NL8902095A - Een halfgeleiderlaserinrichting. - Google Patents

Description

Een halfgeleiderlaserinrichting.

De onderhavige uitvinding betreft een halfgeleider¬laserinrichting en meer in het bijzonder één die in staat iseen oscillatie met groot uitgangsvermogen te verkrijgen.

Fig. 3 toont een halfgeleiderlaserinrichting volgensde stand van de techniek, voorzien van een dubbel-hetero-structuur op een stroomblokkerende laag met een convex-achtige richel. In fig. 3 geeft verwijzingsnummer 1 een p-type GaAs-substraat aan. Een N-type, de stroom blokkerendeGaAs-laag 2 is aangebracht op het p-type GaAs substraat 1.

Een onderste mantellaag 3 omvattende p-type Al0 48Ga0 52As, isaangebracht op de de stroom blokkerende laag 2. Een p-type,actieve Al0 15GaQ 85As-laag 4 is aangebracht op onderste mantel¬laag 3. Een N-type, bovenste mantel-Al0 48Ga0 52As—laag 5 isaangebracht op actieve laag 4. Een N-type GaAs-contactlaag 6is aangebracht op bovenste mantellaag 5. Een stroominjec-tiegroef 7 is aangebracht bij het bovendeel van de strook-richel die wordt gevormd door het GaAs substraat 1 en de destroom blokkerende laag 2. Verwijzingsnummer 8 geeft eenconvex-achtig richeldeel aan. P-zij-elektrode 10 en n-zij-elektrode 11 zijn aangebracht aan het p-type GaAs substraat1 resp. de n-type contactlaag 6. De kristalgroei van eendergelijke convex-achtige richel 8 wordt uitgevoerd ondergebruikmaking van de aard van de vloeibare-fase-epitaxy(waaraan hierna als "LPE") wordt gerefereerd, waarbij dekristalgroeisnelheid in hoge mate afhankelijk is van dekristalrichting van het kristaloppervlak. Dat wil zeggen datde kristalgroeisnelheid bij de zijoppervlakken van de richelhoger is dan bij het vlakke deel en de groei bij de richelwordt onderdrukt onder invloed door de snelle groei bij hetrichelzijoppervlak bij de omgeving daarvan en als resultaatde dikte van de actieve laag 4 onder 0,5 micron met een hogemate van reproduceerbaarheid kan worden geleverd.

Het bij de actieve laag 4 geleverde licht spreidt uit naar de onderste en bovenste mantellagen 3 en 5 en heefteen bepaald distributiegebied bepaald door licht voortplan-tingsstructuur in de laserholte, waarbij de dikte van deactieve laag de belangrijkste parameter van die structuuris.

Wanneer de dikte van de actieve laag 4 dun wordt,tot aan ongeveer 0,05 micron, wordt het gebied van lichtver-deling verbreed zonder toeneming van drempelspanning (een tedunne actieve laag veroorzaakt een extreme toeneming van dedrempelstroom. Derhalve dient die dikte niet veel kleinerdan ongeveer 0,05 micron te zijn). Derhalve, daar de piekin-tensiteit van de lichtdistributie relatief klein wordt daarhet lichtdistributiegebied van licht toeneemt bij een voor¬afbepaalde lichtuitgang, wordt het lichtuitgangsniveauWaarop de catastrofale optische schade (waaraan hierna als"COD" wordt gerefereerd) optreedt bij het caviteitsfacet vande actieve laag 4, vergroot. Dat wil zeggen dat het ver¬sterkte lichtuitgangsvermogen wordt gerealiseerd door hetdunner maken van de actieve laag 4 waarbij de dikte van deactieve laag 4 op stabiele wijze in dunheid kan wordengestuurd vanwege het effect van de convex-achtige richelcon-figuratie.

Dit effect van de richelconfiguratie betreft nietalleen de actieve laag 4 maar eveneens de onderste mantel-laag 3. Als resultaat wordt de dikte van de onderste mantel-laag 3 bij het bovendeel van de richel dun gemaakt waardoorde dikte van de onderste mantellaag 3 te dun wordt. Voortstreedt, wanneer de onderste p-type mantellaag 3 op de destroom blokkerende n-type laag 2 groeit, terugsmelting vande de stroom blokkerende laag 2 tot in de smelt voor hetgroeien van de onderste mantellaag 3 op bij het bovendeelvan de richel en wordt achteruitgang van de drager-concentratie daarvan vergroot ten opzichte van het gevalwaar het wordt geproduceerd op een vlak gebied. Zodoende kaneen geval optreden waarbij de pn-junctie tussen de de stroomblokkerende laag en de onderste mantellaag 3 niet perfectwordt geproduceerd. In een dergelijk geval wordt een lekcom- ponent van de stroom die niet door de stroominjectiegroef 7maar direct vanuit de de stroom blokkerende laag 2 op derichel naar de bovenste mantellaag 5 vloeit, vergroot enworden de drempelstroom en de werkingsstroom van de laseros-cillatie vergroot, hetgeen resulteert in een belemmering bijhet vergroten van de opbrengst in de produktie van eendergelij ke halfgeleiderlaserinrichting.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding eenhalfgeleiderlaserinrichting te verschaffen, die instaat isin voldoende mate gebruik te maken van het effect van eenconvex-achtige richelconfiguratie in de inrichting volgensde stand van de techniek en die eveneens instaat is hetoptreden van een stroomlek te voorkomen, waardoor de werkingdaarvan stabiel wordt.

