grotere protonendemping in het midden en een kleinere demping aan de zijkanten worden gebruikt. Twee versies van dit type masker zijn weergegeven in figuur 5 en 6. In elk geval wordt een dik metalen lichaam 1+0 met een breedte aan de bovenzijde van een plateau b2 ge-25 vormd, dat op zijn beurt op het hoofdvlak bb, dat het dichtst bij het actieve gebied 1U is gelegen, wordt gevormd. Het lichaam bo dempt in wezen de protonen 50 totaal, zodat geen protonenbeschadiging optreedt in het smalle kanaal 36a, en het plateau b2 dempt de protonen 50 slechts gedeeltelijk, zodat beschadigde zones 32.1a en 32.2a zich over een diepte 30 d^ tot op een kleine afstand van het actieve gebied uitstrekken. Buiten het plateau b2 verschaft het masker in wezen geen demping zowel bij figuur 5 (omdat het masker zich niet zover uitstrekt\ of in figuur 6 (omdat het masker daar zeer dun is). Derhalve strekken buiten het plateau b2 de door protonen beschadigde zones 32.1b en 32.2b zich over een diepte dg uit en 35 dringen deze door het actieve gebied 1^. Bij voorkeur strekken, zoals-aangegeven, deze beschadigde zones 32.1b en 32.2b zich. door het actieve gebied' 1b uit. In figuur 5 en 6 omvat het lichaam Uo ter illustratie ge- 8201226 -13- galvaniseerd Au. Het plateau 1*2 in figuur 5 omvat lagen van Au (1*2.1,.

Pd of Pt (1*2.2 en Ti (1*2. 3) en in figuur 6 omvat het plateau .een mesa van SiOg (1*2.1*) -waarop zich Ti-Pt-lagen (1*2.5) te vinden.

De onderstaahde voorbeelden beschrijven meer gedetailleerd 5 op welke wijze maskers van dit type werden gebruikt voor het vervaardigen van lichtemitterende inrichtingen. Tenzij anders is vermeld, worden numerieke parameters en verschillende materialen slechts ter illustratie genoemd en is het niet de bedoeling, dat hierdoor de beschermingsomvang wordt bepèrkt. In elk van de twee voorbeelden omvatte het halfgeleider-10 lichaam 11 een (100)-georienteerde uit n-GaAs bestaande substraat 28, waarop door een standaard-LPE de volgende epitaxiale lagen werden gegroeid: een n-GaAs-bufferlaag (niet afgebeeldl; een n-Alg bekledingslaag 10 met een dikte van ongeveer 1,5yum; een uit p-A1q qq^q bestaande actieve laag 1U mét een dikte van ongeveer'0,15 yum$ een uit 15 p—AIq 2($Gao glj.As bestaande bekledingslaag 12 met een dikte van ongeveer 1,5ƒurn, en een sterk gedoteerde uit p-GaAs bestaande kaplaag 30 met een dikte van 0,5yum. Het voltooide plaatje (lichaam 11 plus epitaxiale lagen) werd als volgt behandeld voor het vervaardigen van lichtemitterende inrichtingen, meer in het bijzonder lasers.

20 Voorbeeld I

- Voor het vervaardigen van lasers onder gebruik van het samengestelde dempingsmasker 1*0-1*2 van figuur 5, werd een afneembaar fotolak-masker op het oppervlak 1*4 gebracht en werden normale fötolithografische methoden ^bruikt om een langwerpig strookvormig venster met een breedte 25 van 12yum of l8yum loodrecht op de (110)-kloofvlakken te openen. Ti, Pd, en Au-lagen 1*2.3, 1*2.2 en 1*2.1 werden achtereenvolgens aangebracht onder gebruik van een vacuum-E-kanonstelsel. De neerslagsnelheid werd geregeld door een in de handel verkrijgbaar controlestelsel en wel zodanig, dat de Ti-, Pd- en Au-lagen resp. een dikte van 1000 $, 1500 % en 5000 & 30 . hadden. De totale dikte van 0,75 ƒ urn voor het plateau 1*2 werd gekozen voor het verschaffen van een reductie van 50% in de penetratiediepte van protonen 50 van 300 keV. Het strookgeometrieplateau 1*2 werd daarna door bekende etsmethoden voor het verwijderen van het fotolakmasker gevormd.

