NL8903046A - Halfgeleiderdiodelaser en werkwijze ter vervaardiging daarvan. - Google Patents

Halfgeleiderdiodelaser en werkwijze ter vervaardiging daarvan. Download PDF

Info

Publication number
NL8903046A
NL8903046A NL8903046A NL8903046A NL8903046A NL 8903046 A NL8903046 A NL 8903046A NL 8903046 A NL8903046 A NL 8903046A NL 8903046 A NL8903046 A NL 8903046A NL 8903046 A NL8903046 A NL 8903046A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
layer
radiation
diode laser
semiconductor
active
Prior art date
Application number
NL8903046A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Philips Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Nv filed Critical Philips Nv
Priority to NL8903046A priority Critical patent/NL8903046A/nl
Priority to EP90203222A priority patent/EP0432843B1/en
Priority to DE69018790T priority patent/DE69018790T2/de
Priority to CN90109961.9A priority patent/CN1027117C/zh
Priority to US07/627,074 priority patent/US5113405A/en
Priority to JP2409848A priority patent/JPH03253089A/ja
Publication of NL8903046A publication Critical patent/NL8903046A/nl

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/16Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface
    • H01S5/164Window-type lasers, i.e. with a region of non-absorbing material between the active region and the reflecting surface with window regions comprising semiconductor material with a wider bandgap than the active layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H01S5/2018Optical confinement, e.g. absorbing-, reflecting- or waveguide-layers
    • H01S5/2022Absorbing region or layer parallel to the active layer, e.g. to influence transverse modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

De uitvinding heeft betrekking op een halfgeleiderdiodelaser omvattende een halfgeleiderlichaam met een halfgeleidersubstraat van een eerste geleidingstype waarop zich achtereenvolgens ten minste bevinden een eerste opsluitlaag van het eerste geleidingstype, een actieve straling emitterende laag, een tweede opsluitlaag van het tweede geleidingstype, waarbij het halfgeleidersubstraat en de tweede opsluitlaag voorzien zijn van stroomtoevoeringsmiddelen, binnen een van de actieve laag deel uitmakend en onder een strookvormig gebied gelegen actief gebied waarvan de lengterichting nagenoeg loodrecht staat op een buiten het actief gebied gelegen spiegelvlak, bij voldoend hoge stroomsterkte in de doorlaatrichting coherente electromagnetische straling in de actieve laag wordt opgewekt en waarbij zich in een tussen het spiegelvlak en het actief gebied gelegen tussengebied een stralingsgeleider bevindt die de stralingsgeleidende laag optisch verbindt met het spiegelvlak en die zich in een tussen een derde en vierde opsluitlaag gelegen stralingsgeleidende laag bevindt. De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze ter vervaardiging van een dergelijke halfgeleiderdiodelaser, waarbij op een halfgeleidersubstraat achtereenvolgens ten minste worden aangebracht een eerste opsluitlaag van het eerste geleidingstype, een actieve straling emitterende laag, en een tweede opsluitlaag van het tweede geleidingstype.
Een dergelijke halfgeleiderdiodelaser die van het zogenaamde NAM (=Non Absorbing Mirror) type is, is bijzonder geschikt voor gebruik als hoogvermogen halfgeleiderdiodelaser, omdat ook bij grote vermogens van de opgewekte straling degradatie van het spiegelvlak gering is. Een dergelijke laser is, in het bijzonder wanneer hij vervaardigd wordt in het GaAs/AlGaAs materiaalsysteem, zeer geschikt voor toepassing als schrijflaser in een systeem voor optische registratie zoals DOR (=Digital Optical Recording).
Een dergelijke halfgeleiderdiodelaser en werkwijze ter vervaardiging van een dergelijke halfgeleiderdiodelaser zijn bekend uit het artikel van H. Naito e.a. met als titel "Highly Reliable CW Operation of 100 mW GaAlAs Buried Twin Ridge Substrate Lasers with Nonabsorbing-Mirrors", dat gepubliceerd is in de Conference Digest van de 11th IEEE International Semiconductor Laser Conference, gehouden van 29-8-1988 tot 1-9-1988 te Boston (OSA), Paper L-2, pag. 150-151. Daarin is een halfgeleiderdiodelaser beschreven waarbij de stralingsgeleider in het tussengebied in de laterale richting door een stap in de effectieve brekingsindex wordt gevormd waarbij aan weerszijde van de stralingsgeleider absorptie optreedt van een deel van de opgewekte electromagnetische straling in een binnen het versterkingsprofiel van de opgewekte straling gelegen stralingabsorberende laag. De stralingsgeleider wordt gevormd in een stralingsgeleidende laag die ligt op de, een groef in een absorberende laag opvullende, derde opsluitlaag. De bekende werkwijze maakt gebruik van LPE (=Liquid Phase Epitaxy) om onder meer de derde opsluitlaag aan te brengen.
Een nadeel van de bekende halfgeleiderdiodelaser is dat, naar in de praktijk gebleken is, bij zeer hoge optische vermogens toch nog degradatie van de spiegel kan optreden. Dit betekent dat met name voor de hierboven genoemde toepassingen waarbij een hoog uit de laser tredend vermogen gewenst wordt, nog geschiktere halfgeleiderdiodelasers mogelijk zijn wanneer de degradatie van de spiegel verder onderdrukt wordt. Hierdoor worden de levensduur en het vermogen waarbij de laser gebruikt kan worden, gunstig beïnvloed.
De onderhavige uitvinding beoogt onder meer een halfgeleiderdiodelaser te verkrijgen die geen of nagenoeg geen spiegeldegradatie vertoont en dus een zeer hoog vermogen kan opwekken en een lange levensduur heeft. De onderhavige uitvinding beoogt tevens een werkwijze te verkrijgen waarmee een halfgeleiderdiodelaser die aan de gestelde eisen voldoet vervaardigd kan worden.
De uitvinding berust onder meer op het inzicht dat in de bekende laser aan weerszijde van de stralingsgeleider in de nabijheid van een spiegelvlak absorptie van een deel van de opgewekte electromagnetische straling optreedt.
Een halfgeleiderdiodelaser van de in de aanhef beschreven soort heeft het kenmerk dat de stralingsgeleider in laterale richting is gedefinieerd met behulp van in de stralingsgeleidende laag aangebrachte middelen waarmee aan weerszijde van de stralingsgeleider een stap in de effectieve brekingsindex is gevormd en de binnen het versterkingsprofiel van de stralinsgeleider gelegen delen van de lagen allen een grotere bandgap hebben dan de actieve laag. Dankzij de aanwezigheid van middelen in de stralingsgeleidende laag waarmee een stap in de effectieve brekingsindex gevormd is, treedt laterale opsluiting van de electromagnetische straling in de stralingsgeleider op. Doordat de binen het versterkingsprofiel van de stralingsgeleider gelegen delen van de lagen, dat wil zeggen delen van de stralingsgeleidende laag, de derde en de vierde opsluitlaag, allen een grotere bandgap hebben dan de actieve laag, treedt er in een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding geen of althans nagenoeg geen absorptie van de opgewekte electromagnetische straling op in het tussengebied. Door deze maatregelen waardoor absorptie nabij de spiegel vermeden wordt, wordt vermeden dat er in de laser spiegeldegradatie ontstaat ten gevolge van temperatuurstijging of ten gevolge van bij absorptie van straling optredende reacties. Dit brengt met zich mee dat met een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding een groot vermogen kan worden opgewekt terwijl dankzij het feit dat spiegeldegradatie onderdrukt is de levensduur hoog is. Een werkwijze ter vervaardiging van een dergelijke laser heeft volgens de uitvinding het kenmerk, dat binnen een strookvormig tussengebied ten minste de actieve laag en de daarboven gelegen lagen worden verwijderd door etsen en binnen het tussengebied ten minste een stralingsgeleidende laag en een vierde opsluitlaag worden aangebracht zodanig dat de stralingsgeleidende laag optisch verbonden is met het actief gebied en dat vóór het aanbrengen van de vierde opsluitlaag in de stralingsgeleidende laag in laterale richting een stralingsgeleider wordt gevormd door het aanbrengen van middelen in de stralingsgeleidende laag waarmee aan weerszijde van de stralingsgeleider een stap in de effectieve brekingsindex wordt gevormd. Met de werkwijze volgens de uitvinding worden halfgeleiderdiodelasers verkregen die uitstekend aan de gestelde eisen voldoen.