Andere doeleinden en voordelen van de onderhavigeuitvinding zullen duidelijk worden uit de gedetailleerdebeschrijving die hierna wordt gegeven; het moge echterduidelijk zijn dat de gedetailleerde beschrijving en speci¬fieke uitvoeringsvorm slechts als illustratie zijn gegeven,daar verschillende veranderingen en modificaties binnen degeest en strekking van de uitvinding duidelijk zullen wordenaan deskundigen in dit vakgebied uit de gedetailleerdebeschrijving.

Bij een halfgeleiderlaserinrichting volgens deonderhavige uitvinding, wordt een halfgeleiderlaag met eengeleidbaarheidstype tegengesteld aan die van de de stroomblokkerende laag geleverd bij een ander deel dan de stroom¬injectiegroef tussen de de stroom blokkerende laag en deonderste mantellaag als bufferlaag. Zodoende wordt het dunmaken van de actieve laag vanwege het richeleffect voldoendegebruikt en wordt de pn-junctie tussen de de stroom blok¬kerende en de onderste mantellaag gestabiliseerd door debufferlaag.

Fig. 1 is een dwarsdoorsnede-aanzicht dat een half¬geleiderlaserinrichting volgens een uitvoeringsvorm van deonderhavige uitvinding toont; fig. 2 is een dwarsdoorsnede-aanzicht dat de produk- tiestroom van de halfgeleiderlaserinrichting uit fig. 1toont; fig. 3 is een dwarsdoorsnede-aanzicht dat een half¬geleiderlaserinrichting volgens de stand van de technieki toont ? en fig. 4 is een dwarsdoorsnede-aanzicht dat een half¬geleiderlaserinrichting en een produktiestroom daarvanvolgens een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uit¬vinding toont.

l· Een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zal in detail worden beschreven onder verwijzing naar detekeningen.

Fig. 1 toont een halfgeleiderlaserinrichting volgenseen uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. In fig. lgeven dezelfde referentienummers dezelfde of corresponderen¬de elementen aan als getoond in fig. 1. Verwijzingsnummer 9geeft een p-type GaAs bufferlaag 9 aan die is aangebrachttussen de de stroom blokkerende laag 2 en de onderste man-tellaag 3.

Het produktieproces zal worden beschreven met ver¬wijzing naar fig. 2 die de produktiestroom van de halfgelei-derlaser uit fig. 1 toont.

Een convex-achtige richel 12 wordt geproduceerd ophet halfgeleidersubstraat 1 als getoond in fig. 2(a) endaarna worden een de stroom blokkerende laag 2 en een buf¬ferlaag 3 gegroeid door middel van bijv. een MOCVD methodeals getoond in fig. 2(b). Daarna wordt een stroominjectie-groef 7 geproduceerd zoals getoond in fig. 2(c) en wordeneen onderste mantellaag 3, een actieve laag 4, een bovenstemantellaag 5 en een contactlaag 6 successievelijk door LPEgegroeid, als getoond in fig. 2(d), waardoor een dubbel-hetero-structuur wordt geleverd.

Een ander produktieproces zal worden beschreven metverwijzing naar fig. 4, dat gelijkwaardig is met de produk¬tiestroom beschreven in fig. 2.

Hierin worden een de stroom blokkerende laag 2 eneen bufferlaag 9 bij een dergelijke methode als LPE ge¬ groeid, als getoond in fig. 4(b). Daarna worden deze tweelagen gevormd tot een richelstructuur die de richelstructuurvan het substraat overdekt door een etsmethode als getoondin fig. 4(b'). Op dat moment blijft de bufferlaag 9 slechtsachter bovenop het richeldeel. Derhalve kan de rol van debufferlaag 9 worden verkregen. Opvolgende processen wordenop gelijke wijze uitgevoerd als die uit fig. 2 waardoor eenlaserinrichting getoond in fig. 4(d) wordt verkregen.

