NL8602653A - Halfgeleiderlaser en werkwijze ter vervaardiging daarvan. - Google Patents

Description

s* PHN 11.906 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken.

"Halfgeleiderlaser en werkwijze ter vervaardiging daarvan".

De uitvinding heeft betrekking op een halfgeleiderlaser et een halfgeleiderlichaam bevattende een substraatgebied van een eerste geleidingstype en een daaropgelegen lagenstruktuur met ten minste een eerste passieve laag van het eerste geleidingstype, een tweede 5 passieve laag van het tweede, tegengestelde geleidingstype en een tussen de eerste en de tweede passieve laag gelegen actieve laag met een pn-overgang die bij voldoend hoge stroomsterkte in de doorlaatrichting coherente electromagnetische straling in een richting loodrecht op die van de actieve laag kan opwekken in een, binnen een zich tussen twee 10 reflectors bevindende resonatorholte gelegen, actief gebied van de actieve laag, en een stroombegrenzende blokkeringslaag van het tweede geleidingstype die ter plaatse van het actieve gebied een onderbreking vertoont, waarbij de eerste en tweede passieve laag en de blokkeringslaag alle een grotere bandafstand en een kleinere brekingsindex voor de 15 opgewekte straling hebben dan de actieve laag, waarbij de eerste en tweede passieve laag elektrisch verbonden zijn met aansluitgeleiders en het actieve gebied zijwaarts begrensd wordt door de blokkeringslaag.

Een dergelijke halfgeleiderlaser is békend uit het Amerikaanse octrooischrift No. 4309670. Daarin wordt een halfgeleider-20 laser beschreven waarbij in een actieve laag van homogene dikte straling wordt opgewekt die uittreedt in een richting loodrecht op de actieve laag en waarbij de stroombegrenzing wordt verkregen door middel van een begraven blokkeringslaag die met het aangrenzende halfgeleidermateriaal een sperrende pn-overgang vormt. In een der uitvoeringsvoorbeelden van 25 dit Amerikaanse octrooi wordt het actieve gebied zijwaarts begrensd door een epitaxiaal halfgeleidergebied met grotere bandafstand en kleinere brekingsindex voor de uitgezonden straling.

Halfgeleiderlasers van het hier bedoelde type, waarbij de opgewekte straling wordt uitgezonden in een richting loodrecht op de 30 actieve laag hebben het voordeel dat zij gemakkelijk aan een optische fiber kunnen worden gekoppeld, dat de uittredende bundel weinig divergent is en dat geen nauwkeurige positionering van het kristal wordt 8602653 ΡΗΝ 11.906 2 * λ vereist.

Aangezien de lengte van het actieve gebied waarbinnen versterking optreedt bij bekende lasers overeenkomt met de dikte van de actieve laag, en dus zeer klein is, is een grote stroomdichtheid vereist 5 om de voor laserwerking noodzakelijke versterking te realiseren. Om de drempelstroom op een aanvaardbare waarde te houden zijn daartoe vrij gecompliceerde epitaxiale strukturen nodig waarbij zoals in het eerder genoemde Amerikaanse octrooischrift 4309670, naast de actieve laag extra epitaxiale passieve lagen en/of plaatselijk gediffundeerde blokkerings-10 lagen worden toegepast. Ondermeer om deze redenen zijn de genoemde bekende laserstrukturen in het algemeen zeer moeilijk te realiseren.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel de genoemde, bij bekende halfgeleiderlasers van dit type optredende bezwaren te vermijden of althans aanmerkelijk te verminderen. De uitvinding beoogt ondermeer 15 een nieuwe laserstruktuur te verschaffen waarbij zowel de elektrische als de optische opsluiting van het actieve gebied op bevredigende wijze gerealiseerd zijn, die een relatief kleine golflengte en een relatief lage drempelstroom heeft, en die met behulp van moderne technieken langs betrekkelijk eenvoudige wijze gerealiseerd kan worden.

20 De uitvinding berust onder meer op het inzicht, dat een en ander verwezenlijkt kan worden door toepassing van een actieve laag die ter plaatse van het actieve gebied een afwijkende dikte heeft.