35 Vervolgens werd het lichaam 1*0 eveneens in de vorm van een strook met een breedte van 5yum gevormd door Au door elektrogalvanisatie aan te brengen tot een dikte van ongeveer 1-2yUm onder gebruik vah een nor- 8201226 % -i*' -14- male fotolithografische procedure. Het Au-lichaam 40 verschafte in wezen een volledige barrière voor de protonen 50 met grote energie (300 keV; dosering 3x10 cm ), waardoor derhalve het smalle bovenste kanaal 36a met een breedte S^=5ƒurn en het bredere onderste kanaal 36b met een breedte 5 S2=12^um of l8^um werdgvormd. Tussen en S2 verschafte het plateau 42 slechts een gedeeltelijke demping, zodat protonen binnendrongen tot een diepte d^l ,5/um. Buiten Sg was geen dempingsmasker aanwezig en drongen protonen door tot een diepte dg=2,8^um en derhalve door de actieve laag 14.

10 Voorbeeld II

Om het vervaardigingsproces van voorbeeld I te vereenvoudigen werd het Ti-Pd-Au-plateau 42, als aangegeven in figuur 6, vervangen door een dielektrische strook 42.4 (bijv. van SiOg of Si^N^l, waarop een Ti-Pt-deklaag 42.5 werd aangebracht. Dit samengestelde masker werd ver-15 vaardigd door onder gebruik van een normale dampfasemethode op het opper^ vlak 44 SiOg met een dikte van ongeveer 1,0-1,2^um neer te slaan. Deze dikte werd weer gekozen om aan de protonen 50 van 300 keV een demping van 50% mede te delen. Vervolgens werd de SiOg-laag langs· fotolithografische weg gedelinieerd en in normaal gebufferd HF-etsmiddel geetst voor het 20 vormen van stroken, met een breedte van 12yum of l8^um loodrecht op de (110)kloofvlakken. Ia het verwijderen van het fotolithografische masker werden de SiOg-strook 42.4 en het oppervlak 44 bekleed met Ti tot een dikte van 1000 £ en daarna met Pt tot een dikte van 1500 £ onder gebruik van een normaal opdampproces. Tenslotte werd het lichaam 40 gevormd in 25 de vorm van een strook van 5^um met een dikte van 1-2yum onder gebruik van normale fotolithografische en elektrogalvaniseermethoden. Evenals eerst werden de gemaskeerde plaatjes onderworpen aan protonen van 300 keV

j c — 2 in een dosering van 3x10 ' cm- , teneinde het smalle bovenste kanaal 36a en het bredere onderste lanaal 36b gelijktijdig te vormen. In dit geval 30 reduceerde de laag 42.5 de protonenenergie zodanig, dat dg afnam tot ongeveer 2,3^um.

In de beide geyallen I en II werden nadat het protonenhomhar-dement was voltooid de samengestelde maskers 4Q-42 door middel van een HF-etsmiddel van het oppervlak 44 verwijderd. Deze stap maakte het opper-35 vlak 44 ook gereed voor een daaropvolgende metallisatie, teneinde de normale p-metaalcontacten te vormen.

