NL8800509A

NL8800509A - Tweedimensionaal laser array.

Info

Publication number: NL8800509A
Application number: NL8800509A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1988-02-29
Publication date: 1989-09-18
Also published as: EP0331235A1; US4954971A; JPH01255285A; EP0331235B1; KR890013841A; DE68920457T2; DE68920457D1

Description

V

A

4 PHN 12445 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Tweedimensionaal laser array

De uitvinding heeft betrekking op een halfgeleiderdiodelaser array bevattende een halfgeleiderlagenstructuur met een aantal onderling nagenoeg evenwijdige strookvormige actieve gebieden, die elk gelegen zijn tussen twee opsluitlagen met een grotere 5 bandafstand en een kleinere brekingsindex voor de opgewekte straling dan het actieve gebied, welke actieve gebieden zich bevinden binnen een resonator holte en tenminste twee groepen vormen die gelegen zijn in twee nagenoeg equidistante vlakken, waarbij althans één der groepen tenminste twee actieve gebieden bevat.

10 Zulke halfgeleiderdiodelaser arrays zijn geschikte stralingsbronnen voor onder meer informatieverwerkende systemen zoals laser printers waarmee informatie geschreven wordt en zoals "optical disk" systemen waarin informatie uitgelezen wordt - b.v. z.g. Compact Disk (CD) en Video Long Play (VLP) spelers - of geschreven en uitgelezen 15 wordt - b.v. Digital Optical Recording (DOR) -.

Een halfgeleiderdiodelaser array van de beschreven soort is bekend uit de Britse octrooiaanvrage gepubliceerd onder No. GB 2164206 A. Daarin wordt een halfgeleiderdiodelaser array beschreven waarbij een actieve laag tussen twee opsluitlagen aangebracht is op een 20 substraat dat voorzien is van mesavormige stroken waartussen zich kanalen bevinden. De strookvormige actieve gebieden van de halfgeleiderdiodelasers bevinden zich afwisselend op de bovenkant van de mesavormige strook en op de bodem van het tussen twee van deze stroken liggend kanaal. Zowel de actieve laag als de beide opsluitlagen van elke 25 halfgeleiderlaser lopen ononderbroken over de flanken van de mesavormige stroken en verbinden op deze wijze het actief gebied van elke laser met het actief gebied van de naburige lasers, zij het dat deze lagen op de flanken wat dunner zijn dan elders. Door middel van het wat dunnere stuk van de actieve laag op de flanken wordt de in een actief gebied van een 30 halfgeleiderdiodelaser opgewekte straling in fase gekoppeld met de in de actieve gebieden van de naburige halfgeleiderdiodelasers opgewekte straling.

78800509 * PHN 12445 2

Een nadeel van de bekende inrichting is dat zowel tengevolge van het vanuit het actieve gebied van een halfgeleiderdiodelaser lekken van straling naar de actieve laag tussen, twee halfgeleiderdiodelasers, als tengevolge van parasitaire emissie in 5 laatstgenoemd deel van de actieve laag, de startstroom van de inrichting vrij hoog is.

Een verder bezwaar van dit bekende laser array is gelegen in het feit dat de positionering van de halfgeleiderdiodelasers die zich bovenop de mesa's bevinden ten opzichte van de halfgeleiderdiodelasers 10 die zich op de bodem van de kanalen bevinden binnen zekere door de geometrie bepaalde grenzen vastligt; men kan op deze wijze bij voorbeeld niet vier halfgeleiderdiodelasers twee aan twee precies boven elkaar plaatsen zodat een 2+2 symmetrische matrix verkregen wordt. Voor het gegeven 2+2 array kan dit betekenen dat een niet optimaal symmetrisch 15 ver veld verkregen wordt.

De onderhavige uitvinding beoogt onder meer een tweedimensionaal, bij voorkeur in fase gekoppeld halfgeleiderdiodelaser array te realiseren met een hoog vermogen, een lage startstroom, een hoge pakkingsdichtheid en een symmetrisch ver veld met lage apertuur.

20 De uitvinding berust onder meer op het inzicht dat het beoogde doel kan worden gerealiseerd door een array van halfgeleiderdiodelasers waarvan de actieve gebieden op een bepaalde manier ten opzichte van elkaar gerangschikt zijn.

Een halfgeleiderdiodelaser array van de in de aanhef 25 beschreven soort heeft daartoe volgens de uitvinding het kenmerk dat de actieve gebieden van de ene groep door tenminste één der opsluitlagen geheel zijn gescheiden van de actieve gebieden van de andere groep. Hierdoor kan de startstroom van het halfgeleiderdiodelaser array lager zijn dan die van de bekende inrichting zoals hierboven reeds 30 is gezegd. Tevens betekent dit kenmerk dat de actieve gebieden van de verschillende groepen van verschillende actieve lagen deel uit kunnen maken. Dit brengt mee dat in een dergelijke uitvoeringsvorm de positie van de actieve gebieden in de ene groep niet meer afhangt van de positie van de actieve gebieden van de andere groep en dat uitbreiding van het 35 aantal groepen niet noodzakelijkerwijs ten koste van de onderlinge afstand van de actieve gebieden binnen een groep gaat. Hierdoor kunnen de pakkingsdichtheid en de symmetrie maximaal blijven. Zo zal b.v. een . 8800509 τ w ΡΗΝ 12445 3 2+2 array een maximale symmetrie bezitten wanneer de actieve gebieden van de ene groep precies liggen boven de actieve gebieden van de andere groep, terwijl dit voor b.v. een 2+1 array daarentegen bereikt wordt wanneer het actieve gebied van de ene halfgeleiderdiodelaser precies 5 boven het gebied tussen de actieve gebieden van de andere twee halfgeleiderdiodelasers ligt.