Volgens de uitvinding is een halfgeleiderlaser van de in de aanhef beschreven soort daardoor gekenmerkt, dat het actieve gebied 25 een grotere dikte heeft dan het overige deel van de actieve laag en zich ter plaatse van de onderbreking door de blokkeringslaag heen ten minste tot aan de eerste passieve laag uitstrekt, dat de actieve laag van het eerste geleidingstype is, en dat de blokkeringslaag tussen de actieve laag en het substraatgebied is gelegen.

30 Bij de halfgeleiderlaser volgens de uitvinding is, in tegenstelling tot de genoemde bekende lasers, de dikte van het actieve gebied groter dan die van de blokkeringslaag die voor de elektrische en optische opsluiting zorgt. Daardoor maakt de actieve laag zelf deel uit van de stroombegrenzende lagenstruktuur welke zodoende aanzienlijk 35 eenvoudiger van opbouw wordt, en langs eenvoudiger weg te realiseren is. Verder kan, door de zeer efficiënte elektrische en optische opsluiting, de drempelstroom laag zijn zodat werking bij kamertempe- 8602653 k * PHN 11.906 3 ratuur mogelijk wordt.

De actieve laag kan direct op de blokkeringslaag worden aangebracht. Onder omstandigheden echter kan het de voorkeur verdienen, dat tussen de actieve laag en de blokkeringslaag nog een halfgeleider-5 laag van het eerste geleidingstype wordt aangebracht net een grotere bandafstand en een kleinere brekingsindex voor de uitgezonden straling dan de actieve laag. Tijdens de vervaardiging is dan Binder kans op het optreden van lekstroien, die de elektrische opsluiting nadelig zouden kunnen beïnvloeden.

10 De resonatorholte kan op verschillende manieren gerealiseerd worden. Zo kunnen bijvoorbeeld één of beide reflectors gevormd worden door een periodieke variatie in effectieve brekingsindex in de richting van de uitgezonden straling, volgens het principe van de als DBR- of DFB-lasers bekendstaande inrichtingen. Volgens een andere 15 voorkeursuitvoering worden de reflectors gevormd door optisch vlakke eindvlakken van de lagenstruktuur, waarbij het substraatgebied voorzien is van een uitholling met vlakke bodem waardoor de straling uittreedt, welke uitholling zich door de gehele dikte van het substraat heentot aan de eerste passieve laag uitstrekt.

20 De uitvinding heeft verder betrekking op een bijzonder geschikte werkwijze ter vervaardiging van de halfgeleiderlaser. Deze werkwijze is daardoor gekenmerkt, dat op een éénkristallijn substraatgebied van een eerste geleidingstype na elkaar een eerste passieve halfgeleiderlaag van het eerste geleidingstype en een 25 blokkeringslaag van het tweede, tegengestelde geleidingstype epitaxiaal worden aangegroeid, dat daarna door etsen een holte wordt gevormd die zich door de blokkeringslaag heen uitstrekt tot aan de eerste passieve laag, dat vervolgens door epitaxiaal aangroeien vanuit de vloeistoffase een actieve laag van het eerste geleidingstype wordt gevormd waarvan een 30 actief gebied de holte opvult, en tenslotte door epitaxiaal aangroeien op de actieve laag een tweede passieve laag van het tweede geleidingstype, en daarop een contactlaag van het tweede geleidingstype wordt gevormd, waarna in de contactlaag tegenover het actieve gebied een opening geëtst wordt die zich uitstrekt tot aan de tweede passieve 35 laag, en in deze opening een diêlektrische laag wordt aangebracht met een dikte die gelijk is aan een optische weglengte van een geheel aantal malen een kwart golflengte van de uitgezonden straling, en ten- 8602653 \ PHN 11.906 4 slotte het substraatgebied en de contactlaag van aansluitgeleiders worden voorzien.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening, waarin 5 Figuur 1 schematisch in dwarsdoorsnede een halfgeleider- laser volgens de uitvinding toont,

Figuur 2 en 3 schematisch in dwarsdoorsnede de halfgelei-derlaser van Figuur 1 in opeenvolgende stadia van vervaardiging tonen, Figuur 4,5 en 6 schematisch in dwarsdoorsnede opeenvol-10 gende stadia van vervaardiging tonen van een andere uitvoeringsvorm van de halfgeleiderlaser volgens de uitvinding, en

Figuur 7 schematisch in dwarsdoorsnede nog een andere uitvoeringsvorm van de halfgeleiderlaser volgens de uitvinding toont.