In een eerste uitvoeringsvorm van een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding is de stap in de effectieve brekingsindex aan weerszijde van de stralingsgeleider kleiner dan ongeveer 0r01. Door een dergelijke, relatief kleine, stap in de effectieve brekingsindex wordt in de stralingsgeleider, bij de in de praktijk gewenste breedtes daarvan die liggen tussen ongeveer 1p en ongeveer 7 pm en bij in de praktijk gangbare diktes en samenstellingen van de stralingsgeleidende laag en de derde en vierde opsluitlaag, zoals berekend kan worden, de fundamentele laterale mode bevorderd, hetgeen zeer gewenst is. Aan weerszijde van het actief gebied kan een stap in de brekingsindex aangebracht zijn waarbij door absorptie van een deel van de opgewekte electromagnetische straling door ter plaatse aanwezige absorberende gebieden de fundamentele laterale mode relatief bevoordeeld wordt. De naast het actief gebied optredende absorptie heeft geen of althans nagenoeg geen invloed op het aan de spiegelvlakken grenzende tussengebieden, zodat deze absorptie geen invloed heeft op de spiegeldegradatie.
In een verdere uitvoeringsvorm van een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding omvatten de middelen een dunner zijn van de tweede stralingsgeleidende laag aan weerszijde van de stralingsgeleider. Een gunstige variant wordt gevormdt door een stralingsgeleider die in dwarsdoorsnede gezien een trapvormig profiel heeft waarbij de onderzijde van de laag nagenoeg vlak is en de hoogte van de aan de bovenzijde gelegen trede klein is ten opzichte van de dikte van de stralingsgeleidende laag. Voor een dikte van de stralingsgeleidende laag die bijvoorbeeld ligt tussen 0,10 en 0,40 pm ligt de hoogte van de trede bij voorkeur tussen 0,02 en 0,10 pm. Bij een stralingsgeleidende laag die bijvoorbeeld A1q g.jGaQ ggAs bevat en een dikte heeft van 0,30 pm, terwijl de opsluitlagen AIq 4-jGaQ ggAs bevatten en de stralingsgeleider ongeveer 4 pm
'· 1 · ^ breed is, is de stap m de effectieve brekingsindex ongeveer 4*10 J
voor een hoogte van de trede van 0,05 pm en ongeveer 8*10'^ voor een hoogte van de trede van 0,10 pm. Een dergelijk trapvormig profiel kan met behulp van een strookvormig masker op de tweede stralingsgeleidende laag en natchemische etsmiddelen waarmee een deel van de laag buiten het masker door etsen verwijderd wordt gevormd worden. In een eerste uitvoeringsvorm van een werkwijze volgens de uitvinding wordt, gebruik makend van anodische oxydatie, de stralingsgeleidende laag buiten het masker over een deel van zijn dikte omgezet in een halfgeleidermateriaal oxyden bevattende laag terwijl tegelijkertijd daarbij of daarna deze halfgeleidermateriaal oxyden bevattende laag in een etstap met een etsmiddel dat selectief is ten opzichte van de stralingsgeleidende laag wordt opgelost. Op deze wijze wordt, al dan niet in meerdere anodische oxydatie- en etsstappen, de stralingsgeleidende laag locaal op zeer nauwkeurige wijze dunner gemaakt. In een gunstige variant var. een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding bevindt zich een verdere stralingsgeleidende laag tussen de actieve en een van de eerste en tweede opsluitlagen. Hierdoor ontstaat een halfgeleiderdiodelaser van het zogenaamde LOC (=Large Optical Cavity) type, waardoor de in het actief gebied opgewekte electromagnetische straling zich voor een deel in het daaraan grenzende deel van de verdere stralingsgeleidende laag zal bevinden. Bijzonder gunstig is het wanneer deze verdere stralingsgeleidende laag zich onder de actieve laag bevindt. In dat geval kan de verdere stralingsgeleidende laag tevens dienen als stralingsgeleidende laag in het tussengebied. Hierdoor wordt de vervaardiging van een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding eenvoudiger: er behoeven nu minder lagen in het tussengebied verwijderd en aangebracht te worden. Bovendien onstaat er een zeer goede, dat wil zeggen een verliesarme, optische verbinding tussen de stralingsgeleider en het actief gebied. Een belangrijk voordeel is verder dat voor het aanbrengen van de lagen in het tussengebied na het etsen nu slechts één aangroeiproces nodig is omdat de stralingsgeleidende laag reeds aanwezig is en niet in een apart aangroeiproces behoeft te worden aangebracht.
In een verdere uitvoeringsvorm van een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding omvatten de middelen dat de samenstelling van de stralingsgeleidende laag aan weerszijde van de stralingsgeleider ten minste over een deel van de dikte van die laag zodanig gewijzigd is dat aan weerszijde van de stralingsgeleider een stap in de effectieve brekingsindex ontstaat. Ook bij deze uitvoeringsvorm treedt geen of nagenoeg geen absorptie van de opgewekte electromagnetische straling op terwijl de stap in de effectieve brekingsindex maakt dat er laterale guiding van de straling optreedt. Deze stap is bij voorkeur zo klein dat de fundamentele laterale mode de meest stabiele mode vormt. De hiervoor benodigde samenstellingswijziging, die voor III-V halfgeleidermaterialen ongeveer een atoomprocent bedraagt, is kleiner dan die welke op reproduceerbare wijze nog in een stralingsgeleider van het begraven-hetero type verkregen kan worden. In een gunstige variant van deze uitvoeringsvorm is de samenstelling van de tweede stralingsgeleidende laag aan weerszijde van de stralingsgeleider gewijzigd door de aanwezigheid van doteringselementen. Doteringselementen kunnen op eenvoudige wijze in voldoende lage concentratie toegevoegd worden. Hiervoor kan bijvoorbeeld locaal in de stralingsgeleidende laag een diffusie of implantatie uitgevoerd worden. Hetgeen bij een eerdere uitvoeringsvorm opgemerkt is met betrekking tot de aanwezigheid van een verdere stralingsgeleidende laag, die zich bij voorkeur onder de actieve laag bevindt, geldt evenzeer voor deze uitvoeringsvorm.