Deze twee voorbeelden kunnen makkelijk door anderen met grotere aantallen groepen en grotere aantallen halfgeleiderdiodelasers per groep vervangen worden, de redenering blijft dan gelijk.

10 Zoals uit de hierna te geven uitvoeringsvoorbeelden zal blijken kunnen er tenminste twee voorkeursuitvoeringen, die verschillen qua geschiktheid voor toepassing bij grotere aantallen groepen, onderscheiden worden.

In een eerste voorkeursuitvoering wordt gebruik gemaakt 15 van een opsluitlaag waarin mesavormige stroken afgewisseld met strookvormig kanalen zijn aangebracht. Op de bovenkant van de mesavormige stroken bevinden zich de actieve gebieden van de ene groep en op de bodem van de kanalen bevinden zich de actieve gebieden van de andere groep. Deze uitvoeringsvorm is niet beperkt tot arrays bestaande 20 uit twee groepen. Wanneer de kanalen breder zijn dan de mesavormige stroken kunnen in de bodem daarvan weer andere (smallere) kanalen worden aangebracht. Ook andere vormen zoals brede mesavormige stroken waarin ondiepe kanalen zijn aangebracht, afgewisseld met diepere kanalen worden onder deze uitvoeringsvorm begrepen. Voor een nadere uitleg wordt 25 verwezen naar de figuren en de bijbehorende toelichting.

Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is onder meer dat de vervaardiging voor wat het epitaxiale deel betreft niet meer dan een tweestaps epitaxie proces vergt.

Een tweede uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt door een 30 halfgeleidersubstraat dat voorzien is van een stapeling van halfgeleiderlagen, afwisselend bestaande uit een opsluitlaag en een actieve laag waarbij de actieve gebieden van één groep telkens deel uitmaken van één actieve laag.

Van de uitvinding zal thans aan de hand van twee 35 uitvoeringsvoorbeelden en daarbij behorende tekeningen, een nadere toelichting volgen, waarin fig. 1 schematisch en in dwarsdoorsnede een .8800503 * * PHN 12445 4 tweedimensionaal array halfgeleiderdiode-lasers volgens de uitvinding en in een eerste voorkeursuitvoering toont, en fig. 2 schematisch en in dwarsdoorsnede de opbouw van het tweedimensionaal array van fig. 1 na het eerste aangroeiproces toont, en 5 fig. 3 schematisch en in dwarsdoorsnede de structuur van het tweedimensionaal array van fig. 1 vóór het tweede aangroeiproces toont, en fig. 4 schematisch en in dwarsdoorsnede de structuur van het tweedimensionaal array van fig. 1 vóór het tweede 10 aangroeiproces en voor een voorbeeld met drie groepen actieve gebieden toont, en fig. 5 schematisch en in dwarsdoorsnede de structuur van het tweedimensionaal array van fig. 1 vóór het tweede aangroeiproces en voor een ander voorbeeld met drie groepen actieve gebieden toont, en 15 fig. 6 schematisch en in dwarsdoorsnede een tweedimensionaal array halfgeleiderdiode-lasers volgens de uitvinding en in een tweede voorkeursuitvoering toont, en fig. 7 schematisch en in dwarsdoorsnede de opbouw van het tweedimensionaal array van fig. 6 na het eerste aangroeiproces en na 20 vorming van de strookvormige stroomblokkeerstroken toont, en fig. 8 schematisch en in dwarsdoorsnede de structuur van het tweedimensionaal array van fig. 6 na het tweede aangroeiproces toont, en fig. 9 schematisch en in dwarsdoorsnede de structuur van 25 het tweedimensionaal array van fig. 6 na het derde aangroeiproces toont. De figuren zijn schematisch en niet op schaal getekend, 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 30 aangeduid. Halfgeleidergebieden van het zelfde geleidingstype zijn als regel in dezelfde richting gearceerd.

Figuur 1 toont schematisch in dwarsdoorsnede een 4+3 array van halfgeleiderdiode-lasers volgens de uitvinding in een eerste voorkeursuitvoering. Het halfgeleiderdiode-laser array omvat een 35 halfgeleiderlichaam met een van een aansluitgeleider 12 voorzien substraatgebied 1 van een eerste, hier het p-, geleidingstype en in dit voorbeeld bestaande uit éénkristallijn galliumarsenide. Daarop is .S S 0 05 0 9 * * PHN 12445 5 aangebracht een halfgeleiderlagenstructuur welke onder meer een eerste opsluitlaag 2 bevat, van hetzelfde, hier dus het p-, geleidingstype, waarin een aantal, hier drie, mesavormige stroken AA zijn aangebracht.