Wanneer de p-type GaAs bufferlaag 9 niet wordtaangebracht via dezelfde processen als die uit de fig. 2(a)-2(d), bevindt de vloeibare fasesmelt voor het groeien van deonderste mantellaag 3 zich in contact met de de stroom blok¬kerende laag 2 bij de groei van de onderste mantellaag 3.Vervolgens, in het bijzonder bij het bovendeel van derichel, wordt de groeisnelheid vertraagd onder invloed vande hoge groeisnelheid bij de richelzijoppervlakken, alsboven beschreven. In andere woorden wordt de mate van over¬verzadiging van de vloeibare fasesmelt bij het bovendeel vande richel locaal verminderd t.o.v. andere gebieden. Derhalvetreedt hernieuwde smelting van de de stroom blokkerende n-type laag 2, dat is de zogeheten terugsmelting, in enigemate op vanwege de groeismelting van de onderste p-typemantellaag 3 (waarna hierna als "onderste mantelsmelting"wordt gerefereerd) en wordt de richelconfiguratie enigszinsveranderd. Vervolgens wordt de terugsmeltingscomponent vande de stroom blokkerende n-type laag 2 in de p-type onderstemantelsmelting gesmolten bij het groeien van de onderste p-type mantellaag 3 en wordt de p-type ladingsdragerconcentra-tie van de onderste mantellaag 3 onder invloed hiervangerealiseerd. Zodoende kan in het bijzonder bij het boven¬deel van de richel de tussen de de stroom blokkerende laag 2en de onderste mantellaag 3 geproduceerde pn-junctie incom¬pleet worden hetgeen stroomlek doet toenemen en de opbrengstdoet verminderen. Voorts kan, wanneer de onderste mantellaag3 te dun is, de pn-junctie met de de stroom blokkerende laag2 eveneens incompleet worden, waardoor de de stroom blok¬kerende laag 2 en de bovenste mantellaag 3 elektrisch worden verbonden en de stroomlekcomponent wordt vergroot.

Wanneer de p-type GaAs bufferlaag 9 wordt aan¬gebracht tussen de stroom blokkerende n-type laag 2 en deonderste p-type mantellaag 3 zoals bij de onderhavige uit-» vinding, bevindt de onderste mantelsmelting zich in contactmet deze p-type bufferlaag 9 en derhalve wordt, zelfs wan¬neer de bufferlaag 9 terugsmelt vanwege de onderste man¬telsmelting, de p-type ladingsconcentratie van de onderstemantellaag 3 niet verlaagd vanwege het feit dat de buffer-i laag 9 van p-type is en wordt een stabiele pn-junctie gepro¬duceerd tussen de onderste mantellaag 3 en de de stroomblokkerende laag 2.

Voorts is het niet waarschijnlijk, zelfs wanneer deonderste mantellaag te dun is, omdat een pn-junctie bestaattussen de de stroom blokkerende laag 2 en de bufferlaag 9,dat een afknijpstroom van de de stroom blokkerende laag 2naar de bovenste mantellaag 5 gaat stromen. Voorts kan dedikte van de actieve laag 4 op stabiele wijze worden ges¬tuurd qua dikte door het richeleffect op gelijke wijze alsbij de stand van de techniek.

Voorts omvat bij deze uitvoeringsvorm bufferlaaggeen AlGaAs maar GaAs dat niet gemakkelijk oxideert. Der¬halve blijft, zelfs indien de bufferlaag 9 wordt blootges¬teld aan lucht bij het produceren van de stroominjectiegroef7 het oppervlak voor hernieuwde groei in goede conditie,hetgeen de betrouwbaarheid van de inrichting doet toenemen.

Zoals duidelijk is uit de voorgaande beschrijvingwordt volgens de onderhavige uitvinding een halfgeleiderlaagmet een geleidbaarheidstype tegengesteld aan die van de destroom blokkerende laag geproduceerd als bufferlaag en anderdeel dan de stroominjectiegroef tussen de de stroom blok¬kerende laag met een convexe richelconfiguratie en de onder¬ste mantellaag van de dubbel-hetero-structuur. Derhalve kaneen halfgeleiderlaser met een dunne actieve laag vanwege hetricheleffect op stabiele wijze worden geproduceerd zondereen stroomlekcomponent te laten toenemen en derhalve kan deproduktie-opbrengst worden vergroot.

Claims (4)

1. Een halfgeleider-laserinrichting, omvattende: een halfgeleidersubstraat met een convex-achtige richel: een stroom blokkerende laag aangebracht op hethalfgeleidersubstraat ten einde de convex-achtige richelcon-figuratie vast te houden; een stroom-injectiegroef aangebracht op het boven¬deel van de richel, die door de stroom blokkerende laagpenetreert; een dubbel-heterostructuur aangebracht op de stroomblokkerende laag; en een bufferlaag omvattende een halfgeleiderlaag meteen geleidbaarheidssoort tegengesteld aan die van de stroomblokkerende laag, aangebracht bij een ander deel dan destroominjectiegroef tussen de, de stroom blokkerende laag eneen onderste mantellaag van de dubbel-heterostructuur.

2. Een halfgeleiderlaserinrichting volgens conclusie1, met het kenmerk, dat de de stroom blokkerende laag en debufferlaag worden geproduceerd door een MOCVD-methode en dedubbel-heterostructuur wordt geproduceerd door vloeibare-fase-epitaxy.

3. Een halfgeleiderlaserinrichting volgens conclusie1, met het kenmerk, dat het halfgeleidersubstraat GaAs omvaten de dubbel-heterostructuur AlGaAs omvat.

4. Een halfgeleiderlaserinrichting volgens conclusie3, waarbij de bufferlaag GaAs omvat.