8201226 Η - ' ^ - _ · -15-

Ezperimentele resultaten - Hi-Lo-constructies

Om een norm voor vergelijking te verschaffen, werd de helft van elk plaatje "bij de voorheelden I en II verwerkt tot lasers met stroken met. een breedte van 5 ƒ urn onder gebruik van een ondiep protonen-5 bombardement (150 keV). Elk resterend halfplaatje werd, als boven vermeld, verwerkt tot Hi-Lo-lasers onder gebruik van samengestelde maskers 1+0-42 van drie typen: type (1) - Au-lichaam 40 met een breedte van 5 ^um op een SiOg/Ti-Pt-plateau. 42 met een breedte van l8^um (voorbeeld III); type (2) - Au-lichaam 40 met een breedte van 5/Um op een SiO^/Ti-Pt-10 plateau 42 met· een breedte van 12^um (voorbeeld II); en type (3) - Au-lichaam 40 met een breedte van 5ƒurn op een Ti-Pd-Au-plateau 4θ met een breedte van l8^um (voorbeeld I).

Vergelijkingen, die in de onderstaande tabel zijn aangegeven, ' werden gebaseerd op een aantal parameters: het spontane emissievermogen 15 bij een aandrijfstroom van 50 mA; de helling As^ van het spontane emissiegedeelte van de L-I-kromme; de capaciteit C, gemeten bij 1 MHz (de gemiddelde C is onder opgegeven); en de minimale modulatiestroom MMI, welke wordt bepaald als het verschil in stroom tussen bovenste en onderste lichtenergieniveau’s Pg resp. P^, waarbij een lichtintensiteits-20 doofverhouding E^ tussen de IN en UIT-toestanden wordt verkregen wanneer de laser wordt gepulseerd (de gemiddelde MMI is onder vermeld voor Ε^= 15:1, P2= 2,5 mW en P^ 0,167 mW).

25 1 8201226 * t v> • J6- ;

O 3 O CQ

graf i» H f 4 *Ö ·—> £»

Kr) 3 3 -333¾ cd S S w Ct· C. — q co ui u) \o o o 4

« v» fD

ΓΟ Γ0 0*3

VO O CD

O H

!> en

Γ0 -P" cf B

-» ui o o S td v# v» 1 PO -* CD t-3

CO ui K

- Ξ s —* —3 UI CTS O O 4

j y V» CD

ui ro —1 0*3

O 35* CD

ΓΟ H

ui ro UI -P" O O dr

v» *<J

00 *d

-3 3=- CD

ro .*—> ro ui —3 +r- O O O 4

• <Λ V* CD

UI “·* O 0*3 ro —1 cd

-* H

-* ro .

ro on o o <+ 00 *d ers -p* cd Uï 8201226 is s> -17-

Haast de in de tabel aangegeven informatie is gebleken, dat 90% van de lasers van het type (2) MMIs in een bepaalde MMI van 30 mA met een statistische variatie 2-i- 3mA had. Op een soortgelijke wijze had 75% van de lasers van het type (3) een MMI binnen 30 mA, terwijl geen 5 van de overeenkomstige lasers dit had. Deze resultaten tonen de verbeterde inrichtingsopbrengst.

Er wordt op gewezen, dat lasers van het type (2), welke zijn voorzien van stroken met een brede Sg= 12^um, de grootste afname in S1 en de hoogste opbrengst voor een MMI ^ 30 mA vertonen, doch deze 10 voordelen alleen schrijven niet noodzakelijkerwijs het gebruik van deze strookbreedte voor. Er dient aandacht geschonken te worden aan de invloed op het lichtenergieuitgangsniveau P^, waarbij "kinks” optreden. In het algemeen is het gebleken, dat "kinks"-vorming plaatsvond bij een hogere in de besturingslasers dan bij Hi-Lo-lasers, doch deze laatste vielen 15 nog steeds binnen de specificaties (d.w.z. Ρ^ Λ 3 m¥). De lasers van het type (1) vertoonden weinig verandering in P^. De lasers van het type (2} echter, waarbij de smalste dempingsmaskers werden gebruikt (Sg=12^um) , vertoonden een uitgesproken reductie van ongeveer 50% in P^ vergeleken met de overeenkomstige besturingslasers. In tegenstelling daarmee ver-20 tonen lasers van het type (3), waarbij Sg=l8^um, een kleinere reductie van ongeveer 35% in P. . Deze gegevens suggereren, dat het van voordeel

xC

kan zijn, dat de breedte Sg is gelegen tussen 12^um en l8^um.