De figuren zijn schematisch en niet op schaal getekend, 15 waarbij in het bijzonder de afmetingen in de dikterichting ter wille van de duidelijkheid zijn overdreven.

Overeenkomstige delen zijn als regel in de verschillende voorbeelden met hetzelfde verwijzingscijfer aangeduid. Halfgeleider-gebieden van hetzelfde geleidingstype zijn als regel in dezelfde 20 richting gearceerd.

Figuur 1 toont schematisch in dwarsdoorsnede een halfgeleiderlaser volgens de uitvinding. Ter vereenvoudiging is de halfgeleiderlaser rotatiesymmetrisch om de lijn Μ M gedacht, ofschoon dit geenszins noodzakelijk is.

25 De halfgeleiderlaser omvat een halfgeleiderlichaam met een substraatgebied 1, dat in dit voorbeeld bestaat uit een één-kristallijn gebied van galliumarsenide van een eerste geleidingstype, hier het p-geleidingstype. Op dit substraatgebied 1 bevindt zich een lagenstruktuur met een eerste passieve laag 2 eveneens van het eerste, 30 p-geleidingstype, een tweede passieve laag 3 van het tweede tegengestelde (hier dus n-) geleidingstype en een tussen de eerste passieve laag 2 en de tweede passieve laag 3 gelegen actieve laag 4 met een pn-overgang 5, die bij voldoend hoge stroomsterkte in de doorlaatrichting coherente electromagnetische straling kan opwekken in de richting van de pijl 6, 35 dus loodrecht op die van de actieve laag 4. De straling wordt opgewekt in een actief gebied 4A van de actieve laag 4, welk actief gebied zich bevindt in een resonatorholte tussen twee resonators die in dit voor- 8602653 51 é PHN 11.906 5 beeld gevormd worden door reflecterende eindvlakken 7 en 8 van de lagen-struktuur. Verder bevat de lagenstruktuur een stroombegrenzende blokkeringslaag 9 van het tweede, hier n-geleidingstype die ter plaatse van het actieve gebied 4A een onderbreking vertoont. De actieve laag 4, de 5 eerste en tweede passieve lagen 2 en 3 en de blokkeringslaag 9 bestaan in dit voorbeeld alle uit galliumaluminiumarsenide waarbij de gehaltes aan aluminium zodanig zijn gekozen, dat de lagen 2,3 en 9 alle een grotere bandafstand, en dientengevolge een lagere brekingsindex voor de opgewekte straling hebben dan de actieve laag 4. De eerste en tweede 10 passieve laag (2 en 3) zijn elektrisch verbonden met aansluitgeleiders, gevormd door respectievelijk electrodelagen 10 en 11; de laag 2 via het hooggedoteerde substraatgebied 1 en de laag 3 via een eveneens hoog-gedoteerde contactlaag 12 van n-type galliumarsenide. Het actieve gebied 4A wordt zijwaarts begrensd door de blokkeringslaag 9.

15 Volgens de uitvinding heeft het actieve gebied 4A een grotere dikte dan het overige deel van de actieve laag 4 en strekt het zich ter plaatse van de onderbreking door de blokkeringslaag 9 heen uit ten minste tot aan de eerste passieve laag 2. Verder is volgens de uitvinding de passieve laag 2 van het eerste, hier dus van het p-gelei-20 dingstype zodat de pn-overgang 5 zich tussen de lagen 3 en 4 bevindt, en bevindt zich de blokkeringslaag 9 tussen de actieve laag 4 en het substraatgebied 1.