Een belangrijke uitvoeringsvorm van een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding, waarbij een der opsluitlagen binnen het strookvormige gebied een grotere dikte heeft dan daarbuiten, waar zich een straling absorberende laag bevindt, waarvan de bandgap ongeveer gelijk is aan die van de actieve laag, die van het eerste geleidingstype is, met een aangrenzende opsluitlaag een stroomblokkerende pn-overgang vormt en die zich binnen het versterkingsprofiel van de verdere stralingsgeleidende laag of van de actieve laag bevindt, heeft, het kenmerk, dat de eerste opsluitlaag een nagenoeg uniforme dikte heeft, de tweede opsluitlaag binnen het strookvormig gebied een grotere dikte heeft dan aan weerszijde daarvan en de straling absorberende laag zich aan weerszijde van het strookvormig gebied op de tweede opsluitlaag bevindt en daarmee de stroomblokkerende pn-overgang vormt. In een dergelijke halfgeleiderdiodelaser treedt binnen het straling emitterende gebied stabilisatie van de laterale mode op en wordt de fundamentele laterale mode bevorderd. Een dergelijke halfgeleiderdiodelaser heeft verder het belangrijke voordeel dat de eerste opsluitlaag, de actieve laag, de stralingsgeleidende laag, de straling absorberende laag en de tweede opsluitlaag met behulp van MOVPE (= Metal Organic Vapour Phase Epitaxy) als aangroeitechniek kunnen worden aangebracht. Daar de halfgeleiderlagen in het tussengebied eveneens met behulp van MOVPE aangebracht kunnen worden heeft een halfgeleiderdiodelaser het belangrijke voordeel dat deze met uitsluitend gebruik maken van MOVPE
als aangroeitechniek vervaardigd kan worden. Dit voordeel is zo belangrijk aangezien MOVPE bij uitstek een aangroeitechniek is die geschikt is voor het op industriële schaal vervaardigen van halfgeleiderdiodelasers. Een eerste variant binnen deze uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de tweede opsluitlaag gevormd wordt door één halfgeleiderlaag van het tweede geleidingstype waarin ter plaatse van het strookvormige gebied over een deel van de dikte van die laag een mesa is gevormd aan weerszijde waarvan zich de absorberende laag bevindt. Deze variant wordt volgens de uitvinding vervaardigd door na het aanbrengen van de lagen tot en met de derde opsluitlaag, in laatstgenoemde laag met behulp van een strookvormig masker een mesa te etsen waarbij de laag buiten het masker over een deel van zijn dikte wordt verwijderd, aan weerszijde van de mesa de straling absorberende laag van het tweede geleidingstype aan te brengen, vervolgens de lagen in het tussengebied tot en met de actieve laag door etsen met behulp van een masker te verwijderen, en nadat de stralingsgeleider gevormd is in de eerste stralingsgeleidende laag in het tussengebied de vierde opsluitlaag aan te brengen. Een tweede variant binnen deze uitvoeringsvorm heeft het kenmerk, dat de tweede opsluitlaag gevormd is door twee halfgeleiderlagen van het tweede geleidingstype die binnen het strookvormige gebied aan elkaar grenzen en daarbuiten van elkaar gescheiden zijn door de straling absorberende laag. Deze variant wordt volgens de uitvinding vervaardigd door na het aanbrengen van de eerste van die twee halfgeleiderlagen waarvoor een relatief geringe dikte wordt gekozen daarop de straling absorberende laag aan te brengen, vervolgens met behulp van een masker laatstgenoemde laag binnen het strookvormig gebied te verwijderen en, nadat het masker verwijderd is, de tweede van die twee halfgeleiderlagen aan te brengen, waarna de lagen in het tussengebied tot en met de actieve laag verwijderd worden door etsen met behulp van een masker, en nadat de stralingsgeleider gevormd is in de eerste stralingsgeleidende laag in het tussengebied de vierde opsluitlaag aan te brengen.
In een verdere uitvoeringsvorm van een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding is de vierde opsluitlaag van het tweede geleidingstype en bevindt zich op de vierde opsluitlaag ten minste een verdere opsluitlaag van het eerste geleidingstype welke ten minste in het tussengebied met de vierde opsluitlaag een stroomblokkerende pn-overgang vormt. Een dergelijke halfgeleiderdiodelaser heeft het voordeel dat het nagenoeg onmogelijk is dat er ladingsdragers in het tussen gebied nabij de stralingsgeleider komen waardoor voorkomen is dat bij stroomdoorgang door de halfgeleiderdiodelaser de stap in de effectieve brekingsindex die de stralingsgeleider vormt verandert. In het geval van de eerste variant van de vorige uitvoeringsvorm kunnen de vierde en de verdere opsluitlaag ook aangebracht zijn aan weerszijde van het strookvormig gebied boven op de straling absorberende laag. Dat heeft het voordeel dat zich aan weerszijde van het strookvormig gebied een extra stroomblokkerende pn-overgang bevindt, zonder dat de vervaardiging van deze variant gecompliceerder wordt.
Een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor het verkrijgen van een zo symmetrisch mogelijke bundel van de uittredende electromagnetische straling terwijl zich in deze bundel een groot vermogen bevindt. Daartoe heeft een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding het kenmerk, dat de breedte van de stralingsgeleider kleiner is dan de breedte van het actief gebied. Aangezien de dikte van de stralingsgeleider niet te groot mag zijn kan door het kiezen van een relatief smalle breedte van de stralingsgeleider toch een relatief symmetrische bundel verkregen worden. Hierbij moet men bedenken dat de dikte van de stralingsgeleider toch al vele malen kleiner is dan de breedte daarvan waardoor de uittreehoek van de bundel loodrecht op de stralingsgeleider enkele malen groter is dan de uittreehoek evenwijdig aan de stralingsgeleider. Door het versmallen van de breedte van de stralingsgeleider wordt de uittreehoek evenwijdig aan de stralingsgeleider vergroot.
Van de uitvinding zal thans een nadere toelichting volgen aan de hand van twee uitvoeringsvoorbeelden en de daarbij behorende tekening, waarin figuur 1 schematisch gedeeltelijk in perspectief en gedeeltelijk in dwarsdoorsnede een eerste uitvoeringsvorm van een halfgeleider-diodelaser volgens de uitvinding toont; figuren 2 en 3 een dwarsdoorsnede tonen van de halfgeleiderdiodelaser van figuur 1, respectievelijk volgens de lijn II-II en de lijn III-III van figuur 1; figuren 4a tot en met 4c in bovenaanzicht de maskers tonen die gebruikt worden bij de vervaardiging van de halfgeleiderdiodelaser van figuur 1; figuren 5a tot en met 5g in een dwarsdoorsnede evenwijdig aan het vlak van tekening van figuur 1 de halfgeleiderdiodelaser van figuur 1 weergeven in opeenvolgende stadia van de vervaardiging, waarbij de positie van de dwarsdoorsnede voorzover nodig aangegeven is in figuren 4a tot en met 4c ·, figuur 6 schematisch gedeeltelijk in perspectief en gedeeltelijk in dwarsdoorsnede een tweede uitvoeringsvorm van een halfgeleider-diodelaser volgens de uitvinding toont; figuren 7 en 8 een dwarsdoorsnede tonen van de halfgeleiderdiodelaser van figuur 6, respectievelijk volgens de lijn VII-VII en de lijn VIIÏ-VIII van figuur 6; figuren 9a tot en met 9c in bovenaanzicht de maskers tonen die gebruikt worden bij de vervaardiging van de halfgeleiderdiodelaser van figuur 6; figuren 10a tot en met 10g in een dwarsdoorsnede evenwijdig aan het vlak van tekening van figuur 6 de halfgeleiderdiodelaser van figuur 6 weergeven in opeenvolgende stadia van de vervaardiging, waarbij de positie van de dwarsdoorsnede voorzover nodig aangegeven is in figuren 9a tot en met 9c;