De eerste organen, welke het smalle bovenste kanaal 36a bepalen, kunnen worden verwezenlijkt door middel van een groef, die in 25 het bovenvlak UU is geeetst. Derhalve is het te verwachten, dat een groef in combinatie met een breder onderste kanaal 36b kenmerken en voordelen vertoont, welke vergelijkbaar zijn met die, welke boven zijn beschreven. De details van een dergelijke constructie zullen onder verwijzing naar figuur 7 t/m 9 worden besproken.

• 30 In figuur 7 vindt men een lichtemitterende halfgeleiderinrich- ting (laser of LED),, welke analoog is aan die volgens figuur 1-6, voorzien van een halfgeleiderlichaam 111 met een tus-sengelegen gebied llU.

Het gebied 11k, dat een of meer lagen kan omvatten, omvat een actief gebied, dat in hoofdzaak gestimuleerde straling 122 in het geval van een 35 laser of spontane straling in het geval van een LED emitteert, wanneer daaraan een pompstroom wordt toegevoerd. Elektrodeorganen, ter illustratie weergegeven op de contacten 116 en 118 op het lichaam 111, dienen om 8201226 -18- tezamen met een spanningsbron 120 de pompstroom toe te voeren. Eet lichaam 111 omvat voorts hepalingsorganen 132-13U, veile veroorzaken, dat de pompstroom door een relatief smal kanaal 136-138 vanaf het bovenste contact 116 door het actieve gebied vloeit, waarna de stroom zich naar 5 het onderste contact 118 kan uitspreiden.

Bij een illustratieve uitvoeringsvorm volgens de uitvinding, als weergegeven in figuur 7, omvatten de stroombepalingsorganen 132-13^ eerste organen 13^·, die een betrekkelijk smal bovenste kanaal 136 bepalen, en tweede organen 132, die een relatief breder onderste kanaal 10 138 bepalen. De bepalingsorganen omvatten ter' illustratie uit eeen V- groef bestaande eerste organen 13^, die zich van-uit het hoofdvlak 1^ over een diepte d,- op een kleine afstand van liet actieve gebied uitstrekken, en daardoor het relatief smalle bovenste kanaal 136 bepalen, en verder lateraal gescheiden gebieden 132 met grote specifieke weer-15 stand, welke het onderste bredere kanaal 138' begrenzen en zich vanuit tenminste de diepte d^ bij benadering tot het actieve gebied (d.w.z. in of door het actieve gebied) uitstrekken. Zoals aangegeven, strekken de gescheiden gebieden 132 zich ter illustratie vanaf het oppervlak 1UU en bij voorkeur door het actieve gebied uit. De V-groef 13^ bevindt 20 zich in de ruimte tussen de gebieden 132. Het is evenwel niet essentieel dat de gebieden 132 met grote specifieke weerstand zich in werkelijkheid over de gehele afstand tot het hoofdvlak l¥v uitstrekken. In wezen kan het voor contacteerdoeleinden van voordeel zijn, dat tussen de gebieden 132 en het contact 116 een laag met grote geleiding aanwezig is, 25 zoals beschreven in het Amerikaanse octrooischrift U.12^,826.

Onder verwijzing naar de DH van figuur 7, heeft de V—groef 13^ bij het hoofdvlak een breedte en een diepte d^, waar de groef door de tweede laag 112 dringt, waardoor het bovenste kanaal 136 in wezen dezelfde breedte heeft. In tegenstelling daarmede zijn de gebieden 132 30 met grote specifieke weerstand gescheiden over een grotere afstand S^ en strekken deze zich vanaf het vlak l^U over een diepte dg · d^ in en bij voorkeur door het actieve gebied uit, waardoor zij het bredere onderste kanaal 138 met de breedte bepalen.