Tussen deze stroken bevinden zich in opsluitlaag 2 kanalen BB, hier 5 vier, waarvan de zijkanten gevormd worden door de flanken van de genoemde mesavormige stroken. De halfgeleiderlagen-structuur bevat verder een aantal, hier zeven, onderling nagenoeg evenwijdige strookvormige actieve gebieden 3, in dit voorbeeld van het p-geleidingstype en slechts licht gedoteerd. Deze actieve gebieden 3 zijn 10 elk gelegen tussen de eerste opsluitlaag 2 en een tweede opsluitlaag 4, van een aan de eerste opsluitlaag tegengesteld, hier het n-, geleidingstype. De lengte as van de strookvormige actieve gebieden staat loodrecht op het vlak van tekening, evenwijdig waaraan zich twee reflecterende kristalvlakken, meestal voorkeurssplijt-vlakken, 15 bevinden. Deze zogenaamde spiegelvlakken vormen in longitudinale richting een Fabry-Pérot resonatorholte waarbinnen zich de strookvormige actieve gebieden bevinden. Verder is nabij de overgang van elk actief gebied 3 en de opsluitlaag 4 een pn overgang 5 aanwezig. Deze pn overgang 5 kan bij voldoende hoge stroomsterkte in de 20 doorlaatrichting leiden tot emissie van electromagnetische straling in het actief gebied 3. De strookvormige actieve gebieden vormen twee groepen welke zich bevinden in twee nagenoeg loodrecht op het vlak van tekening staande en nagenoeg equidistante vlakken V en W. Vlak V valt nagenoeg samen met het bovenvlak van de mesavormige stroken en omvat een 25 groep van, in dit voorbeeld drie actieve gebieden, vlak W dat nagenoeg samenvalt met de bodem van de kanalen bevat een andere groep van in dit voorbeeld vier actieve gebieden. Naast de beide groepen actieve gebieden 3 en tussen de opsluitlagen 2 en 4 bevindt zich een stapeling van de volgende halfgeleiderlagen: een eerste passieve laag 6 met een aan 30 opsluitlaag 2 tegengesteld, hier dus n-, geleidingstype, een tweede passieve laag 7 met een aan de derde opsluitlaag tegengesteld, hier dus p-, geleidingstype en een derde passieve laag 8 met hetzelfde geleidingstype als de actieve gebieden 3, in casu het p-geleidingstype.

De tweede opsluitlaag 4 is bedekt met een contactlaag 9, hier van het n-35 geleidingstype, welke voorzien is van een aansluitgeleider 10 en in dit voorbeeld bestaat uit galliumarsenide. Alle overige halfgeleiderlagen bestaan in dit voorbeeld uit aluminium-galliumarsenide. Het 8800509 "ψ % ΡΗΝ 12445 6 aluminiumgehalte van de actieve gebieden 3 en van de passieve laag 8, in dit voorbeeld 10 atoomprocenten, komt overeen met een golflengte van 780 nm voor eventueel opgewekte straling. Het aluminiumgehalte van de opsluitlagen 2 en 4 en van de passieve lagen 6 en 7, in dit voorbeeld 50 5 atoomprocenten, is zodanig dat de bandbreedte groter en dienovereenkomstig de brekingsindex ten opzichte van de opgewekte straling kleiner dan de overeenkomstige grootheden van de actieve gebieden 3, is.

Volgens de uitvinding zijn de actieve gebieden van de ene 10 groep, liggend in vlak V, geheel gescheiden van de actieve gebieden van de ander groep, liggend in vlak W, door tenminste één der opsluitlagen, in dit voorbeeld door de opsluitlagen 2 en 4.

Tengevolge van de opbouw van de halfgeleiderlagenstructuur volgens de uitvinding, waarbij in dit 15 voorbeeld ook de actieve gebieden binnen een groep volledig van elkaar gescheiden zijn door een opsluitlaag, laag 4 voor de groep in vlak V en laag 2 voor de groep in vlak W, is de drempelstroom van de inrichting relatief laag. Dit tengevolge van het ontbreken van parasitaire emissie buiten de actieve gebieden en het niet weglekken van straling uit de 20 actieve gebieden. Bij het halfgeleiderdiode-laser array volgens dit voorbeeld vormen de passieve lagen 7 en 8 een gelijkrichtende overgang die wanneer de pn overgang 5 in de doorlaatrichting staat, in de sperrichting staat en aldus de stroomspreiding buiten de actieve gebieden 3 beperkt.

25 In dit voorbeeld zijn de volgende samenstellingen, doteringen en .8800509 * PHN 12445 7 diktes voor de diverse halfgeleiderlagen toegepast.