Figuur 1 toont schematisch gedeeltelijk in perspectief en gedeeltelijk in dwarsdoorsnede een eerste uitvoering van een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding. In figuur 2 en 3 is een dwarsdoorsnede van de halfgeleiderdiodelaser van dit voorbeeld weergegeven, respectievelijk volgens de lijn II-II en III-III van figuur 1. De halfgeleiderdiodelaser omvat een halfgeleiderlichaam 30 met een van een aansluitgeleider 11 voorzien substraatgebied 10 van een eerste, hier het n-, geleidingstype en in dit voorbeeld bestaande uit éénkristallijn galliumarsenide. Daarop bevinden zich binnen een strookvormig gebied 13 achtereenvolgens, een eerste opsluitlaag 1 van het eerste, hier het n-, geleidingstype en met een nagenoeg uniforme dikte, een verdere stralingsgeleidende laag 2 van het eerste, hier het n-, geleidingstype en die in dit voorbeeld samenvalt met een stralingsgeleidende laag 2', een actieve laag 3, een tweede opsluitlaag 4 van het tweede, hier het p-, geleidingstype, en een contactlaag 20 van het p-geleidingstype die voorzien is van een aansluitgeleider 21. Onder het gebied 13 bevindt zich in de actieve laag 3 een actief gebied 13' waarin bij voldoend hoge stroomsterkte in de voorwaartsrichting van de tussen de eerste 1 en tweede 4 opsluitlaag gevormde pn-overgang coherente electromagnetische straling wordt opgewekt binnen een tussen de spiegelvlakken 35, 36 gevormde strookvormige resonatorholte welke in dit voorbeeld het actief gebied 13', een daaronder liggend deel van de stralingsgeleidende laag 2 en twee onder de gebieden 14 gelegen stralingsgeleiders 15 omvat. Aan weerszijde van het strookvormig gebied 13 bevinden zich op de ter plaatse dunner gemaakte tweede opsluitlaag 4 achtereenvolgens een straling absorberende laag 9 van het tweede, hier het n-, geleidingstype, een vierde opsluitlaag 6 van het tweede, hier het p, geleidingstype, twee verdere opsluitlagen 7,8 van respectievelijk het eerste, hier het n-, en het tweede, hier het p-, geleidingstype en de aansluitgeleider 21. Door de absorberende laag 9 wordt de fundamentele laterale mode in het actief gebied 13' relatief bevoordeeld en door de pn-overgang 25 die deze laag vormt met de tweede opsluitlaag 4 en door de pn-overgang 26 tussen de opsluitlagen 6,7 wordt stroomspreiding aan weerszijde van het actief gebied 13' tegengegaan. De stralingsgeleiders 15 bevinden zich binnen een tussen het gebied 18 en een spiegelvlak 35, 36 gelegen tussengebied 17, 19 en in de tussen een derde opsluitlaag 1', die in dit voorbeeld samenvalt met de eerste opsluitlaag 1, en de vierde opsluitlaag 6 gelegen stralingsgeleidende laag 2'. In dit voorbeeld heeft de derde opsluitlaag 1' een nagenoeg uniforme dikte. Volgens de uitvinding heeft de halfgeleiderdiodelaser van dit voorbeeld belangrijke voordelen zoals een goede optische verbinding tussen de stralingsgeleider 15 en het actieve gebied 13', een eenvoudige vervaardigingswijze (minder lagen behoeven geéts en aangegroeid te worden) en de mogelijkheid om MOVPE als aangroeitechniek te gebruiken. Door de tussen de tweede opsluitlaag 6 en de verdere opsluitlaag 7 gevormde stroomblokkerende pn-overgang 26 wordt voorkomen dat in tussengebied 17,19 de brekingsindex door ladingsdragers beïnvloed wordt. Tevens wordt door deze stroomblokkering recombinatie in het tussengebied tegengegaan waardoor spiegeldegradatie tegengegaan wordt. In dit voorbeeld bevindt zich de verdere stralingsgeleidende laag 2 onder de actieve laag 3 hetgeen volgens de uitvinding het voordeel heeft dat bij het verwijderen van de actieve laag 3 in het tussengebied 17,19 de verdere stralingsgeleidende laag 2 niet verwijderd hoeft te worden en tevens dienst kan doen als stralingsgeleidende 2'. Volgens de uitvinding is de stralingsgeleider 15 gevormd met behulp van in de stralingsgeleidende laag 2' aangebrachte middelen 12 waarmee aan weerszijde van de stralingsgeleider 15 een stap in de effectieve brekingsindex is gevormd waaraan verstrooing van een deel van de opgewekte electromagnetische straling optreedt. Doordat in het tussengebied 17,19 geen absorptie van de opgewekte straling plaats vindt wordt het optreden van spiegeldegradatie volgens de uitvinding tegengegaan. In dit voorbeeld omvatten de middelen 12 een dunner zijn van de stralingsgeleidende laag 2' aan weerszijde van de stralingsgeleider 15. De hoogte van de gevormde stap is 400 °A. Een dergelijke stap kan op eenvoudige wijze door etsen gevormd worden, gebruik makend van een masker en bij voorkeur gebruikmakend van anodische oxydatie vóór of tijdens het etsen met in dat geval een selectief etsmiddel waarin het gevormde oxyde wel, het halfgeleidermateriaal niet wordt opgelost. De breedte van de stralinsgeleider 15 is ongeveer 3 pm en de lengte, die overeenkomt met de breedte van het tussengebied 17,19, is ongeveer 10 pm, terwijl de lengte en breedte van het strookvormige gebied 13 respectievelijk ongeveer 300 pm en 4 pm bedragen. Door de breedte van de stralingsgeleider 15 kleiner te kiezen dan de breedte van het strookvormige gebied 13 wordt volgens de uitvinding een uittredende stralingsbundel verkregen met een relatief grote symmetrie, met een hoog uitgangsvermogen en opererend in de fundamentele laterale mode.
De afmetingen van het halfgeleiderlichaam bedragen ongeveer 300x320 pm . In dit voorbeeld heeft de tweede opsluitlaag 4 binnen het strookvormige gebied 13 een grotere dikte dan aan weerszijde daarvan waar zich de straling absorberende laag 9 bevindt. Deze plaatselijk grotere dikte is gerealiseerd doordat in de tweede opsluitlaag 4 ter plaatse van het strookvormige gebied 14 een mesa is gevormd. Dit betekent dat de tweede opsluitlaag 4 als een aanvankelijk vlakke laag aangebracht kan worden, hetgeen eveneens met behulp van bijvoorbeeld M0VPE kan gebeuren, hetgeen een voordeel is. De absorberende laag 9 kan eveneens met MOVPE aangebracht worden. Binnen het actief gebied 13' kan dank zij de relatief grote breedte van dat gebied en dank zij de aanwezigheid van de verdere stralingsgeleidende laag 2 straling met een groot vermogen worden opgewekt. Voor een overzicht van de eigenschappen van de halfgeleiderlagen in dit voorbeeld wordt verwezen naar de onderstaande tabel. De aansluitgeleiders bevatten de voor het GaAs/AlGaAs gebruikelijke metalen of metaallegeringen en hebben een gebruikelijke dikte.
Laag: Halfgeleider: Type: Doterings- Dikte: conc.:(at/cm3) (pm) 10 GaAs (substr.) N 2x10^8 350 1,1' Al04Ga06As N 2x1018 1 2,2' Al0f3Ga0f7As N 2x1018 0,3 3 Al0 <|GcIq gAs Of 15 4 Al0 4GaQ 6As P 2x1018 1,5 (0,2) 6 Al04Ga0f6As P 2x1018 0,5 7 Al0|4Ga0 6As N 2x1017 0,6 8 Al0(4GaQ 6As P 2x1017 0,6 9 GaAs N 2x1017 0,4 20 GaAs P 2x1018 1
Aan de hand van de figuren 4 en 5 zal nu aangegeven hoe de beschreven halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding wordt vervaardigd. Figuur 4 toont in bovenaanzicht de maskers 40,41,42 die achtereenvolgens bij de vervaardiging gebruikt worden. De afmetingen van deze maskers 40,41,42 zijn gekozen overeenkomstig de afmetingen van de te vormen halfgeleiderdiodelaser en de daarbinnen gelegen gebieden. Figuur 5 toont in een dwarsdoorsnede de halfgeleiderdiodelaser van figuur 1 in opeenvolgende stadia van vervaardiging waarbij voorzover nodig de positie van de doorsnede aangegeven is in figuur 4. Na polijsten en etsen van een (001) GaAs substraat 10 worden daarop met behulp van MOVPE als aangroeitechniek achtereenvolgens een eerste opsluitlaag 1, een stralingsgeleidende laag 2,2', een actieve laag 3, een tweede opsluitlaag 4 en een contactlaag 20 aangebracht. De dikte, samenstelling en het geleidingstype van elke laag worden hierbij gekozen zoals hierboven aangegeven. Als n-type doteringsbron wordt SiH^ en als p-type doteringsbron wordt DEZn (=Diethylzink) gebruikt. Vervolgens wordt een 0,7 pm dikke laag 60 van S1O2 met behulp van sputteren aangebracht (zie figuur 5a). Hierin wordt een strookvormig masker 40 gevormd binnen een met het te vormen halfgeleiderlichaam 30 overeenkomend gebied (zie figuur 4a). Hierna worden buiten het masker 40 de halfgeleiderlagen 20 en 8 met behulp van gebruikelijke etsmiddelen verwijderd respectievelijk dun geëtst. Hierna wordt met behulp van M0VPE buiten het masker 40 een staling absorberende laag 9 aangebracht. Figuren 