Tengevolge van de opbouw van de lagenstruktuur volgens de uitvinding, waarbij het actieve gebied 4A dikker is dan het overige deel 25 van de actieve laag 4 en zich door de blokkeringslaag 9 heen ten minste tot aan de passieve laag 2 uitstrekt wordt op betrekkelijk eenvoudige wijze een zeer efficiënte elektrische en optische opsluiting van de gegenereerde straling verkregen. Daardoor kan een relatief lage drempel-stroom worden bereikt.

30 Bij de halfgeleiderlaser volgens dit voorbeeld is bovendien tussen de actieve laag 4 en de blokkeringslaag 9 een halfgelei-derlaag 13 van het eerste, hier dus het p-geleidingstype aangebracht, bestaande uit gallium-aluminiumarsenide met een grotere bandafstand en een kleinere brekingsindex voor de opgewekte straling dan de actieve 35 laag 4. Deze laag dient om te voorkomen dat, bij mogelijke lekstromen door de actieve laag 4, de stroombegrenzende eigenschappen van de sperrende pn-overgang tussen de n-type blokkeringslaag 9 en het ¢602653 % PHN 11.906 6 aangrenzende p-type materiaal nadelig zouden worden bënvloed.

Verder is in dit voorbeeld het substraatgebied 1 voorzien van een uitholling 14 met vlakke bodem, waardoor de straling uittreedt. Deze uitholling strekt zich door de gehele dikte van het substraatgebied 5 1 heen tot aan de eerste passieve laag 2 uit, en kan een met de laser gekoppelde glasfiber opnemen wat de koppeling zeer eenvoudig maakt.

In dit voorbeeld zijn de volgende samenstellingen, doteringen en dikten van de diverse lagen toegepast.

10 Laag Samenstelling Type Doterings- Dikte Brekings- concentratie (pm) indexindex (voor\=750nm) 1 GaAs P 2x1019 at/cm 90 pm 2 Oa0i50»lOi50is p 10« 3 3,26 15 3 Ga0,50A10,50As N 1°18 3 3·26 4 Ga086Al0|14As P 1018 0,5 3,49 9 Ga0(80Al0(2oAs N 2x1017 1 3,45 12 GaAs N 3x1018 1 13 Ga080Al020As P 1018 0,5 3,45 20

De door deze laser uitgezonden straling heeft een golflengte van 750 nm. De diameter (a) van het actieve gebied is ongeveer 3 pm, de diameter (b) van de substraatopening 14 is ter plaatse van de bodem 8 ongeveer 20 pm. De elektrodelaag 10 op het substraat 1 is bijvoorbeeld een 25 platina-molybdeen-goudlaag of een platina-tantaal-goudlaag. De elektrodelaag 11 op de contactlaag 12 van hooggedoteerd galliumarsenide bestaat bijvoor-beeld uit een goud-germanium-nikkellaag, die tegenover de opening 14, binnen een opening in de contactlaag 12 op een siliciumoxydelaag 15 met een dikte van 0,15 pm ligt. Deze dikte komt 30 overeen met een optische weglengte van een geheel aantal malen een kwart golflengte van de uitge-zonden straling, zodat de straling aan deze zijde van de laserstruktuur vrijwel geheel wordt gereflecteerd. De drempelstroom van de laser bedroeg bij 30°C 10 mA.