Zoals aangegeven in figuur 8, kan het bovenste kanaal 136 35 verder worden beperkt door verdere gebieden 132.1 met grote specifieke weerstand, welke een gedeelte van de schuine zijden 13^-.1 van de V-groef 13^ begrenzen, waardoor de breedte S^' van het bovenste kanaal volgens 8201226 *............. ' ............ ë * i -19- figuur 8 kleiner is dan van figuur 7·In de praktijk kunnen de gebieden 132 en 132.1 (bijv. door een protonenbombardement) tot diepten van dg resp. dj (dg > dj) -worden uit gevoerd en daarna kan de V-groef 13^· worden geetst tot een diepte d^, teneinde in de gebieden 132.1 binnen 5 te dringen (dj < d^ < dg).

Verwacht wordt, dat deze V-groefconfiguraties een aantal voordelen bieden. In de eerste plaats vergroot het smalle bovenste kanaal 136 de stroomdichtheid in het actieve gebied en veroorzaakt daardoor, dat "kinks" in lasers naar hogere stroomniveaii's buiten het eigenlijke 1 10 bedrijfsgebied worden verschoven. In de tweede plaats dient deze constructie ook te leiden tot meer uniform verdeelde laserdrempelwaarden en onderste laserdrempelwaarden, waardoor men een grotere inrichtings-opbrengst verkrijgt. In de derde plaats wordt in verband met het feit, dat het bredere onderste kanaal 138 de laterale stroomdiffusie en sprei-15 ding reduceert, minder spontane straling buiten de resonator van de laser geëmitteerd, waardoor een kleinere modulatiestroom voor een voorafbepaalde doofverhouding in digitale toepassingen mogelijk is. In de vierde plaats leidt het laatste tot een gereduceerde capaciteit van de inrichting voor zowel een laser als een LED, waardoor een grotere bedrijfssnelheid 20 mogelijk is (d.w.z. een grotere pulsherhalingsfrequentie bij digitale toepassing).

Binnen het kader van de uitvinding zijn ook andere constructies mogelijk. Meer in het bijzonder kan de V-groef 3¾ van figuur 7 of figuur 8 opnieuw met halfgeleidermateriaal worden gevuld, hetgeen leidt 25 tot inrichtingen (meer in het bijzonder lasers) met een aantal nuttige eigenschappen, welke later zullen worden besproken. Bovendien is, ofschoon de groef is omschreven als een V-groef, de'nauwkeurige geometrische vorm daarvan niet kritisch. Men verkrijgt een V-groef wanneer halfgeleiders van het III-V-type aan verschillende etsmiddelen worden onder-30 worpen, die kristallografische vlakken met een bepaalde voorkeur etsen, doch een V-groef oeen rechthoekige groef kan ook worden verkregen met andere etsmiddelen of door andere processen (bijv. een ionenbundelwals-bewerking.of plasmaetsing).

Zoals aangegeven in figuur 9, is de V-groef gevuld met half-35 geleidermateriaal 13V en dit kan afhankelijk van de procedure, welke wordt gebruikt voor het opnieuw vullen, al dan niet leiden tot de vorming van lagen 13^-.2, die bij de V-groef en /of het hoofdvlak lWt· zijn 8201226 Γ -20-.

gelegen. Bovendien kan afhankelijk van het materiaal, van de laag 112 en het type gebruikte procedure, het materiaal 134r al dan niet epi- taxiaal zijn (d.v.z. monokristallijn).