5b en 5c tonen een dwarsdoorsnede van de resulterende structuur respectievelijk binnen de gebieden 18 en 17 zoals in figuur 4a aangegeven. Vervolgens wordt met behulp van fotoresist en photolithografie een masker 41 gevormd zoals aangegeven in figuur 4b. Buiten dit masker, in de gebieden 17 en 19, worden de straling absorberende laag 9, de tweede opsluitlaag 4 en de actieve laag door etsen verwijderd. Een dwarsdoorsnede van de resulterende structuur in die gebieden is weergegeven in figuur 5d. Vervolgens wordt een nieuw fotoresist masker 41, 42 (zie figuur 4c) aangebracht dat een strookvormig gebied 42 gelegen in het tussengebied 17,19 omvat. Hierna wordt met behulp van anodische oxydatie een klein deel (ongeveer 400 °A) van de stralingsgeleidende laag 2 buiten het masker omgezet in een halfgeleidermateriaal oxyden bevattende laag die vervolgens in een met water verdunde oplossing van ammonia wordt verwijderd (zie figuur 5e). Nadat de fotoresist verwijderd is en na reinigen worden met behulp van MOVPE achtereenvolgens een vierde opsluitlaag 6, een verdere opsluitlaag 7 en een andere opsluitlaag 8 buiten het Si(>2 bevattende masker 40 aangebracht. Een dwarsdoorsnede van de resulterende structuur volgens de in figuur 4a weergegeven lijnen wordt getoond in figuren 5f en 5g. Nadat de maskerlaag 60 is verwijderd worden op gebruikelijke wijze aansluitgeleiders aangebracht, waarna na klieven, waarbij de spiegelvlakken gevormd worden, de halfgeleiderdiodelaser van figuur 1 verkregen wordt. Bij de werkwijze volgens de uitvinding worden in de stralingsgeleidende laag 2', die hier samenvallend met de verdere stralingsgeleidende laag 2 uitgevoerd wordt, middelen 12 aangebracht waarmee aan weerszijde van de te vormen stralingsgeleider 15 een stap in de effectieve brekingsindex wordt gevormd waaraan verstrooing van een deel van de opgewekte straling. Een dergelijke werkwijze heeft het voordeel dat hierbij MOVPE als aangroeitechniek gebruikt kan worden. Het samenvallen van de stralingsgeleidende lagen 2,2' en de positionering van die lagen onder de actieve laag 3 heeft het voordeel dat de werkwijze eenvoudiger wordt: enerzijds is het aantal te etsen lagen geringer, anderzijds behoeven in totaal minder lagen aangebracht te worden. Het aanbrengen van een stapvormig profiel 12 in de tweede stralinsgeleidende laag 2' binnen het tussengebied 17,19 is een eenvoudig uit te voeren processtap. De hierbij volgens de uitvinding gebruikte anodische oxydatie waarbij de gevormde halfgeleidermateriaal oxyden bevattende laag selectief ten opzichte van het halfgeleidermateriaal van de tweede stralingsgeleidende laag 2' door etsen verwijderd wordt, heeft het voordeel dat hiermee zeer gecontroleerd de stap in de effectieve brekingsindex die de stralingsgeleider 15 vormt, ingesteld kan worden. De werkwijze volgens de uitvinding heeft tevens het voordeel dat ook de halfgeleiderlagen binnen het gebied 18 met behulp van MOVPE aangebracht kunnen worden. Aldus biedt de werkwijze volgens de uitvinding de mogelijkheid om uitsluitend met gebruikmaking van MOVPE als aangroeitechniek van de halfgeleiderlagen de halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding te realiseren. Gezien de eerder genoemde voordelen van de MOVPE techniek, betekent dit dat de werkwijze volgens de uitvinding een bijzonder gunstige vervaardigingswijze vormt.
Figuur 6 toont schematisch gedeeltelijk in perspectief en gedeeltelijk in dwarsdoorsnede een tweede uitvoering van een halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding. De halfgeleiderdiodelaser omvat een halfgeleiderlichaam 30 met een van een aansluitgeleider 11 voorzien substraatgebied 10 van een eerste, hier het n-, geleidingstype en in dit voorbeeld bestaande uit éénkristallijn galliumarsenide. Daarop bevinden zich binnen een strookvormig gebied 13 achtereenvolgens, een eerste opsluitlaag 1 van het eerste, hier het n-, geleidingstype, een stralingsgeleidende laag 2' van het eerste, hier het n-, geleidingstype en die in dit voorbeeld samenvalt met een verdere stralingsgeleidende laag 2, een actieve straling emitterende laag 3, een tweede opsluitlaag die twee halfgeleiderlagen 4,8 van het tweede, hier het p-, geleidingstype omvat, en een contactlaag 20 van het p-geleidingstype die voorzien is van een aansluitgeleider 21, welke lagen zich allen ook aan weerszijde van het strookvormige gebied 13 uitstrekken. In dit voorbeeld bevindt zich de verdere stralingsgeleidende laag 2 onder de actieve laag 3 hetgeen volgens de uitvinding de bij het eerste uitvoeringsvoorbeeld genoemde voordelen heeft. Aan weerszijde van het strookvormig gebied 13 bevindt zich tussen de halfgeleiderlagen 4 en 8 een straling absorberende laag 9 van het tweede, hier het n-, geleidingstype. Onder gebied 13 bevindt zich in de actieve laag 3 een strookvormig straling emitterend actief gebied 13'. De stralingsgeleiders 15 bevinden zich in een tussen het actief gebied 13' en een spiegelvlak 35, 36 gelegen tussengebied 17, 19 waar zich tussen een derde opsluitlaag 1', die in dit voorbeeld samenvalt met de eerste opsluitlaag 1 en ter plaatse van de stralingsgeleiders 15 een ongeveer uniforme dikte heeft, en een vierde opsluitlaag 6 de stralingsgeleidende laag 2' bevindt. De stralingsgeleiders 15 verbinden het actief gebied 13' optisch met het spiegelvlak 35,36 en zijn gevormd met behulp van in de stralingsgeleidende laag 2' aangebrachte middelen 12 waarmee aan weerszijde van de stralingsgeleider 15 een stap in de effectieve brekingsindex is gevormd door verstrooing van een deel van de opgewekte electromagnetische straling. Dit heeft de hierboven bij het eerste voorbeeld genoemde voordelen. Ook in dit voorbeeld omvatten de middelen 12 een dunner zijn van de tweede stralingsgeleidende laag 2' aan weerszijde van de stralingsgeleider 15. De hoogte van de gevormde stap is 400 °A. De afmetingen van de halfgeleiderdiodelaser van dit voorbeeld en de daarin gelegen gebieden zijn dezelfde als die bij het eerste voorbeeld. Ook in dit voorbeeld heeft de tweede opsluitlaag 4 binnen het strookvormige gebied 14 een grotere dikte dan aan weerszijde daarvan waar zich de straling absorberende laag 9 bevindt die met de tweede opsluitlaag 4 een stroomblokkerende pn-overgang 25 vormt, hetgeen het bij het eerste voorbeeld genoemde voordeel heeft. Deze plaatselijk grotere dikte is gerealiseerd doordat de tweede opsluitlaag 4,8 gevormd is door twee halfgeleiderlagen 4,8 van het tweede, hier het p-, geleidingstype welke ter plaatse van het strookvormige gebied 13 aan elkaar grenzen en aan weerszijde van dat gebied van elkaar gescheiden zijn door de straling absorberende laag 9. De tweede opsluitlaag en de straling absorberende laag kunnen met behulp van bijvoorbeeld MOVPE aangebracht worden, hetgeen een voordeel is. Binnen het strookvormige gebied 14 is in de actieve laag 3 een index-guiding van de opgewekte straling verkregen waarbij absorptie van een deel van die straling optreedt. Hierdoor worden hogere laterale modi onderdrukt en kan mede dank zij de relatief grote breedte van het strookvormige gebied 14 een groot vermogen worden opgewekt. Ook in dit voorbeeld bevindt zich volgens de uitvinding op de vierde opsluitlaag 6 welke in dit voorbeeld van het tweede, en dus het p-, geleidingstype is, een verdere opsluitlaag 7 van het eerste, hier het n-, geleidingstype welke met de vierde opsluitlaag 6 een stroomblokkerende pn-overgang 26 vormt, hetgeen het bij het eerste voorbeeld genoemde voordeel heeft. In de figuren 7 en 8 is een dwarsdoorsnede van de halfgeleiderdiodelaser van dit voorbeeld weergegeven die respectievelijk volgens de lijn VII-VII en VIII-VIII van figuur 6 genomen zijn. Voor een overzicht van de eigenschappen van de halfgeleiderlagen in dit voorbeeld wordt verwezen naar de hierboven gegeven tabel. De aansluitgeleiders zijn dezelfde als bij het eerste voorbeeld.