De beschreven halfgeleiderlaser kan volgens de 35 uitvinding op de volgende wijze vervaardigd worden. Uitgegaan wordt van een substraat 1 van éénkristallijn p-type galliumarsenide met een doteringsconcentratie van 2x10^8 atomen per cm3 en een dikte van 8602653 * $ PHN 11.906 7 bijvoorbeeld 350 μ®. Na polijsten en etsen van het oppervlak hiervan, dat bij voorkeur een (100) oriëntatie heeft wordt hierop bijvoorbeeld vanuit de vloeistoffase (eet LPE= liquid phase epitaxy) achtereenvolgens een 3 pm dikke laag 2 van p-type Ga^ jqAIq jqAs met een doterings- 5 concentratie van 101® atomen per cm^, een 1 pm dikke laag 9 van n- type GaQ qAIq 2As Het een dotenngsconcentratie van 2x101' atomen 3 * f per cm , en een 0,5 pm dikke laag 13 van p-type GaQ qqAIq 2qAs Bet o * 1 een dotenngsconcentratie van 10 atomen per cnr aangegroeid. Dit aangroeien kan ook geschieden door middel van metaal-organische epitaxie 10 vanuit de dampfase, bekend onder de namen M0CVD of 0MVPE (organic-metallic vapour phase epitaxy) techniek, door chemische ontleding van organische metaalverbindingen. Voor details over de LPE-techniek wordt verwezen naar het boek van D. Elwell en H.J. Scheel, Crystal Growth from High Temperature Solutions, Academic Press 1975 biz. 433 t/m 467. Voor 15 details betreffende de OMVPE-techniek wordt verwezen naar het artikel van H.J. Ludowise, "Metalorganic chemical vapour deposition of III-IV semiconductors" in Journal of Applied Physics Vol.58, 15 October 19$5, p.R31 t/m R55. Daarna wordt in de zo verkregen lagenstruktuur een gat geëtst met, in dit voorbeeld, een diameter van ongeveer 3 pm, juist 20 door de blokkeringslaag 9 heen, met bij voorkeur een platte bodem, zodat de situatie van Figuur 2 ontstaat. Voor het etsen kan bijvoorbeeld “reactive ion etching" (RIE) gebruikt worden.

Nu wordt met 0MVPE een zeer dun (5 nm) laagje van galliumarsenide gegroeid (niet in de figuur aangegeven). Dit is nodig om 25 de volgende epitaxiale aangroeiing mogelijk te maken aangezien op galliumaluminiumarsenide epitaxiaal aangroeien zeer moeilijk is.

Het geëtste gat wordt nu opgevuld door epitaxiaal aangroeien van gallium-aluminiumarsenide vanuit de vloeistoffase met de LPE-techniek. Hierbij groeit zeer snel het gat dicht, waarna op het ontstane 30 praktisch vlakke oppervlak de verdere lagen worden gevormd. Zo worden achtereenvolgens de actieve laag 4, de passieve laag 3 en de hoogge-doteerde contactlaag 12 (van GaAs) aangegroeid met dikten van respectievelijk 0,5 pm, 3 pm en 1 pm en met de hierboven beschreven samenstelling, zie Figuur 3.

35 In de contactlaag 12 wordt nu tegenover het oppervlak 4A

een gat met een diameter van 15-20 pm geëtst met behulp van een selectieve etsvloeistof die praktisch alleen GaAs aantast maar geen 6602653 PHN 11.906 8

GaxAl.j_xAs, bijvoorbeeld een mengsel van waterstofperoxyde en ammonia. Het etsproces eindigt dan aan het optisch vlakke GaAs -GaxAl.j_xAs grensvlak. Vervolgens wordt het substraat 1 door etsen in bijvoorbeeld een mengsel van geconcentreerd zwavelzuur, waterstof-5 peroxyde (30%) en water (vol.verhouding 3:1:1) teruggebracht tot een dikte van ongeveere 90 pm, waarna in het substraat tegenover het actieve gebied 4A eveneens selectief een opening met een diameter van ongeveer 20 pm wordt geëtst, met een waterige oplossing van H2O2 en NH^OH, tot op het optische vlakke grensvlak met de laag 2, dat als 10 tweede reflector dienst doet. Na het aanbrengen van een 0,15 pm dikke 1 siliciumoxydelaag 15 in de opening in de contactlaag 12, en het aan brengen van de elektrodelagen 10 en 11 is de struktuur van Figuur 1 verkregen.

Een andere uitvoeringsvorm van een halfgeleiderlaser 15 volgens de uitvinding zal thans worden beschreven aan de hand van de figuren 4 t/m 6. Ook in dit geval wordt de laser rotatiesymmetrisch om de lijn MM gedacht ofschoon dit voor de uitvinding niet noodzakelijk is. Deze halfgeleiderlaser is geschikt voor het opwekken van straling van langere golflengten (1,3 pm) zoals deze bij optische communicatie 20 veelal worden toegepast.

Uitgegaan wordt van een substraat van indiumphosphide, p-geleidend, met een dikte van 350 pm en een dotering van 2x101® O f atomen per cm . Aangezien ditmaal het substraatgebied en de eerste passieve laag van hetzelfde materiaal zijn, dient eerst op het substraat 25 een tussenlaag 20 te worden aangebracht. Deze heeft in dit voorbeeld een dikte van 0,3 pm en bestaat uit p-type IHq 72GaO 28As0 60p0 40'

Op de laag 20, die ten opzichte van indiumphosphide selectief etsbaar is, wordt nu een eerste passieve laag 2 van p-type indiumphosphide, met een dikte van 6 pm en een doteringsconcentratie van 10^ atomen per 30 cm aangegroeid vanuit de vloeistoffase, en daarop eveneens vanuit de vloeistoffase een ongeveer 1 pm dikke blokkeringslaag van n-type indiumphosphide, met een doteringsconcentratie van 101® atomen per cm^.

Daarna wordt in het oppervlak een gat geëtst met een diameter van bijvoorbeeld 2 pm, dat zich door de gehele dikte van de laag 9 heen tot 35 in de laag 2 uitstrekt, waardoor de struktuur volgens Figuur 4 wordt verkregen .

Daarna wordt, evenals in het vorige voorbeeld, door 8602653 5 PHN 11.906 9 epitaxiaal aangroeien vanuit de vloeistoffase zeer snel de geëtste uitholling opgevuld, waarna op een zo verkregen praktisch vlak oppervlak het overige, ca. 0,2 pm dikke deel aangebracht wordt van de actieve laag 4, hier bestaande uit p-type InQ 72Gao 28&s0 60p0 40* 5 Daarna worden, eveneens vanuit de vloeistoffase, achtereenvolgens een tweede passieve laag 3 van n-type indiumphosphide net een dikte van 2 pm

40 O

en een doteringsconcentratie van 10 atomen per cm , en een ongeveer 0,5 μη dikke contactlaag 12 van n-type Ino,72GaO,28AsO 60p0,40 10 net een doteringsconcentratie van 5x101® atonen per cm^ aangegroeid.

Daarna wordt, evenals in het vorige voorbeeld, in de contactlaag 12 een opening net een diameter van ca. 20 pm geëtst tegenover het actieve gebied 4Ά, met behulp van een selectief etsmiddel dat de laag 3 niet aantast zodat een optisch vlak oppervlak 7 wordt 15 verkregen. In deze opening wordt een diêlektrische laag 15 van bijvoorbeeld siliciumoxyde aangebracht met een optische dikte van een geheel aantal halve golflengten van de uitgezonden straling. Na het etsen van het substraatgebied 1 tot op een dikte van ongeveer 50 pm wordt nu tegenover het actieve gebied 4A in het substraat een opening 14 20 geëtst met een selectief etsmiddel, bijvoorbeeld zoutzuur, dat de tussenlaag 20 niet of nauwelijks aantast. Daarna wordt met een ander selectief etsmiddel, bijvoorbeeld een oplossing van 5 gram kalium-permanganaat in 1 cnr geconcentreerd zwavelzuur en 50 cm^ water, dat alleen de tussenlaag 20 maar niet het indiumphosphide van de laag 2 25 aantast, geëtst tot op het optisch vlakke grensvlak 8 tussen de lagen 2 en 20, dat als tweede reflector dient. Na het aanbrengen van de elektrodelagen 10 en 11 is de halfgeleiderlaser volgens Figuur 6 verkregen, die volgens de richting van de pijl 6 coherente electromag-netische straling met een golflengte van ongeveer 1,3 pm kan uitzenden 30 in bijvoorbeeld een in de holte 14 gemonteerde fiber.

De reflectors behoeven niet te bestaan uit reflecterende eindvlakken van de laser. Ook andere oplossingen zijn mogelijk, zoals bijvoorbeeld geïllustreerd van de hand van Figuur 7 waar in plaats van het reflecterende eindvlak 8 van de voorafgaande voorbeelden een 35 zogenaamde DBR (distributed Bragg reflection) reflector is toegepast.

Deze bestaat uit een aantal dunne lagen 30 afwisselend van Ga-j^l^s en Ga^yAlyAs, waarbij o^w^1, o$y^1 en w>y is.