Laag Halfgeleider Type Doterings- Dikte Brekingsindex concentr. (pm) ( λ = 780 nm ) 5 (at/cm9) 1 GaAs P 2x1019 2 G3q ^qAIq^qAs P 2x10^8 6 3,26 3 GaQ .jqAIq 0qAs P — 0,07 3,59 4 GAq [jqAIq ^qAs N 2x10^8 6 3,26 10 6 Ga050Al050As N 1x1017 0,5 3,26 7 GaQ^jqAIq^^qAs P 1x10^7 0,5 3,26 8 GaQ 10^^0 90^s ~ 0,07 3,59 9 GaAs N 3x1018 1 15 De door dit halfgeleiderdiode-laser array uitgezonden straling heeft een golflengte van ongeveer 780 nm. De breedte van de actieve gebieden is ongeveer 3 pm, de afstand van de vlakken V en W ongeveer 2,5 pm en de hartafstand tussen twee actieve gebieden binnen een groep is ongeveer 6 pm. De electrodelaag 10 op de uit hooggedoteerd 20 galliumarsenide bestaande contactlaag 9 bestaat bijvoorbeeld uit een goud-germanium-nikkellaag, waarvan de toepassing algemeen gebruikelijk is in galliumarsenide devices. De electrodelaag 12 op het substraat 1 is bijvoorbeeld een platina-molybdeen-goudlaag of een platina-tantaal-goudlaag.

25 Het beschreven halfgeleiderdiode-laser array kan onder meer op de volgende wijze vervaardigd worden (zie ook fig. 2). Uitgegaan wordt van een substraat 1 van éénkristallijn p-type galliumarsenide 4Ω *3 met een dotenngsconcentratie van 2x10 atomen per cm en een dikte van bijvoorbeeld 350 pm. Na polijsten en etsen van het oppervlak, dat 30 bij voorkeur een misorientatie van ten hoogste 6 graden ten opzichte van de (001) oriëntatie heeft wordt hierop bijvoorbeeld vanuit de gasfase met behulp van 0MVPE (= Organo Metalic Vapour Phase Epitaxy) achtereenvolgens een 6 pm dikke laag 2 van p-type A1q 5QGao soAs met 1 o ( -4 een dotenngsconcentratie van ongeveer 2x10 atomen per cm , een 35 0,5 pm dikke laag 6 van n-type A1q 5QGao 5qAs met een ' ij o doteringsconcentratie van ongeveer 1x10 atomen per cm , en een 0,5 pm dikke laag 7 van p-type AIq^ 5oGaQf jqAs met een . 8800509 PHN 12445 8 17 3 doteringsconcentratie van ongeveer 1x10 atomen per cm aangegroeid. Een schematische dwarsdoorsnede van de op deze manier gemaakte structuur is weergegeven in fig. 2. Het aangroeien van deze meerlaagstructuur kan ook geschieden vanuit de vloeistoffase met behulp 5 van LPE (= Liquid Phase Epitaxy), in welk geval de oriëntatie van het substraat 1 bij voorkeur nagenoeg de (001) oriëntatie is. 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, met name naar de paginas 433-467. Voor details betreffende de 10 OMVPE-techniek wordt verwezen naar het overzichtsartikel van M.J. Ludowise, "Metalorganic chemical vapour deposition of III-V semiconductors" in Journal of Applied Physics, 58 (1985) 31.

Daarna worden in het oppervlak van laag 7 door middel van algemeen gebruikelijke fotolithografische technieken en met behulp van 15 een etsvloeistof bestaande uit ^0, H2O2 (35 %) en NH^OH in een verhouding van 100:2:1 als etsmiddel de halfgeleiderlagen 6 en 7 binnen het strookvormige gebied CC weggeëtst (zie ook fig. 3).

Hierna worden door middel van dezelfde techniek en met behulp van het bovengenoemde etsmiddel in de bovenkant van 20 halfgeleiderlaag 2, kanalen BB aangebracht. Deze kanalen zijn aan de bovenzijdeongeveer 6 pm breed. De bovenkant van de mesa heeft een breedte van ongeveer 3 pm, terwijl de afstand van de bovenkant van de mesa tot de bodem van een kanaal ongeveer 2,5 pm is. Het etsen van de kanalen gebeurt volgens de uitvinding op een wijze waardoor de flanken 25 van de resulterende mesavormige stroken AA samenvallen met kristalvlakken van het galliumarsenide rooster en wel met de (111)As vlakken. Een schematische dwarsdoorsnede van de halfgeleiderlaagstructuur die hiervan het resultaat is, is weergegeven in fig. 3.

30 Deze structuur wordt na reiniging weer in de 0MVPE

aangroeiapparatuur geplaatst. Eerst worden (zie fig. 1) de, ongeveer 0,07 pm dikke, actieve gebieden 3 en de stukken passieve laag 8, bestaande uit A1q .jQGaQ qqAs waaraan geen opzettelijke doteringen is toegevoegd aangegroeid. Doordat er geen aantoonbare groei plaatsvindt op 35 de (111)As vlakken blijven de flanken van de mesavormige stroken AA onbegroeid en worden de actieve gebieden 3 op de bovenkant van de mesavormige stroken en op de bodem van de kanalen gevormd. Daarna wordt een, ongeveer 6 pm dikke, n-type A1q ^Gag ^qAs laag 4 aangegroeid .8800509 PHN 12445 9 1Λ 3 met een dotermg van 2x10'° atomen per cm , welke laag de tweede opsluitlaag vormt. Aangezien het aangroeien van deze laag, welke aanzienlijk dikker is dan de actieve gebieden, harder gaat in de (311) 5 kristalrichting dan in de (001) kristalrichting worden de kanalen opgevuld met laag 4 ondanks het feit dat gedurende het groeien van deze laag geen rechtstreekse aangroei plaatsvindt op de flanken van de mesavormige stroken. Vervolgens wordt een ongeveer 1 pm dikke contactlaag bestaande uit galliumarsenide en met een dotering van 10 3x10^® atomen per cm^ aangebracht. Tenslotte wordt nadat de lagenstructuur uit de aangroeiapparatuur genomen en afgekoeld is, op de contactlaag 9 door middel van bijvoorbeeld sputteren de electrodelaag 10 bijvoorbeeld bestaande uit een goud-germanium-nikkellaag en op het substraat 1 electrodelaag 12 bijvoorbeeld bestaande uit een platina-15 molybdeen-goudlaag of een platina-tantaal-goudlaag, aangebracht. Hiermee is de structuur van fig. 1 verkregen.