Er doet zich een aantal uitvoeringsvormen voor, afhankelijk 5 van de relatieve afmetingen van de energiesprongen E van de Dïï-lagen, • δ ten opzichte van het V-groefmateriaal 134'. Geval I: E (13V) >Eg (114}; O* d.v.z., dat het materiaal 134' van de V-groef een grotere energiesprong heeft dan de actieve laag 114. Dientengevolge ondergaat laserstraling., die het materiaal 134’ van de V-groef binnendringt, een gereduceerde 10 absorptie vergeleken met figuur 7· Geval II: E (134' ) Ë (112)Λ Ëg(ll4) i s s bovendien hebben de lagen 110 en 112 en de actieve laag 114 alle hetzelfde geleidingstype, terwijl het materiaal 134' van de V-groef en de laag 112 tegengesteld geleidingstype bezitten. Deze configuratie is een vorm van isotype laser, waarbij de p-n junctie langs de schuine vlakken 15 134.1 is gelegen. In dit geval is het materiaal 134r van de V-groef bij voorkeur monokristallijn. Geval III: E (112.) Eg(l34’) .'· Eg (114); d.w.z.

δ dat het materiaal 134’ van de V-groef een kleinere energiesprong bezit dan de laag 112. doch een grotere energiesprong bezit dan de actieve laag 114. Dientengevolge vertonen de brekingsindices n de relatie n(114) 20 n (134') n (112), zodat de laserstraling door de brekingsindex langs de V-groef wordt geleid.

t 8201226

Claims

1. Ei cht emitterende half gelei derinri cht ing voorzien van een halfgelèiderlichaam met een actief gebied, waarin optische straling wordt opgewekt wanneer door dit gebied een strocrn vloeit, en organen in het 5 lichaam om de stroom vanaf een oppervlak van het lichaam via een kanaal door het actieve gebied te laten vloeien, met het kenmerk, dat het kanaal bij het hoofdvlak smal en bij het actieve gebied breder is*

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bepalingsorganen· zijn voorzien van eerste organen om te veroorzaken, 10 dat de stroom in een relatief smal bovenste kanaal vloeit, dat zich vanuit het oppervlak over een diepte op een kleine afstand van het actieve gebied uitstrekt en tweede organen om te veroorzaken, dat de stroom in een relatief breder onderste kanaal vloeit, dat zich vanuit de bepaalde diepte tot het actieve gebied uitstrekt.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de-: tweede organen zijn voorzien van een paar tweede zones met grote speci— . fieke weerstand, welke het onderste kanaal begrenzen. k. Inrichting volgens conclusie 3, met het:kenmerk, dat de tweede zones zich door het actieve gebied uitstrekken.

5. Inrichting volgens een der conclusies 2-¾, met het kenmerk, dat de eerste organen zijn voorzien van een paar eerste zones met grote specifieke weerstand, welke het bovenste kanaal begrenzen.

6. Inrichting volgens een der conclusies 3-5, met het kenmerk, dat de. zones met grote specifieke weerstand door protonen' gebombardeerde 25 zones omvatten.

7. Inrichting volgens een der conclusies 2-6, voorzien van een eerste bekledingslaag, een tweede bekledingslaag, die dichter bij het oppervlak is gelegen dan de eerste laag, en het actieve gebied een actieve laag tussen de bekledings-lagen omvat, met het’kenmerk, dat het 30 bovenste kanaal zich vanuit het oppervlak naar de bepaalde diepte, die in de tweede bekledingslaag is gelegen, uitstrekt en het onderste kanaal zich vanuit de bepaalde diepte door de actieve laag uitstrekt. , 8. Inrichting volgens een der conclusies 2-7, met het kenmerk, dat het bovenste kanaal een breedte van ongeveer 5y-nrn heeft en de breedte 35 van hetonderste kanaal tussen ongeveer 12. en l8^um is gelegen.

9· Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, voorzien van een laserresonatorhartlijn, waarlangs straling wordt voortgeplant, 8201226 * -22- · V' met het kenmerk, dat de bepalingsorganen de kanalen als langwerpige parallellepipeda bepalen, die zich in wezen evenwijdig aan de hartlijn uitstrekken.

10. Inrichting volgens een der conclusies 1-8 ten gebruike als 5 een lichtemitterende diode, met het kenmerk, dat bepalingsorganen de kanalen als cylinders bepalen, die zich dwars op het genoemde gebied uitstrekken.