Aan de hand van de figuren 9 en 10 zal nu aangegeven hoe de beschreven halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding wordt vervaardigd. Figuur 9 toont in bovenaanzicht de maskers 41,42,50 die achtereenvolgens bij de vervaardiging gebruikt worden. De afmetingen van deze maskers zijn dezelfde als bij het eerste voorbeeld. Figuur 10 toont in een dwarsdoorsnede de halfgeleiderdiodelaser van figuur 7 in opeenvolgende stadia van vervaardiging waarbij voorzover nodig de positie van de doorsnede is aangegeven in figuur 9. Na polijsten en etsen van een (001) GaAs substraat 10 worden daarop met behulp van M0VPE als aangroeitechniek achereenvolgens een eerste opsluitlaag 1, een stralingsgeleidende laag 2' die in dit voorbeeld samenvalt met een verdere stralingsgeleidende laag 2, een actieve laag 3, een halfgeleiderlaag 4 van het tweede, hier het p-, geleidingstype en met een dikte van ongeveer 0,3 pm en een straling absorberende laag 9 aangebracht. De dikte, samenstelling en het geleidingstype van elke laag worden hierbij voorzover hier niet anders wordt aangegeven gekozen als in de bij het eerste uitvoeringsvoorbeeld gegeven tabel. Vervolgens wordt een 0,3 pm dikke laag 60 van S1O2 met behulp van sputteren aangebracht (zie figuur 10a). Hierin wordt een masker 41 gevormd binnen een met het te vormen halfgeleiderlichaam 30 overeenkomend gebied (zie figuur 9a). Hierna worden buiten het masker 41 de halfgeleiderlagen 3, 4 en 9 met behulp van gebruikelijke etsmiddelen verwijderd (zie figuur 10b). Vervolgens wordt met behulp van fotoresist en photolithografie een masker 41,42 gevormd zoals aangegeven in figuur 9b. Hierna wordt met behulp van anodische oxydatie een klein deel (ongeveer 400 °A) van de stralingsgeleidende laag 2' buiten het masker omgezet in een halfgeleidermateriaal oxyden bevattende laag die hierna in een met water verdunde oplossing vanammonia wordt verwijderd (zie figuur 10c). Nadat de fotoresist verwijderd is en na reinigen worden met behulp van MOVPE achtereenvolgens de vierde opsluitlaag 6 en de verdere opsluitlaag 7 buiten het Si02 bevattende masker 41 aangebracht. Een dwarsdoorsnede van de resulterende structuur ter plaatse van het tussengebied 17,19 wordt getoond in figuur 10d. Nadat de maskerlaag 41,42 is verwijderd wordt in de maskerlaag 60 met behulp van photolithografie en etsen het in figuur 9c getoonde masker 50 gevormd. Met een etsmiddel, bijvoorbeeld een selectief etsmiddel, wordt de straling absorberende laag 9 binnen het strookvormige gebied 13 verwijderd (zie figuur 10e). Na verwijderen van de photoresist en de maskervormende laag 60 en na reinigen worden met behulp van MOVPE achtereenvolgens de halfgeleiderlaag 8 die van het tweede geleidingstype is en een dikte heeft van ongeveer 1 pm en die samen met de halfgeleiderlaag 4 de tweede opsluitlaag vormt en de contactlaag 20 aangebracht. Een dwarsdoorsnede van de resulterende structuur op de in figuur 9c aangegeven plaatsen wordt getoond in de figuren 10f en 10g. Na het aanbrengen van de aansluitgeleiders en het klieven wordt de halfgeleiderdiodelaser van figuur 7 verkregen. Bij de werkwijze volgens de uitvinding worden in de tweede stralingsgeleidende laag 2', die hier samenvallend met de eerste stralingsgeleidende laag 2 uitgevoerd wordt, middelen 12 in de tweede stralingsgeleidende laag 2 aangebracht waarmee aan weerzijde van de in die laag te vormen stralingsgeleider 15 een stap in de effectieve brekingsindex wordt gevormd door verstrooing van een deel van de opgewekte straling. Een dergelijke werkwijze heeft de bij de vervaar-diging van de halfgeleiderdiodelaser van het eerste voorbeeld genoemde voordelen. De werkwijze volgens de uitvinding van dit voorbeeld heeft eveneens het voordeel dat ook de halfgeleiderlagen binnen het gebied 18 met behulp van MOVPE aangebracht kunnen worden. Aldus biedt ook deze werkwijze volgens de uitvinding de mogelijkheid om uitsluitend met gebruikmaking van MOVPE als aangroeitechniek van de halfgeleiderlagen de halfgeleiderdiodelaser volgens de uitvinding en van dit voorbeeld te realiseren.
Opgemerkt wordt dat bij de in figuur 4 en figuur 9 getoonde maskers, slechts het voor de vorming van én halfgeleiderdiodelaser benodigde patroon is getoond. In werkelijkheid is het patroon wederkerend en zodanig aangepast dat een tweedimensionale matrix van aan elkaar grenzende halfgeleiderdiodelasers verkregen wordt.
De uitvinding is niet beperkt tot de gegeven uitvoerinsvoorbeelden, daar voor de vakman binnen het kader van de uitvinding vele modificaties en variaties mogelijk zijn. Zo kan het trapvormig profiel waarmee de stralingsgeleider gevormd wordt ook aan de onderzijde van de stralingsgeleidende laag zitten. Ook kan zowel aan de bovenzijde als aan de onderzijde van deze laag een trapvormig profiel zitten. Een mogelijke verdere variant is die waarbij binnen het strookvormige gebied een door absorptie van straling gerealiseerde indexguiding tot stand wordt gebracht door een een groef opvullende eerste opsluitlaag die zich boven een stroomblokkerende en stralingabsorberende laag bevindt. De hiervoor benodigde groef bevindt zich dan uitsluitend in het strookvormige gebied. Op de eerste opsluitlaag bevindt zich dan bijvoorbeeld de stralingsgeleidende laag waarbij zich aan weerszijde van het strookvormige gebied de straling absorberende laag binnen het versterkingsprofiel van die stralingsgeleidende laag bevindt. In het tussengebied is de stralingsgeleider dan gevormd op dezelfde wijze als in de hierboven gegeven voorbeelden. Andere varianten ontstaan onder meer wanneer andere halfgeleidermaterialen of andere samenstellingen dan de in de voorbeelden genoemde worden toegepast. Zo kan de stralingabsorberende laag aan weerszijde van het actief gebied vervangen worden door een niet absorberende laag waarvan het halfgeleidermateriaal zo gekozen is dat de bandgap groter is dan de bandgap van de actieve laag en dat aan weerszijde van het actief gebied een stap in de effectieve brekingsindex gevormd wordt op soortgelijke wijze als in het tussengebied. Doordat aldus absorptie aan weerszijde van het actief gebied achterwege blijft, worden halfgeleiderdiodelasers met een lagere startstroom en een hogere efficiency verkregen. Door ook deze stap in de effectieve brekingsindex voldoende klein te maken worden lasers verkregen die in de fundamentele laterale mode opereren. Door een relatief smal actief gebied wordt een relatief lage startstroom verkregen en tevens - wanneer ook de stralingsgeleider relatief smal is - een goede koppeling van het actief (;ebied naar de stralingsgeleider. Verder kan de stroomblokkering in plaats van door stroomblokkerende pn-overgangen door een of meer hoogohmige halfgeleiderlagen verzorgd worden. Voorts kan tussen de eerste opsluitlaag en het halfgeleidersusbstraat een zogenaamde bufferlaag zijn aangebracht. Hoewel, althans voor discrete halfgeleiderdiodelasers de stroomtoevoeringsmiddelen veelal bestaan uit hooggedoteerde lagen of gebieden die voorzien zijn van een geleidende laag waarop een aansluitgeleider, bijvoorbeeld in de vorm van een draad, wordt aangebracht, kunnen deze middelen ook andere algemeen bekende stroomtoevoeringsmiddelen zoals een electronenbundel enzovoorts omvatten. In de gegeven uitvoeringsvoorbeelden zijn telkens twee tussengebieden waarin zich telkens een stralingsgeleider bevindt aanwezig. Het is echter zeer wel mogelijk om slechts in een tussengebied een stralingsgeleider te vormen. Aan een van de spiegelvlakken grenzen dan de actieve laag en de eerste stralingsgeleidende laag. Aan dit spiegelvlak kunnen andere maatregelen getroffen worden om spiegeldegradatie tegen te gaan, zoals een spiegelcoating.