Opgemerkt moet hier worden dat de halfgeleiderlagen ook andere samenstelling mogen hebben dan de hier genoemde. Dit hangt onder meer af van de gewenste golflengte van de op te wekken straling.

20 Daarnaast kan met name het aluminium gehalte van de opsluitlagen gevarieerd worden om de opsluiting en daarmee ook de mate waarin fasekoppeling kan optreden te beïnvloeden.

Ook andere uitvoeringsvormen zijn binnen dit uitvoeringsvoorbeeld mogelijk. In de figuren 4 en 5 zijn voorbeelden te 25 zien van de manier waarop mesavormige stroken en kanalen aangebracht kunnen worden wanneer bijvoorbeeld een array met drie groepen actieve gebieden welke liggen in drie vlakken, V, W en Z, gewenst wordt. In een eerste vorm - weergegeven in fig. 4 - zijn bijvoorbeeld de kanalen BB breder dan de mesavormige stroken AA en zijn in de bodem van de kanalen 30 kanalen EE, smaller dan de kanalen BB aangebracht. In een tweede vorm -weergegeven in fig. 5 - worden brede mesavormige stroken AA waarin ondiepe kanalen EE zijn aangebracht, afgewisseld met diepere kanalen BB.

Een tweede uitvoeringsvorm van een halfgeleiderdiode-laser array volgens de uitvinding zal thans worden beschreven aan de 35 hand van de figuren 6 t/m 9.

Figuur 6 toont schematisch in dwarsdoorsnede een 2+2 array van halfgeleiderdiode-lasers volgens de uitvinding in een tweede 880050$ ï Η· PHN 12445 10 voorkeursuitvoering. Het halfgeleiderdiode-laser array omvat een halfgeleiderlichaam met een van een aansluitgeleider 12 voorzien substraatgebied 1 van een eerste, hier het p-, geleidingstype en in dit voorbeeld bestaande uit éénkristallijn galliumarsenide. Daarop is 5 aangebracht een halfgeleiderlagenstructuur welke onder meer een aantal, hier drie, strookvormige stroomblokkeringsgebieden 13 bevat, van het tegengestelde, hier dus het n-, geleidingstype bevat. De halfgeleiderlagenstructuur bevat verder een eerste opsluitlaag 2, van hetzelfde geleidingstype als het substraat 1, waarop een eerste actieve 10 laag 8, in dit voorbeeld van het p-geleidingstype en niet intentioneel gedoteerd, is aangebracht. Op actieve laag 8 bevindt zich een tweede opsluitlaag 4, van het tegengestelde, hier dus het n-, geleidingstype, waarop een tweede actieve laag 14, evenals de eerste actieve laag 8 niet intentioneel gedoteerd en van het p-geleidingstype, is aangebracht.

15 Verder bevat de halfgeleiderlagenstructuur een derde opsluitlaag 15 hier van het p-geleidingstype, waarop zich strookvormige contactgebieden 16 die samen met strookvormige delen van opsluitlaag 15 de mesavormige stroken AA vormen, bevinden. De contactgebieden 16 zijn van het p-geleidingstype en voorzien van een aansluitgeleider 10, bestaande uit 20 een titanium-goudlaag. Op de flanken van- en tussen de mesavormige stroken AA bevindt zich een isolerende laag 21 bestaande uit siliciumdioxyde. De halfgeleiderlagenstructuur bevat verder een aantal, hier vier, onderling nagenoeg evenwijdige strookvormige actieve gebieden 3, welke twee groepen van elk twee actieve gebieden vormen, welke 25 groepen zich bevinden in twee nagenoeg equidistante en loodrecht op het vlak van tekening staande vlakken V en W, waarbij vlak V in actieve laag 8 ligt en vlak W in actieve laag 14. De lengteas van de de strookvormige gebieden 3 staat loodrecht op het vlak van tekening, evenwijdig waaraan zich weer twee reflecterende kristalvlakken bevinden. De strookvormige 30 actieve gebieden liggen binnen de Fabry-Pérot resonatorholte, welke in de longitudinale richting door deze spiegelvlakken gevormd wordt. Verder is nabij de overgang van elk actief gebied 3 en opsluitlaag 4 een pn overgang 5 aanwezig, welke bij voldoend hoge stroomsterkte in de doorlaatrichting leidt tot emissie van electromagnetische straling in 35 het actief gebied 3. Zowel links als rechts van het halfgeleiderdiode-laser array bevat het halfgeleiderlichaam een uitsparing DD die tot in de tweede opsluitlaag 4 reikt en die voorzien is van een .8800509

» I

9 PHN 12445 11 aansluitgeleider 17, indit voorbeeld bestaande uit een goud-germanium-nikkellaag. De aansluitgeleiders 10 en 12 bestaan in dit voorbeeld uit een titanium-goudlaag. Het electrisch aansluitschema van de aansluitgeleider omvat lijn 18 voor aansluitgeleider 17, lijn 19 voor 5 aansluitgeleider 10 en lijn 20 voor aansluitgeleider 12.