8602653 V . ..

PHN 11.906 10

Hierdoor ontstaat in de richting van de uitgezonden straling 6 een periodieke variatie van de effectieve brekingsindex, zoals ook beschreven in het eerder genoemde Amerikaanse octrooischrift 4309670. De lagen 30 zijn aangegroeid op een p-type substraat 1 van GaAs? de overige 5 opbouw van de halfgeleiderlaser kan verder gelijk zijn aan die volgens het voorbeeld van Figuur 1. De lagenstruktuur 30 kan worden verkregen bijvoorbeeld door epitaxiale aangroeiing volgens de MBE (molecular beam epitaxy) of 0MVPE (organo-metallic vaporphose epitaxy) technieken. De lagen bestaan bijvoorbeeld afwisselend uit GaAs en AlAs en hebben alle 10 een dikte van ongeveer 80 nm. Het totale aantal lagen van de struktuur 30 bedraagt bijvoorbeeld 20.

De uitvinding is niet beperkt tot de gegeven uitvoerings-voorbeelden aangezien voor de vakman binnen het kader van de uitvinding vele variaties mogelijk zijn. Zo kunnen andere halfgeleidermaterialen 15 dan de in de voorbeelden genoemde worden toegepast. Ook kunnen de gelei-dingstypen alle (tegelijk) door hun tegengestelde worden vervangen. Andere laagdikten kunnen al naar gelang van de gewenste toepassing worden gebruikt. Bovendien behoeft de laserstruktuur geenszins rotatie-symmetrisch te zijn. Zo kunnen ook bijvoorbeeld rechthoekige strukturen 20 worden toegepast. Verder kunnen, in plaats van één, ook beide reflectors als "distributed Bragg reflectors" (van het type zoals aangeduid met (30) in Figuur 7) worden uitgevoerd.

8602653

Claims (12)

1. Halfgeleiderlaser met een halfgeleiderlichaam bevattende een substraatgebied van een eerste geleidingstype en een daarop gelegen lagenstruktuur net ten minste een eerste passieve laag van het eerste geleidingstype, een tweede passieve laag van het tweede, tegengestelde 5 geleidingstype en een tussen de eerste en de tweede passieve laag gelegen actieve laag met een pn-overgang die bij voldoend hoge stroom-*sterkte in de doorlaatrichting coherente electromagnetische straling in een richting loodrecht op die van de actieve laag kan opwekken in een, binnen een zich tussen twee reflectors bevindende resonatorholte 10 gelegen, actief gebied van de actieve laag, en een stroombegrenzende blokkeringslaag van het tweede geleidingstype die ter plaatse van het actieve gebied een onderbreking vertoont, waarbij de eerste en tweede passieve laag en de blokkeringslaag alle een grotere bandafstand en een kleinere brekingsindex voor de opgewekte straling hebben dan de 15 actieve laag, waarbij de eerste en tweede passieve laag elektrisch verbonden zijn met aansluitgeleiders en het actieve gebied zijwaarts begrensd worden door de blokkeringslaag, met het kenmerk, dat het actieve gebied een grotere dikte heeft dan het overige deel van de actieve laag en zich ter plaatse van de onderbreking door de 20 blokkeringslaag heen ten minste tot aan de eerste passieve laag uitstrekt, dat de actieve laag van het eerste geleidingstype is, en dat de blokkeringslaag tussen de actieve laag en het substraatgebied is gelegen.

2. Halfgeleiderlaser volgens conclusie 1, met het kenmerk 25 dat tussen de actieve laag en de blokkeringslaag een halfgeleiderlaag van het eerste geleidingstype met een grotere bandafstand en een kleinere brekingsindex voor de uitgezonden straling dan de actieve laag is aangebracht.

3. Halfgeleiderlaser volgens conclusie 1 of 2, met het 30 kenmerk dat de reflectors gevormd worden door optisch vlakke eindvlakken van de lagenstruktuur, en dat het substraatgebied voorzien is van een uitholling met vlakke bodem waardoor de straling uittreedt, welke uitholling zich door de gehele dikte van het substraatgebied heen tot aan de eerste passieve laag uitstrekt.

4. Halfgeleiderlaser volgens conclusie 3, met het kenmerk dat het substraatgebied en de eerste passieve laag uit hetzelfde half-geleidermateriaal bestaan, en dat tussen het substraatgebied en de 8602653 4 f V PHN 11.906 12 eerste passieve laag een dunne tussenlaag is aangebxacht van een materiaal, dat ten opzichte van dat van het substraatgebied en de eerste epitaxiale laag selectief etsbaar is.

5. Halfgeleiderlaser volgens conclusie 4, met het kenmerk 5 dat het substraatgebied uit p-type indiumphosphide, de eerste passieve laag uit p-type indiumphosphide, de actieve laag uit p-type indium-galliumarseenphosphide, de tweede passieve laag uit n-type indiumphosphide, de tussenlaag uit p-type indiumgalliumarseenphosphide en de blokkeringslaag uit n-type indiumphosphide bestaat.

6. Halfgeleiderlaser volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat het substraatgebied uit p-type galliumarsenide, de eerste passieve laag uit p-type gallium-aluminiumarsenide, de actieve laag uit p-type gallium-aluminiumarsenide, de tweede passieve laag uit n-type gallium-aluminiumarsenide en de blokkeringslaag uit n-type gallium-15 aluminiumarsenide bestaat.

7. Halfgeleiderlaser volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat althans een der reflectors gevormd wordt door een periodieke variatie van de effectieve brekingsindex in de richting van de uitgezonden straling.

8. Werkwijze voor het vervaardigen van een halfgeleiderlaser volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat op een éénkristallijn substraatgebied van een eerste geleidingstype na elkaar een eerste passieve halfgeleiderlaag van het eerste geleidingstype en een blokkeringslaag van het tweede, tegengestelde geleidings-25 type epitaxiaal worden aangegroeid, dat daarna door etsen een holte wordt gevormd die zich door de blokkeringslaag heen uitstrekt tot aan de eerste passieve laag, dat vervolgens door epitaxiaal aangroeien vanuit de vloeistoffase een actieve laag van het eerste geleidingstype wordt gevormd waarvan een actief gebied de holte opvult, en tenslotte door 30 epitaxiaal aangroeien op de actieve laag een tweede passieve laag van het tweede geleidingstype, en daarop een contactlaag van het tweede geleidingstype wordt gevormd, waarna in de contactlaag tegenover het actieve gebied een opening geëtst wordt die zich uitstrekt tot aan de tweede passieve laag, en in deze opening een diêlektrische laag wordt 35 aangebracht met een dikte die gelijk is aan een optische weglengte van een geheel aantal malen een kwart golflengte van de uitgezonden straling, en tenslotte het substraatgebied en de contactlaag van 8602653 « 3 f PHN 11.906 13 aansluitgeleiders worden voorzien.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk dat de eerste passieve laag uit gallium-aluminiumarsenide bestaat en dat, alvorens de holte op te vullen, door middel van metaal-organische 5 epitaxie vanuit de dampfase een dunne laag galliumarsenide wordt neergeslagen.

10. Werkwijze volgens conclusie 8, net het kenmerk dat alvorens de holte te etsen op de blokkeringslaag een laag van het eerste geleidingstype met een kleinere brekingsindex dan de actieve laag wordt 10 aangegroeid.

11. Werkwijze volgens een der conclusies 8 t/m 10, met het kenmerk dat na het voltooien van het epitaxiale aangroeiproces in het substraatgebied tegenover het actieve gebied een uitholling wordt geëtst met behulp van een selectief etsproces dat de eerste passieve 15 laag praktisch niet aantast, tot een optisch vlakke bodem is verkregen die gevormd wordt door het oppervlak van de eerste passieve laag.

12. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk dat het substraatgebied en de eerste passieve laag uit hetzelfde materiaal bestaan en, alvorens de eerste passieve laag aan te groeien, een ten 20 opzichte van het genoemde materiaal selectief etsbare tussenlaag wordt gevormd, waarbij bij het etsen van de genoemde uitholling eerst het materiaal van het substraatgebied, en vervolgens in een afzonderlijke selectieve etsstap de tussenlaag wordt verwijderd. 8602653