De uitvinding is eveneens niet beperkt tot de in de voorbeelden gegeven werkwijzen. Hoewel het een groot voordeel van deze werkwijzen is dat daarbij MOVPE als aangroeitechniek gebruikt kan worden, kan bij een werkwijze volgens de uitvinding ook gebruik gemaakt worden van andere aangroeitechnieken zoals VPE (=Vapor Phase Epitaxy), MBE (=Molecular Beam Epitaxy), CBE (=Chemical Beam Epitaxy) of de eerder genoemde LPE techniek. In de hierboven genoemde variant waarbij de eerste opsluitlaag in en naast het strookvormig gebied gevormd wordt door een een groef opvullende halfgeleiderlaag is het gebruik van LPE zelfs noodzakelijk. Verder is het mogelijk om in een werkwijze volgens de uitvinding de middelen Hin-situM aan te brengen in de tweede stralingsgeleidende laag. Dit kan bijvoorbeeld door bij het aangroeien van deze laag bijvoorbeeld met behulp van een stralinsgsbundel aan weerszijde van de te vormen stralingsgeleider de samenstelling te wijzigen. Dit wijzigen kan bijvoorbeeld de een mengkristal vormende elementen of doteringselementen betreffen.

Claims (19)

1. Halfgeleiderdiodelaser omvattende een halfgeleiderlichaam (30) met een halfgeleidersubstraat (10) van een eerste geleidingstype waarop zich achtereenvolgens ten minste bevinden een eerste opsluitlaag (1) van het eerste geleidingstype, een actieve straling emitterende laag (3), een tweede opsluitlaag (4) van het tweede geleidingstype, waarbij het halfgeleidersubstraat ;10) en de tweede opsluitlaag (4) voorzien zijn van stroomtoevoeringsmiddelen (8,11,21), binnen een van de actieve laag (3) deel uitmakend en onder een strookvormig gebied (13) gelegen actief gebied (13') waarvan de lengterichting nagenoeg loodrecht staat op een buiten het actief gebied (13') gelegen spiegelvlak (35,36), bij voldoend hoge stroomsterkte in de doorlaatrichting coherente electromagnetische straling wordt opgewekt en waarbij zich in een tussen het spiegelvlak (35,36) en het actief gebied (13') gelegen tussengebied (17,19) een stralingsgeleider (15) bevindt die het actief gebied (13') optisch verbindt met het spiegelvlak (35,36) en die zich in een tussen een derde (1') en vierde (6) opsluitlaag gelegen stralingsgeleidende laag (2') bevindt, met het kenmerk, dat de stralingsgeleider (15) in laterale richting is gedefinieerd met behulp van in de stralingsgeleidende laag (2') aangebrachte middelen (12) waarmee aan weerszijde van de stralingsgeleider (15) een stap in de effectieve brekingsindex is gevormd en de binnen het versterkingsprofiel van de stralinsgeleider (15) gelegen delen van de lagen (Γ,2',6) allen een grotere bandgap hebben dan de actieve laag (3).
2. Halfgeleiderdiodelaser volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de stap in de brekingsindex waarmee de stralingsgeleider (15) is gevormd kleiner is dan ongeveer 0,01.
3. Halfgeleiderdiodelaser volgens conclusie 1, of 2, met het kenmerk, dat de middelen (12) omvatten een dunner zijn van de stralingsgeleidende laag (2') aan weerszijde van de stralingsgeleider (15).
4. Halfgeleiderdiodelaser volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de derde opsluitlaag (Γ) een nagenoeg uniforme dikte heeft en de stralingsgeleidende laag (2') in een doorsnede dwars op de stralingsgeleider (15) gezien een trapvormig profiel heeft waarbij de onderzijde van de laag (2') nagenoeg vlak is en de hoogte van de aan de bovenzijde gelegen trede klein is ten opzichte van de dikte van de stralingsgeleidende laag (2').
5. Halfgeleiderdiodelaser volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de dikte van de stralingsgeleidende laag (2') ligt tussen 0,10 en 0,40 pm, de hoogte van de trede ligt tussen 0,01 en 0,1 pm, terwijl de breedte van de stralingsgeleider (15) ligt tussen 1 en 7 pm.
6. Halfgeleiderdiodelaser volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de middelen (12) omvatten dat de samenstelling van de stralingsgeleidende laag (2') aan weerszijde van de stralingsgeleider (15) ten minste over een deel van de dikte van die laag (2') zodanig gewijzigd is dat aan weerszijde van de stralingsgeleider (15) een stap in de effectieve brekingsindex ontstaat.
7. Halfgeleiderdiodelaser volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de middelen (12) omvatten dat de samenstelling van de stralingsgeleidende laag (2') aan weerszijde van of ter plaatse van de stralingsgeleider (15) gewijzigd is door de aanwezigheid van doteringselementen.
8. Halfgeleiderdiodelaser volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat zich tussen de actieve (3) en een van de eerste (1) en tweede (4) opsluitlagen een verdere stralingsgeleidende laag (2) bevindt.
9. Halfgeleiderdiodelaser volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verdere stralingsgeleidende laag (2) tussen de eerste opsluitlaag (1) en de actieve laag (3) ligt en de stralingsgeleidende laag (2') en de verdere stralingsgeleidende laag (2) en de eerste (1) en derde (1') opsluitlaag met elkaar samenvallen.
10. Halfgeleiderdiodelaser volgens een der voorafgaande conclusies, waarbij een der opsluitlagen (1,4) binnen het strookvormige gebied (13) een grotere dikte heeft dan daarbuiten, waar zich een straling absorberende laag (9) bevindt, waarvan de bandgap ongeveer gelijk is aan die van de actieve laag (3), die van het eerste geleidingstype is, met een aangrenzende opsluitlaag (1,4) een stroomblokkerende pn-overgang (25) vormt en die zich binnen het versterkingsprofiel van de verdere stralingsgeleidende laag (2) of van de actieve laag (3) bevindt, met het kenmerk, dat de eerste opsluitlaag (1) een nagenoeg uniforme dikte heeft, de tweede opsluitlaag (4) binnen het strookvormig gebied (13) een grotere dikte heeft dan aan weerszijde daarvan en de straling absorberende laag (9) zich aan weerszijde van het strookvormig gebied (13) op de tweede opsluitlaag (4) bevindt en daarmee de stroomblokkerende pn-overgang (25) vormt.
11. Halfgeleiderdiodelaser volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de tweede opsluitlaag (4) gevormd wordt door één halfgeleiderlaag (4) van het tweede geleidingstype waarin ter plaatse van het strookvormige gebied (13) over een deel van de dikte van de halfgeleiderlaag een mesa (16) is gevormd aan weerszijde waarvan zich de straling absorberende laag (9) bevindt.
12. Halfgeleiderdiodelaser volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de tweede opsluitlaag (4,8) gevormd wordt door twee halfgeleiderlagen (4), (8) van het tweede geleidingstype die binnen het strookvormige gebied (13) aan elkaar grenzen en aan weerszijde daarvan van elkaar gescheiden zijn door de straling absorberende laag (9).
13. Halfgeleiderdiodelaser volgens conclusies 9, 10, 11 of 12, met het kenmerk, dat de vierde opsluitlaag (6) van het tweede geleidingstype is en zich op de vierde opsluitlaag (6) ten minste een verdere opsluitlaag (7) van het eerste geleidingstype bevindt welke ten minste in het tussengebied (17,19) met de vierde opsluitlaag (6) een stroomblokkerende pn-overgang vormt.
14. Halfgeleiderdiodelaser volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de breedte van de stralingsgeleider (15) kleiner is dan de breedte van het actief gebied (13').
15. Werkwijze ter vervaardiging van een halfgeleiderdiodelaser volgens een der voorafgaande conclusies, waarbij op een halfgeleidersubstraat (10) achtereenvolgens ten minste worden aangebracht een eerste opsluitlaag (1) van het eerste geleidingstype, een actieve straling emitterende laag (3), een tweede opsluitlaag (4) van het tweede geleidingstype, met het kenmerk, dat binnen een strookvormig tussengebied (17,19) ten minste de actieve laag (3) en de daarboven gelegen lagen (4,9) worden verwijderd door etsen en binnen het strookvormige tussengebied (17,19) een stralingsgeleidende laag (2') en een vierde opsluitlaag (6) worden aangebracht zodanig dat de stralingsgeleidende laag (2') optisch verbonden is met het actief gebied (13') en dat vóór het aanbrengen van de vierde opsluitlaag (6) een stralingsgeleider (15) in laterale richting wordt gevormd door het aanbrengen van middelen (12) in de stralingsgeleidende laag (2') waarmee aan weerszijde van de stralingsgeleider (15) een stap in de effectieve brekingsindex wordt gevormd.