In dit voorbeeld bestaan de strookvormige stroomblokkeergebieden 13 en de contactgebieden 16 uit galliumarsenide, terwijl alle overige halfgeleiderlagen uit alluminiumgalliumarsenide bestaan. Het aluminiumgehalte van de actieve gebieden 3 bedraagt hier 10 10 atoomprocenten, overeenkomend met een golflengte van 780 nm voor de op te wekken straling. Het aluminiumgehalte van de opsluitlagen 2, 4 en 15 is hier 50 atoomprocenten, hetgeen zodanig is dat de bandbreedte groter en dienovereenkomstig de brekingsindex ten opzichte van de opgewekte straling kleiner is dan de overeenkomstige grootheden van de actieve 15 gebieden 3.

Volgens de uitvinding zijn de actieve gebieden 3 van de ene groep, liggend in vlak V, geheel gescheiden van de actieve gebieden 3 van de ander groep, liggend in vlak W, door tenminste één der opsluitlagen, in dit voorbeeld door de opsluitlaag 4.

20 Tengevolge van de opbouw van de halfgeleiderlagenstructuur volgens de uitvinding kunnen de actieve gebieden 3 zo gepositioneerd worden dat in twee onderling nagenoeg loodrechte richtingen, fasekoppeling tussen de in de actieve gebieden opgewekte straling kan optreden: in de richting evenwijdig aan de 25 vlakken V en W, binnen één groep, tengevolge van het feit dat de actieve gebieden in één actieve laag liggen en dat ze ten hoogste enkel pm's van elkaar verwijderd zijn, en in de andere richting loodrecht op de vlakken V en W, tussen twee verschillende groepen, tengevolge van de onderlinge positionering en de kleine afstand (ten 30 hoogste enkele pm's) van die groepen.

Bij het halfgeleiderdiode-laser array volgens dit voorbeeld vormen de de strookvormige stroomblokkeergebieden 13 en het substraat 1 een gelijkrichtende overgang die wanneer de pn overgang 5 in de doorlaatrichting staat, in de sperrichting staat en aldus de 35 stroomspreiding buiten de in actieve laag 8 gelegen actieve gebieden 3 beperkt. De gekozen geometrie brengt mee dat onder de strookvormige gebieden 16 en ter plaatse van de actieve laag 14 een golfgeleider wordt .8800509 ï

V

PHN 12445 12 gevormd, terwijl deze golfgeleider voor wat betreft de actieve gebieden 3 gelegen in de actieve laag 8 door de strookvormige gebieden 13 tot stand komt.

In dit voorbeeld zijn de volgende samenstellingen, 5 doteringen en diktes voor de diverse halfgeleiderlagen toegepast.

Laag Halfgeleider Type Doterings- Dikte Brekingsindex concentr. (pm) ( X = 780 nm ) (at/cm8) 10 1 GaAs P 2x1019 2 Ga0 50A10 5oAs P 2x1018 1,3 3,26 4 Ga0 50A10 50As N 2x1018 1,50 3,26 8 G3,q 10^*^0 90^s ^ ~ 0,07 3,59 13 GaAs N 1x1018 1 15 14 Ga0(10Al0 9QAs P - 0,07 3,59 15 Ga0 50A10 5QAs P 1x1018 1,30 3,26 16 GaAs N 5x1018 1 20 De door dit halfgeleiderdiode-laser array uitgezonden straling heeft een golflengte van ongeveer 780 nm. De breedte van de actieve gebieden 3, de strookvormige gebieden 16 en de kanalen BB welke liggen tussen de strookvormige gebieden 13 hebben een breedte van ongeveer 3 pm. De hartafstand tussen de actieve gebieden 3 binnen 25 één groep is circa 6 pm, de afstand tussen de vlakken V en W en daarmee de afstand tussen de actieve gebieden van verschillende groepen is ongeveer 1,5 pm. De electrodelagen 10 en 12 bestaan bijvoorbeeld uit een titanium-goudlaag, terwijl de electrodelaag 17 bijvoorbeeld uit een goud-germanium-nikkellaag kan bestaan.

30 Het in dit voorbeeld beschreven beschreven halfgeleiderdiode-laser array kan bijvoorbeeld op de volgende wijze vervaardigd worden (zie ook fig. 7).

Uitgegaan wordt van een substraat 1 van éénkristallijn p-type galliumarsenide met een doteringsconcen-tratie 10 o 35 van 2x10atomen per cnr en een dikte van bijvoorbeeld 350 pm. Na polijsten en etsen van het oppervlak, dat bij voorkeur de (001) oriëntatie heeft, wordt hierop bijvoorbeeld vanuit de vloeistoffase met .8800509 PHN 12445 13 behulp van LPE (- Liquid Phase Epitaxy) een 1 pm dikke laag 13 van n- • 1 ft type GaAs met een dotenngsconcentratie van ongeveer 10 atomen per 3 cm aangebracht. Na afkoeling wordt de structuur uit de aangroeiapparatuur verwijderd en worden door middel van algemeen 5 gebruikelijke fotolithografische technieken en met behulp van een etsvloeistof bestaande uit een mengsel van ^0, H2O2 (35%) en NH^OH (100:2:1) als etsmiddel de, in dit voorbeeld twee, kanalen BB in laag 13 geëtst (zie fig. 7). Na reiniging wordt de structuur weer in de LPE aangroeiapparatuur geplaatst (zie fig. 8).

10 Eerst wordt nu een eerste opsluitlaag 2 bestaande uit p- , 40 3 type AlOt50GaOf5OAs met een dotenng van 2x10 atomen per cm aangegroeid, welke tussen de strookvormige gebieden 13 een dikte van 1,3 pm en boven laatstgenoemde gebieden een dikte van 0,3 pm heeft. Daar de OMVPE (=0rgano Metallic Vapour Phase Epitaxy) aangroeitechniek zich er 15 beter toe leent om achter elkaar meerdere dunne lagen met precies dezelfde dikte en samenstelling te groeien - zoals hier de actieve lagen 8 en 14 - en daar het voor een goede fasekoppeling gewenst is dat de optische en electrische eigenschappen van de actieve gebieden gelegen in die actieve lagen zoveel mogelijk aan elkaar gelijk zijn, wordt het

20 aangroeiproces nu bij voorkeur voortgezet door middel van de OMVPE

aangroeitechniek. Na afkoeling en verwijdering uit de LPE

aangroeiapparatuur wordt de structuur derhalve in een OMVPE

aangroeiapparatuur geplaatst (zie fig. 9). Daarin wordt vervolgens een eerste ongeveer 0,07 pm dikke actieve laag 8 bestaande uit 25 Al0f^qGsq^ggAs die niet intentioneel gedoteerd wordt aangebracht.

Hierover wordt een tweede, nu n-type, opsluitlaag 4 bestaande uit A*0,50Ga0,50As met een d°terinV van 2x10 atomen per cnr en een dikte van 1,5 pm gegroeid. Vervolgens wordt een tweede 0,07 pm dikke actieve laag 14, bestaande uit niet intentioneel gedoteerd 30 A1q( 1()03(), 90^' aangebracht, waaroverheen een 1 pm dikke derde opsluitlaag 15, bestaande uit p-type A1q sqGsq jqAs met een dotering van 1x10^® atomen per cm® en tenslotte een 1 pm dikke p-type GaAs 1 ft 3 laag met een dotering van 5x10 atomen per cnr worden aangegroeid.

Met betrekking tot de details van de genoemde aangroeitechnieken LPE en 35 OMVPE, wordt verwezen naar de bij het eerste uitvoeringsvoorbeeld gegeven referenties.

Na voltooing van het aangroeiproces wordt de .8800509 PHN 12445 14 halfgeleiderlagenstructuur (zie fig. 9) uit de aangroeiapparatuur genomen en wordt door middel van bijvoorbeeld sputteren een dunne laag siliciumdioxyde aangebracht. Vervolgens worden door middel van fotolithografische technieken en met behulp van algemeen gebruikelijke 5 etsmiddelen het siliciumdioxyde en vervolgens het halfgeleidermateriaal tot in de n-type AIq^5()Ga0,50^s ^aag Plaatselijk verwijderd zodat de uitsparingen DD ontstaan (zie fig. 6). Met bijvoorbeeld sputteren en gebruik makend van fotolithografie en etsen met gebruikelijke etsmiddelen bijvoorbeeld op basis van KJ en wordt de electrodelaag 10 14 bijvoorbeeld bestaande uit een goud-germanium-nikkellaag aangebracht. Nadat op dezelfde wijze de goud-germanium-nikkellaag en het nog resterende siliciumdioxyde buiten de gebieden DD verwijderd zijn, worden met behulp van fotolithografie en het eerder genoemde etsmiddel bestaande uit 1^0, I^O en NH^OH in contactlaag 16 en ten dele in 15 opsluitlaag 15 twee stroken AAaangebracht. Er wordt zolang geëtst dat de opsluitlaag 15 tussen de contactgebieden nog slechts ongeveer 0,3 pm dik is. Hierna wordt de structuur bedekt met siliciumdioxyde dat bijvoorbeeld door middel van sputteren wordt aangebracht, vervolgens wordt de oxydelaag op de menavormige stroken en ter plaatse van de goud-20 germanium-nikkellaag weer verwijderd, gebruik makend van fotolithografie en gebruikelijke etsmiddelen. Hierna wordt de structuur bedekt met bijvoorbeeld een titanium-goudlaag waarna met behulp van fotolithografie en algemeen gebruikelijke etsmiddelen in deze laag tussen de mesavormige stroken AA en de strookvormige uitsparingen DD een strookvormige 25 onderbreking aangebracht wordt, die voorkomt dat de aansluitgeleiders 10 en 17 electrisch met elkaar verbonden zijn. Eventueel kan in deze onderbrekingen met behulp van de eerder genoemde technieken siliciumdioxyde worden aangebracht. Nadat bijvoorbeeld door middel van een sputterproces op het substraat 1 een electrodelaag 12 bijvoorbeeld 30 bestaande uit een platina-molybdeen-goudlaag of een platina-tantaal- goudlaag of een titanium-goudlaag is aangebracht, wordt de structuur van fig. 6 verkregen.

De uitvinding is niet beperkt tot de gegeven uitvoeringsvoorbeelden, daar voor de vakman binnen het kader van de 35 uitvinding vele modificaties en variaties mogelijk zijn. Zo kunnen andere halfgeleidermaterialen of andere samenstellingen van de gekozen halfgeleidermaterialen dan de in de voorbeelden genoemde worden .880 0509 t PHN 12445 15 toegepast. Op deze manier kan bijvoorbeeld de golflengte van de op te wekken straling gekozen worden. Andere laagdikten kunnen al naar gelang van de gewenste toepassing worden gebruikt. Door het variëren van de dikte of de samenstelling van met name de opsluitlaag of de opsluitlagen 5 die gelegen zijn tussen de verschillende groepen actieve gebieden kan de fase koppeling van de stralingsbundels beïnvloed worden. Mede daardoor kan de hoek van de stralingsbundel in de richting loodrecht op de actieve gebieden belangrijk kleiner worden waardoor een meer symmetrisch ver veld verkregen worden.

10 Ook kunnen de geleidingstypen alle (tegelijk) door hun tegengestelde worden vervangen. Verder behoeven de verschillende actieve gebieden geenszins noodzakelijkerwijs "index-guided" te zijn, ook "gain-guiding" kan bruikbaar zijn voor bepaalde toepassingen, ónder meer in die gevallen waarbij fasekoppeling niet vereist of gewenst is. Verder 15 dient met name genoemd te worden dat de aantallen actieve gebieden binnen één groep, het aantal groepen en de onderlinge positionering van de verschillende groepen met voordeel gevarieerd kunnen worden. Bij de keuzes die hierbij gemaakt kunnen worden spelen onder meer symmetrieoverwegingen een belangrijke rol. Tenslotte moet nog gezegd 20 worden dat de in de uitvoeringsvoorbeelden gebezigde methoden ter beperking van de stroomspreiding niet de enig mogelijke zijn. Zonder afbreuk te doen aan de uitvinding kan de hier gebruikte methode vervangen worden door een andere.

&&0050S

Claims

1. Halfgeleiderinrichting met een halfgeleiderdiodelaser array bevattende een halfgeleiderlagenstructuur met een aantal onderling 5 nagenoeg evenwijdige strookvormige actieve gebieden, die elk gelegen zijn tussen twee opsluitlagen met een grotere bandafstand en een kleinere brekingsindex voor de opgewekte straling dan het actieve gebied, welke actieve gebieden zich bevinden binnen een resonator holte en tenminste twee groepen vormen die gelegen zijn in twee nagenoeg 10 equidistante vlakken, waarbij althans één der groepen tenminste twee actieve gebieden bevat, met het kenmerk dat de actieve gebieden van de ene groep door tenminste één der opsluitlagen geheel zijn gescheiden van de actieve gebieden van de andere groep.

2. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 met het 15 kenmerk dat de afstand tussen de actieve gebieden zo klein is dat de uittredende stralingsbundels in fase gekoppeld zijn.

3. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat de eerste opsluitlaag voorzien is van mesavormige stroken, waartussen zich strookvormige kanalen bevinden en dat elk van de actieve 20 gebieden van de ene groep zich bevindt op een mesavormige strook, terwijl elk strookvormig actief gebied van de andere groep zich bevindt op de bodem van een kanaal.

4. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 3 met het kenmerk dat de strookvormige kanalen breder zijn dan de mesavormige 25 stroken en dat zich in het midden van de bodem van de strookvormige kanalen verdere strookvormige kanalen bevinden welke smaller zijn dan de eerstgenoemde en op bodem waarvan zich de actieve gebieden van een verdere groep bevinden.

5. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 3 met het 30 kenmerk dat de mesavormige stroken breder zijn dan de strookvormige kanalen en dat zich in het midden van het bovenvlak van de mesavormige stroken verdere strookvormige kanalen bevinden, welke .0800509 τ Λ ΡΗΝ 12445 17 ondieper zijn dan de eerdergenoemdet en op de bodem waarvan zich de actieve gebieden van een verdere groep bevinden.

6. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 3, 4 of 5 met het kenmerk dat het halfgeleider substraat uit Galliumarsenide (GaAs) 5 bestaat, terwijl de eerste opsluitlaag uit een mengkristal van Alumiumarsenide en Gallium-arsenide (AlxGa^_xAs) bestaat, en dat de vlakken die de flanken van de mesavormige stroken vormen (111) Arseen kristalvlakken zijn.

7. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 of 2 met het 10 kenmerk dat op een halfgeleidersubstraat een eerste opsluitlaag is aangebracht met daarop een eerste actieve laag waarvan de strookvormige actieve gebieden van de ene groep deel uitmaken, welke actieve laag bedekt is met een tweede opsluitlaag waarop een tweede actieve laag waarvan de strookvormige actieve gebieden van de andere groep deel 15 uitmaken, is aangebracht, welke tweede actieve laag bedekt is met een derde opsluitlaag. .8800509