11. Inrichting volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de bepalingsorganen zijn voorzien van uit een' langwerpige groef be- 10 staande eerste organen om te veroorzaken, dat een stroom in het relatief smalle bovenste kanaal vloeit, dat zich vanaf het. oppervlak tot de bepaalde diepte op' een afstand van het actieve gebied uitstrekt, en tweede organen om te veroorzaken, dat de stroom in het relatief bredere onderste kanaal vloeit, dat zich vanuit tenminste de bepaalde diepte tot het ac- 15 tieve gebied uitstrekt.

12. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de eerste, organen zijn voorzien van een gedeelte van het oppervlak, waarin een V-groef is gevormd, en een paar lateraal gescheiden eerste gebieden met grote specifieke weerstand, die tenminste een gedeelte van de schuine 20 zijden van de V-groef begrenzen, zodat de V-groef zich door de eerste gebieden uitstrekt.

13. Inrichting volgens conclusie 11 betrokken op conclusie 7, met het kenmerk,, dat de groeforganen zich vanuit het oppervlak tot de bepaalde diepte in de tweede bekledingslaag uitstrekken en het onderste 25 kanaal zich vanuit tenminste de bepaalde diepte door de actieve laag uitstrekt . 1U. Inrichting volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk, dat de eerste organen een gedeelte van het oppervlak, waarin de groef is gevormd en verder halfgeleidermateriaal, dat de groef vult, omvatten. 30 15* Inrichting volgens conclusie 1^, met het kenmerk, dat het materiaal een grotere energiesprong bezit dan de naastgelegen gedeelten van het lichaam. .‘16. Inrichting volgens conclusie 1^, met het kenmerk, dat het materiaal hetzelfde geleidingstype als de naastgelegen gedeelten bezit.

17. Inrichting volgens conclusie 1U, met het kenmerk, dat het materiaal een geleidingstype bezit, tegengesteld aan dat van de naastge— ^en gedeelten, waardoor een p-n junctie bij de zijden van de groef wordt 8201226 -23- τ gevormd, welke dient voor het injecteren van dragers in het actieve gebied.

18. Inrichting volgens conclusie 1^-, met het kenmerk, dat het materiaal een kleinere energiesprong heeft dan de naastgelegen gedeelten 5 van het lichaam en een grotere energiesprong bezit dan het actieve ge^ bied.

19· Werkwijze voor het vervaardigen van een inrichting volgens conclusie 1, met een trapeziumvormig stroomkanaal in een halfgeleider-lichaam, waarbij op een hoofdvlak van het lichaam langs epitaxiale weg 10 een half geleiderlaag wordt gegroeid, met het kenmerk, dat aan de laag een bepaald patroon wordt gegeven om trapeziumvormige openingen in de laag te vormen, waarbij de resterende segmenten van de laag in dwarsdoorsnede complementaire trapeziumvormige maskers vormen, welke' maskers schuine zijwanden bezitten, het lichaam aan een deeltjesbombardement 15 wordt onderworpen, teneinde tussen de maskers en onder de schuine zijwanden zones met grote specifieke weerstand te vormen, en de maskers van het oppervlak worden verwijderd.

20. Werkwijze volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat de laag en het gedeelte van het lichaam bij het oppervlak uit verschillende 20 halfgeleidermaterialen bestaan en de maskers van het oppervlak worden verwijderd door een "stop-etsprocedure".

21. Werkwijze volgens een der conclusies 19-20, met het kenmerk, dat de laag en het lichaam uit materialen van de groep III-V bestaan, het oppervlak een (100)-kristalorientatie bezit en bij het 25 aan de laag geven van een bepaald patroon de openingen worden gevormd door de laag bloot te stellen aan een etsmiddel, dat een voorkeurset sing uitvoert langs (111A)-kristallografische vlakken, zodat de zijwanden de vlakken vormen. t 8201226