16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat vóór het aanbrengen van de actieve laag (3) een stralingsgeleidende laag (2,2') wordt aangebracht, binnen het strookvormige tussengebied (17,19) de actieve laag (3) en de daarboven gelegen lagen (4,9) worden verwijderd door etsen en in het strookvormige tussengebied (17,19) de stralingsgeleider (15) in de stralingsgeleidende laag (2',2) wordt aangebracht.
17. Werkwijze volgens conclusie 15 of 16, met het kenmerk, dat de eerste opsluitlaag (1) met een nagenoeg uniforme dikte gevormd wordt en de stralingsgeleidende laag (2') bedekt wordt met een strookvormig masker 42 en buiten het masker 42 gebruik makend van anodische oxydatie over een deel van zijn dikte omgezet wordt in een halfgeleidermateriaal oxyden bevattende laag terwijl tegelijkertijd daarbij of daarna deze halfgeleidermateriaal oxyden bevattende laag in een etstap met een etsmiddel dat selectief is ten opzichte van de stralingsgeleidende laag (2') wordt opgelost.
18. Werkwijze volgens conclusie 15, 16 of 17, met het kenmerk, dat de tweede opsluitlaag (4) gevormd wordt door het aanbrengen van een halfgeleiderlaag (4) waarin ter plaatse van een in het verlengde van de stralingsgeleider (15) gelegen strookvormig gebied (13) een mesa (16) gevormd wordt door de halfgeleiderlaag (4) aan weerszijde van dat gebied (13) door etsen dunner te maken en dat vóór het wegetsen van de lagen (2,3,4,9) in het tussengebied (17,19) aan weerszijde van de mesa (16) een straling absorberende laag (9) van het eerste geleidingstype wordt aangebracht.
19. Werkwijze volgens conclusie 15, 16 of 17, met het kenmerk, dat de tweede opsluitlaag (4,8) gevormd wordt door het aanbrengen van twee halfgeleiderlagen (4), (8) van het tweede geleidingstype waarbij na het aanbrengen van de eerste (4) van die lagen (4),(8) een straling absorberende laag (9) van het eerste geleidingstype wordt aangebracht die met behulp van een masker (50) ter plaatse van een in het verlengde van de stralingsgeleider (15) gelegen strookvormig gebied (13) wordt weggeétst waarna, na verwijderen van het masker (50), de tweede (8) van die lagen (4), (8) wordt aangebracht.
NL8903046A 1989-12-12 1989-12-12 Halfgeleiderdiodelaser en werkwijze ter vervaardiging daarvan. NL8903046A (nl)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8903046A NL8903046A (nl) 1989-12-12 1989-12-12 Halfgeleiderdiodelaser en werkwijze ter vervaardiging daarvan.
EP90203222A EP0432843B1 (en) 1989-12-12 1990-12-07 Semiconductor diode laser and method of manufacturing such a laser
DE69018790T DE69018790T2 (de) 1989-12-12 1990-12-07 Halbleiterdiodenlaser und Verfahren zur Herstellung desselben.
CN90109961.9A CN1027117C (zh) 1989-12-12 1990-12-08 半导体二极管激光器及其制造方法
US07/627,074 US5113405A (en) 1989-12-12 1990-12-12 Semiconductor diode laser having a stepped effective refractive index
JP2409848A JPH03253089A (ja) 1989-12-12 1990-12-12 半導体ダイオードレーザ及びその製造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8903046 1989-12-12
NL8903046A NL8903046A (nl) 1989-12-12 1989-12-12 Halfgeleiderdiodelaser en werkwijze ter vervaardiging daarvan.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8903046A true NL8903046A (nl) 1991-07-01

Family

ID=19855773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8903046A NL8903046A (nl) 1989-12-12 1989-12-12 Halfgeleiderdiodelaser en werkwijze ter vervaardiging daarvan.

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5113405A (nl)
EP (1) EP0432843B1 (nl)
JP (1) JPH03253089A (nl)
CN (1) CN1027117C (nl)
DE (1) DE69018790T2 (nl)
NL (1) NL8903046A (nl)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0766879A2 (en) * 1995-04-19 1997-04-09 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of manufacturing an optoelectronic semiconductor device, in particular a semiconductor diode laser
US7069569B2 (en) * 2000-02-01 2006-06-27 Research Investment Network, Inc. Near-field optical head system with integrated slider and laser
CN100403562C (zh) * 2005-03-15 2008-07-16 金芃 垂直结构的半导体芯片或器件
JP2009105184A (ja) * 2007-10-23 2009-05-14 Sharp Corp 窒化物系半導体レーザ素子とその製造方法
US10658813B2 (en) * 2017-06-09 2020-05-19 Nlight, Inc. Low divergence high brightness broad area lasers

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS568890A (en) * 1979-06-27 1981-01-29 Nec Corp Semiconductor laser and manufacture thereof
US4581742A (en) * 1984-04-10 1986-04-08 Rca Corporation Semiconductor laser having a non-absorbing passive region with beam guiding
JPS63110784A (ja) * 1986-10-29 1988-05-16 Seiko Epson Corp 半導体レ−ザ
JPS63142692A (ja) * 1986-12-04 1988-06-15 Nec Corp 半導体レ−ザ装置
US4727051A (en) * 1986-12-15 1988-02-23 Stauffer Chemical Company Production of halide-and alkoxy-containing magnesium compositions
DE3642988A1 (de) * 1986-12-17 1988-06-30 Schering Ag Herstellung von dialkyl(alkyldimethylsilanolato)aluminium-verbindungen
JPS6477188A (en) * 1987-09-18 1989-03-23 Seiko Epson Corp Semiconductor laser

Also Published As

Publication number Publication date
EP0432843A1 (en) 1991-06-19
DE69018790T2 (de) 1995-12-07
JPH03253089A (ja) 1991-11-12
CN1027117C (zh) 1994-12-21
EP0432843B1 (en) 1995-04-19
DE69018790D1 (de) 1995-05-24
US5113405A (en) 1992-05-12
CN1052576A (zh) 1991-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4943970A (en) Surface emitting laser
US4901327A (en) Transverse injection surface emitting laser
EP0132081B1 (en) Semiconductor laser device
US4190813A (en) Strip buried heterostructure laser
JPH0381317B2 (nl)
JP3095545B2 (ja) 面発光型半導体発光装置およびその製造方法
EP0558856B1 (en) A method for producing a semiconductor laser device
JPH07101768B2 (ja) 半導体レーザ装置及びその製造方法
JPH0656906B2 (ja) 半導体レ−ザ装置
US4269635A (en) Strip buried heterostructure laser
Marclay et al. Scaling of GaAs/AlGaAs laser diodes for submilliampere threshold current
EP0293000B1 (en) Light emitting device
US5071786A (en) Method of making multiple wavelength p-n junction semiconductor laser with separated waveguides
NL8903046A (nl) Halfgeleiderdiodelaser en werkwijze ter vervaardiging daarvan.
EP0284684B1 (en) Inverted channel substrate planar semiconductor laser
Zou et al. Low‐threshold high‐efficiency high‐yield impurity‐induced layer disordering laser by self‐aligned Si‐Zn diffusion
JPH06252448A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法
CA1125897A (en) Strip buried heterostructure laser
Swint et al. 650-mW single lateral mode power from tapered and flared buried ridge laser
JP3410959B2 (ja) 半導体レーザ装置及びその製造方法
KR100261248B1 (ko) 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법
JP2988552B2 (ja) 半導体レーザ装置及びその製造方法
GB2109155A (en) Semiconductor laser manufacture
KR100571842B1 (ko) 레이저 다이오드 및 그 제조방법
JPH11168256A (ja) 発光素子及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed