NL9401193A

NL9401193A - Halfgeleiderlaser en werkwijze voor het produceren hiervan.

Info

Publication number: NL9401193A
Application number: NL9401193A
Authority: NL
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 1995-02-16
Also published as: GB2280311A; JPH0738194A; GB9414551D0; US5528615A; GB2280311B

Description

Halfgeleiderlaser en werkwijze voor het produceren hiervan

De uitvinding heeft betrekking op een halfgelei-derlaser en, meer in het bijzonder, op de produktie van een quantumdraadstructuur of een quantumdoosstructuur, die de oscillatiedrempelstroom van de halfgeleiderlaser kan beperken.

De figuren 12 tot 16 zijn perspectivische aanzichten voor het verklaren van de effecten van quantumdraad- en quantumdoosstructuren, die beschreven zijn in IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. QE-22, nr. 9, september 1986, pp. 1915-1921.

In fig. 12 wordt een actieve basislaag 91 van GaAs met een dikte die groter is dan 200 A opgesloten tussen een bovenste en een onderste bekledingslaag 92, die Al0 2Ga0 BAs omvat. In fig. 13 is een actieve quantumfilmlaag 93 van GaAs met een dikte van 100 A opgesloten tussen een bovenste en een onderste bekledingslaag 92 van Al02Ga08As. In fig. 14 is een quantumdraad 94 van GaAs met een doorsnede van 100 A x 100 A begraven in een bekledingslaag 92 van Al02Ga08As. In fig. 15 is een kubusvormige quantumdoos 95 van GaAs met afmetingen van 100 k x 100 A x 100 A begraven in een bekledingslaag 92 van Al02Ga08As. Fig. 16 is een schema, dat de quantumeffecten illustreert die verkregen zijn in de basislaag 91, de quantumfilm 93, de quantumdraad 94 en de quantumdoos 95 bevattende halfgeleiderlasers, waarbij de ordinaat de maximale versterkingsfactor en de abscis de geïnjecteerde dragerconcentratie toont.

Nu volgt een beschrijving van het principe en de werking.

Wanneer een actieve laag, die als lichtemitterend gebied van een halfgeleiderlaser fungeert, wordt omgeven door materiaal met een bandafstandsenergie, die groter is dan die van de actieve laag, worden geïnjecteerde ladingsdragers opgesloten in de actieve laag met een grote effecti viteit. In deze beschrijving wordt aangenomen, dat het verschil in de bandafstandsenergieën ongeveer 0,26 eV bedraagt. Wanneer de dikte van de in fig. 12 getoonde actieve basislaag 91 beperkt wordt tot minder dan 200 A, wordt de in fig. 13 getoonde quantumfilm 93 verkregen. De quantumfilm 93 levert een grotere versterkingsfactor dan de basislaag 91, zelfs wanneer de concentratie van de tot in de actieve laag geïnjecteerde dragers hetzelfde is. Wanneer dit quantumef-fect wordt toegepast in de dwarsrichting van de quantumfilm 93, wordt de in fig. 14 afgeheelde quantumdraad 94 verkregen. Wanneer verder het quantumeffect wordt toegepast in de longitudinale richting van de quantumdraad, wordt de in fig. 15 afgeheelde quantumdoos 95 verkregen.

Fig. 16 is een schema, dat de berekende maximale versterkingsfactoren van halfgeleiderlasers weergeeft, met inbegrip van de desbetreffende actieve lagen 91, 93, 94 en 95 bij verschillende dragerconcentraties. Zoals in fig. 16 getoond is, neemt, wanneer de dragerconcentratie gelegen is in het gebied tussen 3 - 4 x 1018 cm'3, de maximale versterkingsfactor toe in de grootteorde van de basislaag 91, van de quantumfilm 93, de quantumdraad 94 en de quantumdoos 95.

Omdat de oscillatiedrempelstroom van de laser af-neemt met de toename van de versterkingsfactor, neemt de drempelstroom af met de grootteorde van de basislaag 91, de quantumfilm 93, de quantumdraad 94 en de quantumdoos 95 in het hierboven aangeduide gebied van dragerconcentratie.

Tegenwoordig zijn halfgeleiderlasers, die de actieve basislaag 91 en de quantumfilm 93 omvatten in de praktijk in gebruik. De quantumdraad 94 en de quantumdoos 95 zijn echter niet in de praktijk in gebruik, vanwege problemen bij de vervaardiging ervan.

De quantumdraad 94 is echter onlangs uitgebreid bestudeerd en halfgeleiderlasers, omvattende quantumdraden, worden bij wijze van proef vervaardigd.

Fig. 17 is een doorsnedeaanzicht, dat een halfge-leiderlaser toont met inbegrip van een quantumdraadstruc-tuur, die bijvoorbeeld beschreven is in Journal of Crystal Growth 93 (1988), pp. 850-856).

In de figuur duidt referentienummer lol een GaAs-substraat van het n-type aan met een oppervlakteoriëntatie (100) en een in de richting [011] gerichte, strookvorraige V-groef 109. Referentienummer 109a duidt de bodem van de groef 109 aan. Referentienummer 109b duidt de hellende oppervlakken van de groef 109 aan. Een onderste bekledingslaag 191 van Al0 5Ga0 5As van het n-type met een dikte van 1,25 /im is aangebracht op het oppervlak van het GaAs-substraat 101, dat de V-groef 109 omvat. Een onderste gradatiebekledingslaag 122 van AlxGa1_xAs van het n-type met een dikte van 0,2 μτη is aangebracht op de onderste bekledingslaag 121, waarbij de waarde van x in de samenstelling van de bekledingslaag 122 langzamerhand afneemt in de richting naar boven van 0,5 naar 0,2. Een actieve quantumlaag 123 van GaAs met een dikte van 70 A is aangebracht op de bekledingslaag 122. Referentienum-mers 123a en 123b duiden delen aan van de actieve quantum-laag 123, die men heeft laten groeien op de bodem 109a respectievelijk op het hellende oppervlak 109b van de ¥-vormige groef 109. Een bovenste gradatiebekledingslaag 124 van AlxGa1.xAs van het p-type met een dikte van 0,2 μιη is aangebracht op de actieve laag 123, waarbij de waarde van x in de samenstelling van de bekledingslaag 124 langzamerhand toeneemt in de bovenwaartse richting van 0,2 naar 0,5. Een bovenste bekledingslaag 125 van Al0 sGa0 sAs van het p-type met een dikte van 1,25 μπι is aangebracht op de bekledingslaag 124. Een afdekkingslaag 105 van GaAs van het p-type met een dikte van 0,2 μπι is aangebracht op de bovenste bekledingslaag 125. Een p-zijdige elektrode 107 is aangebracht op de afdeklaag 105 en een n-zijdige elektrode 108 is aangebracht op het achtervlak van het substraat 101. Referentienummer 106 duidt stroomblokkeringsgebieden aan die geproduceerd door protonenimplantatie.

Nu volgt een beschrijving van het produktieproces.

Aanvankelijk wordt de zich in de [011] richting uitstrekkende, strookvormige, V-vormige groef 109 geproduceerd op het oppervlak (100) van het substraat 101 van GaAs van het n-type door gebruik van een etsmiddel omvattende H2S04 : H202 (30 mole %) : H20 (volumeverhouding=l : 8 : 40].

De V-vormige groef 109 is aan de opening ongeveer 5 μιη breed en ongeveer 5 μπι diep.

Daarna worden achtereenvolgens de onderste bekle-dingslaag 121 van AlGaAs, de onderste gradatiebekledingslaag 122 van AlGaAs, de actieve quantumlaag 123 van GaAs, de bovenste gradatiebekledingslaag 124 van AlGaAs, de bovenste bekledingslaag 125 van AlGaAs en de afdeklaag 105 van GaAs aangebracht op het oppervlak van het substraat 101 met de groef 109 door middel van MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition, het organisch chemisch opdampen van metaal) . Bij deze kristalgroei worden de desbetreffende AlGaAs-lagen zodanig aangebracht, dat de vorm van de V-groef wordt gehandhaafd en dat delen van deze lagen, die groeien op het hellende oppervlak van de V-groef iets dikker zijn dan de delen, die groeien op het (100) oppervlak van het substraat 101. De actieve quantumfilmlaag 123 van GaAs heeft een relatief dik (ongeveer 100 A) halve-maanvormig deel 123a tegenover de bodem 109a van de V-vormige groef. Daarentegen is de op het hellende oppervlak van de groef 109b aangebrachte actieve laag 123b slechts 70 A dik. Aldus heeft de actieve laag 123b een bandafstandsenergie die groter is dan die van de halve-maanvormige actieve laag 123a vanwege het guantumeffect. In deze structuur is de halve-maanvormige actieve laag 123a in verticale zin opgesloten tussen de gradatiebekledingslaag 122 en de gradatiebekledingslaag 124, die oorspronkelijk bandafstandsenergieën hebben, die groter zijn dan die van de actieve laag 123, en verder is de actieve laag 123a in dwarsrichting opgesloten tussen de actieve lagen 123b met bandafstandsenergieën die groter zijn dan die van de actieve laag 123a, als gevolg van het verschil in de dikte, hetgeen resulteert in een quantumdraadstructuur.

Het verschil in de bandafstandsenergieën tussen de 100 A dikke, halve-maanvormige, actieve laag 123a en de 70 A dikke, actieve laag 123b bedraagt slechts 0,023 eV, en dit is één orde van grootte kleiner dan het verschil in de bandafstandsenergieën tussen de bekledingslaag en de actieve laag, namelijk 0,26 eV.

Na het kristalgroeiproces worden protonen selectief geïmplanteerd tot in de structuur vanuit het oppervlak van de afdeklaag 105, met uitzondering van een gebied tegenover de halve-maanvormige, actieve laag 123a, waardoor stroomblokkeringsgebieden 106 worden geproduceerd. Daarna wordt de aan de p-zijde aan te brengen elektrode 107 gevormd op de afdeklaag 105, en wordt de aan de n-zijde aan te brengen elektrode 108 gevormd op het achtervlak van het substraat 101 voor het voltooien van de in fig. 18 getoonde halfgeleiderlaser.

Nu volgt een beschrijving van de werking. Wanneer stroom geïnjecteerd wordt over de elektrode 107 aan de p-zijde en de elektrode 108 aan de n-zijde, die verbonden zijn met stroombronnen met een positieve elektrode respectievelijk een negatieve elektrode, vloeit de geïnjecteerde stroom door een gebied tegenover de bodem 109a van de V-vormige groef 109, waar de stroomblokkeringsgebieden 106 afwezig zijn, en bereikt de stroom de quantumdraad 123a, waardoor laseroscillatie ontstaat.

Bij de hierboven beschreven, tot de stand van de techniek behorende halfgeleiderlaser wordt geen bevredigend quantumeffect verkregen, omdat het verschil in de bandaf-standsenergieën tussen de halve-maanvormige actieve laag 123a en de actieve lagen 123b van de hellende oppervlakken van de groef erg klein is.

Om het quantumeffect te verbeteren, is het noodzakelijk het verschil in bandafstandsenergieën in de dwars-richting te vergroten. Bij de tot de stand van de techniek behorende, in fig. 17 getoonde structuur wordt echter het verschil in bandafstandsenergieën in de dwarsrichting geproduceerd door gebruikmaking van het verschijnsel, dat de in de V-groef aangebrachte, actieve laag 123 het relatief dikke deel 123a heeft aan de bodem van de groef, en dat het relatief dunne deel 123b zich tegen het hellend oppervlak van de groef bevindt, welk verschijnsel verkregen wordt onder beperkte omstandigheden met een klein effect. Wanneer bovendien de actieve laag 123a aan de bodem van de groef te dik is, wordt het quantumeffect in de dwarsrichting beperkt.

Hieruit resulteert, dat het moeilijk is het verschil in bandafstandsenergieën van de actieve laag in de dwarsrich-ting te vergroten door het vergroten van het verschil in dikte tussen de actieve laag 123a aan de bodem van de groef en de actieve laag 123b op het hellend oppervlak van de groef.

Wanneer bovendien bij de tot de stand van de techniek behorende structuur wordt verondersteld, dat hetzelfde effect als hierboven beschreven, bereikt wordt wanneer de strookvormige, ν-vormige groef gevormd is in de [011] richting, kan een quantumdoosstructuur worden geproduceerd door het vormen van een uitsparing met de vorm van een omgekeerde piramide op het substraat en het doen groeien van een actieve laag op het substraat. In dit geval is het echter vanwege dezelfde redenen als hierboven moeilijk het verschil in bandafstandsenergieën van de actieve laag in de dwarsrich-ting te vergroten, zodat een quantumdoosstructuur met een verbeterd quantumeffect niet bereikt wordt.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding een halfgeleiderlaser met de structuur van een quantumdraad of een quantumdoos te verschaffen met een verbeterd quantumeffect .

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het vervaardigen van de halfgeleiderlaser.

Andere doeleinden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de volgende gedetailleerde beschrijving. De gedetailleerde beschrijving en specifieke beschreven uitvoeringsvormen dienen slechts ter illustratie, omdat diverse toevoegingen en modificaties binnen de uitvinding na de volgende gedetailleerde beschrijving aan vaklieden duidelijk zullen zijn.

Volgens een eerste aspect van de onderhavige uitvinding omvat een halfgeleiderlaser een halfgeleidersubstraat van een eerste geleidbaarheidstype, dat voorzien is van een tegenover elkaar gelegen eerste en tweede oppervlak, waarbij op het eerste oppervlak van het halfgeleidersub-straat een halfgeleiderlaag van een eerste geleidbaarheids- type is aangebracht, op de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype een dunne actieve laag van GalnP of AlGalnP is aangebracht, welke laag een bandafstandsenergie heeft, die kleiner is dan die van de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype, en een op de actieve laag aangebrachte halfgeleiderlaag van een tweede geleidbaarheidstype, waarvan de bandafstandsenergie groter is dan die van de actieve laag. De halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype heeft een eerste kristalvlak, dat een quantumdraadstructuur van de actieve laag verschaft, en waarvan de tweede kristalvlakken gericht zijn bij tegenover liggende zijden van het eerste kristalvlak. Het eerste kristalvlak vormt een eerste hoek, die kleiner is dan een voorgeschreven hoek met een {100} oppervlak, en het tweede kristalvlak vormt een tweede hoek, die groter is dan de eerste hoek met het {100} oppervlak. De actieve laag is aangebracht onder voorgeschreven groeiomstandigheden, die de actieve laag in een ordenende toestand brengen, waarbij atomen als bestanddelen van de actieve laag regelmatig geordend zijn wanneer de actieve laag aangebracht is op het {100} oppervlak, en waarbij de actieve laag in een niet-geordende toestand, waarin de atomen niet-geordend zijn, wordt gebracht, wanneer de actieve laag is aangebracht op een oppervlak, dat een hoek vormt met het {100} oppervlak. Aldus wordt een halfgeleiderlaser omvattende een quantum-draad met een verbeterd quantumeffect gerealiseerd.

Volgens een tweede aspect van de onderhavige uitvinding omvat een halfgeleiderlaser een halfgeleidersub-straat met een eerste geleidbaarheidstype, dat voorzien is van een tegenover elkaar gelegen eerste en tweede oppervlak, waarbij een halfgeleiderlaag van een eerste geleidbaarheidstype aangebracht is op het eerste oppervlak van het halfge-leidersubstraat, waarbij een dunne actieve laag van GalnP of AlGalnP aangebracht is op de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype, die een bandafstandsenergie heeft, die kleiner is dan die van de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype, en waarbij een halfgeleiderlaag van een tweede geleidbaarheidstype aangebracht is op de actieve laag, die een bandafstandsenergie heeft, die groter is dan die van de actieve laag. De halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype heeft een eerste kristalvlak, dat een quantumdoosstructuur van de actieve laag verschaft, en heeft tweede kristalvlakken, die het eerste kristalvlak omgeven. Het eerste kristalvlak vormt een eerste hoek, die kleiner is dan een voorgeschreven hoek met een {100} oppervlak, en het tweede kristalvlak vormt een tweede hoek, die groter is dan de eerste hoek met het {100} oppervlak. De actieve laag is aangebracht onder voorgeschreven omstandigheden, die de actieve laag in een ordenende toestand brengen, waarbij de atomen als bestanddelen van de actieve laag regelmatig geordend zijn wanneer de actieve laag aangebracht is op het {100} oppervlak, en die de actieve laag in een niet-geordende toestand brengen, waarin de atomen niet-geordend zijn wanneer de actieve laag is aangebracht op een oppervlak, dat een hoek vormt met het {100} oppervlak. Aldus wordt een halfgeleiderlaser, omvattende een quantumdoos met een verbeterd quantumeffect gerealiseerd.

Volgens een derde aspect van de onderhavige uitvinding wordt bij een werkwijze voor het produceren van een halfgeleiderlaser aanvankelijk een halfgeleidersubstraat van een eerste geleidbaarheidstype vervaardigd, dat voorzien is van een tegenover elkaar liggend eerste en tweede oppervlak. Vervolgens wordt een halfgeleiderlaag van een eerste geleidbaarheidstype op het eerste oppervlak van het halfgeleidersubstraat gevormd, zodat de halfgeleiderlaag een streepvor-mig eerste kristalvlak heeft, dat een eerste hoek, kleiner dan een vooraf bepaalde hoek insluit met een {100} oppervlak, en streepvormige tweede kristalvlakken, die aangebracht zijn aan tegenover liggende zijden van het eerste kristalvlak, en die een tweede hoek, groter dan de eerste hoek insluiten met het {100} oppervlak. Vervolgens wordt een dunne actieve laag van GalnP of AlGalnP met een bandafstandsenergie, kleiner dan die van de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype aangebracht op de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype onder vooraf bepaalde groeiomstandigheden, die de actieve laag in een ordenende toestand brengen, waarbij atomen als bestanddelen van de actieve laag regelmatig geordend zijn wanneer de actieve laag aangebracht is op het {100} oppervlak, en die de actieve laag in een niet-geordende toestand brengen, waarin de atomen niet-geordend zijn wanneer de actieve laag aangebracht wordt op een oppervlak, dat een hoek insluit met het {100} oppervlak. Vervolgens wordt een halfgeleiderlaag van het tweede geleidbaarheidstype met een bandafstandsener-gie groter dan die van de actieve laag aangebracht op de actieve laag. Aldus wordt een quantumdraad omvattende half-geleiderlaser met een verbeterd quantumeffect geproduceerd.

Volgens een vierde aspect van de onderhavige uitvinding wordt bij een werkwijze voor het produceren van een halfgeleiderlaser aanvankelijk een halfgeleidersubstraat van een eerste geleidbaarheidstype vervaardigd, dat voorzien is van een tegenover elkaar gelegen eerste en tweede oppervlak, en wordt op het eerste oppervlak van een halfgeleidersubstraat een halfgeleiderlaag van een eerste geleidbaarheidstype aangebracht, zodat de halfgeleiderlaag een eerste kristalvlak heeft, die een eerste hoek vormt, die kleiner is dan een vooraf bepaalde hoek met een {100} oppervlak, en waarbij tweede kristalvlakken het eerste kristalvlak omgeven, en een tweede hoek vormen met het {100} oppervlak, die groter is dan de eerste hoek. Daarna wordt een actieve laag van GalnP of AlGalnP met een bandafstandsenergie, die kleiner is dan die van de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype aangebracht op de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype onder vooraf bepaalde groeiom-standigheden, die de actieve laag in een ordenende toestand brengen, waarbij atomen als bestanddelen van de actieve laag regelmatig geordend zijn wanneer de actieve laag wordt aangebracht op het {100} oppervlak, en die de actieve laag in een niet-geordende toestand brengen, waarin de atomen niet-geordend zijn, wanneer de actieve laag wordt aangebracht op een oppervlak, dat een hoek insluit met het {100} oppervlak. Vervolgens wordt een halfgeleiderlaag van een tweede geleidbaarheidstype met een bandafstandsenergie, die groter is dan die van de actieve laag, op de actieve laag aangebracht. Aldus wordt een een quantumdoos bevattende halfgeleiderlaser met een verbeterd quantumeffect geproduceerd.

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen, waarin: fig. 1 een perspectivisch aanzicht is, dat een halfgeleiderlaser in overeenstemming met een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding weergeeft; fig. 2 een dwarsdoorsnedeaanzicht is, dat schematisch een deel van de halfgeleiderlaser van fig. 1 illustreert ; fig. 3(a)- (e) perspectivische aanzichten zijn, die processtappen weergeven in een werkwijze voor het vervaardigen van de halfgeleiderlaser van fig. l; fig. 4 een schema is, dat een kristalstructuur van een GalnP-laag toont, die onder vooraf bepaalde groeiomstan-digheden is aangebracht op een (100) oppervlak; fig. 5 een schema is, dat een kristalstructuur toont van een GalnP-laag, die onder vooraf bepaalde groeiom-standigheden is aangebracht op een oppervlak, dat een vooraf bepaalde hoek insluit met het (100) oppervlak, ,* fig. 6 een schema is, dat de relatie weergeeft tussen PL (fotoluminicentie) piekenergieën van lagen van Ga0 5In0 5P en (Al0 5Ga0 5) 0 5In0 SP en afwijkingshoeken ten opzichte van de [011] richtingen van GaAs-substraten; fig. 7 een perspectivisch aanzicht is, dat een halfgeleiderlaser in overeenstemming met een tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding illustreert; fig. 8 een doorsnedeaanzicht is, dat schematisch een deel van de in fig. 7 getoonde halfgeleiderlaser toont; fig. 9 een doorsnedeaanzicht is, dat schematisch een deel toont van een halfgeleiderlaser in overeenstemming met een derde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; fig. 10 een perspectivisch aanzicht is voor het verklaren van een halfgeleiderlaser in overeenstemming met een vierde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; fig. 11 een perspectivisch aanzicht is voor het verklaren van een halfgeleiderlaser in overeenstemming met een vijfde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding; fig. 12 een perspectivisch aanzicht is, dat een actieve basislaag toont; fig. 13 een perspectivisch aanzicht is, dat een actieve quantumfilmlaag toont; fig. 14 een perspectivisch aanzicht is, dat een actieve quantumdraadlaag toont; fig. 15 een perspectivisch aanzicht is, dat een actieve quantumdooslaag toont; fig. 16 een schema is voor het verklaren van de quantumeffecten als gevolg van de quantumfilmstructuur, de quantumdraadstructuur en de quantumdoosstructuur; en fig. 17 een doorsnedeaanzicht is, dat een deel illustreert van een een quantumdraadstructuur volgens de stand van de techniek omvattende halfgeleiderlaser.

Fig. 1 is een perspectivisch aanzicht, dat een halfgeleiderlaser in overeenstemming met een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvoering toont, en fig. 2 is een doorsnedeaanzicht, dat schematische een deel van de halfgeleiderlaser illustreert. In de figuren duidt referen-tienummer 1 een GaAs-substraat van het n-type aan, waarvan het oppervlak een oriëntatie (100) heeft. Het substraat 1 omvat een strookvormige groef 11, die voorzien is van een dwarsdoorsnede met de vorm van een omgekeerd trapezium, en dat zich uitstrekt in de richting [011]. De groef 11 omvat een bodemoppervlak 11a met oriëntatie (100) en hellende zijvlakken 11b. De hoek Θ1 tussen het oppervlak 11a (100) en het hellende oppervlak llb bedraagt 45°. Op het substraat l is een onderste bekledingslaag 2 van (Al Ga ) In P van het n-type met een dikte van 1 μτη aangebracht. De onderste bekledingslaag 2 omvat een deel 2a, dat aangebracht is op het oppervlak 11a (100) en delen 2b, die aangebracht zijn op de hellende oppervlakken llb. Op de onderste bekledingslaag 2 is een onderste gradatiebekledingslaag 3 van (AlxGa1 _x)0 5In0 5P van het n-type met een dikte van 0,2 μτη. aangebracht, waarbij de waarde van x in de samenstelling langzamerhand afneemt in neerwaartse richting van 0,5 naar 0,2. Op de gradatiebekledingslaag 3 is een actieve quantum-laag 4 van Ga0 sIn0 SP met een dikte van 100 A aangebracht. De actieve laag 4 omvat een deel 4a, dat aangebracht is op het bodemvlak met oriëntatie (100) van de groef en delen 4b, die aangebracht zijn op de hellende oppervlakken van de groef. Een bovenste gradatiebekledingslaag 5 van (Al^Ga^J^ln^P van het p-type is aangebracht op de actieve laag 4, waarbij de waarde van x in de samenstelling langzamerhand toeneemt naar boven van 0,2 naar 0,5. Op de gradatiebekledingslaag 5 is een bovenste bekledingslaag 6 van (Al0 sGa0 5) 0 sIn0 5P van het p-type aangebracht met een dikte van 2 μτη. Op de bovenste bekledingslaag 6 is een con-tactlaag 7 van GaAs van het p-type met een dikte van 0,2 μτη aangebracht. Op de contact-laag 7 is een elektrode 9 voor de p-zijde aangebracht, en op het achtervlak van het substraat 1 is een elektrode 10 voor de n-zijde aangebracht. Referentienummer 8 duidt stroorablok-keringsgebieden aan, die geproduceerd worden door protonenimplantatie .

Een werkwijze voor de vervaardiging van de in de figuren 1 en 2 getoonde laserstructuur is geïllustreerd in de figuren 3(a)-3(e). In deze figuren duiden dezelfde referent ienummer s als in de figuren 1 en 2 dezelfde of overeenkomstige onderdelen aan.

Aanvankelijk, zoals in fig. 3(a) is weergegeven, wordt een maskerpatroon 15 met een zich in de [011] richting vormende strookvormige opening gevormd op het (110) oppervlak van het GaAs-substraat 1 van het n-type.

In de stap van fig. 3(b) wordt het substraat l geëtst met een een etsmiddel omvattende H2S04 : H202 (30 mol %) : H20 (volumeverhouding = 8:1:1) voor het vormen van de strookvormige groef 11 met de dwarsdoorsnede van een omgekeerd trapezium.

Na het verwijderen van het maskerpatroon 15 (in fig. 3(c)) worden de onderste bekledingslaag 2, de gradatiebekledingslaag 3, de actieve laag 4, de gradatiebekledingslaag 5, de bovenste bekledingslaag 6, en de contactlaag 7 achtereenvolgens aangebracht door middel van MOCVD (fig.

3 (d)) .

In de stap van fig. 3(e) wordt een maskerpatroon 16 gevormd op een deel van de contactlaag 7 tegenover een gebied waar een stroomtrajeet geproduceerd wordt en worden protonen geïmplanteerd vanuit het oppervlak van de contactlaag 7 voor het produceren van stroomblokkeringsgebieden 8. Na het verwijderen van het maskerpatroon 16 wordt op de contactlaag 7 een elektrode 9 voor de p-zijde aangebracht en wordt op het achtervlak van het substraat 1 een elektrode 10 voor de n-zijde aangebracht, waardoor de laserstructuur van fig. 1 wordt voltooid.

Fig. 6 is een schema, dat de relatie toont tussen PL-piekenergieën van lagen van Ga0 5In0 SP en (Al cGa„ cIn„-P en hoeken van GaAs-substraten, die afwij-ken vanaf het oppervlak (100) naar de richting [011], zoals beschreven is in "IEEE Journal of Quantum Electronics", vol. 27, nr. 6, juni 1991, pp. 1483 - 1489. Wanneer op een GaAs-substraat met een oppervlak (100) (afwijkingshoek = 0°) een laag Ga In0)SP wordt aangebracht, en op een oppervlak, dat een voorgeschreven hoek insluit met het oppervlak (100) (hierna aangeduid als een oppervlak met een afwijkingshoek) door middel van MOCVD met een groeitemperatuur van 680°C en een V/III-verhouding van 550, heeft een deel van de op het oppervlak met een afwijkingshoek gegroeide laag een bandaf-standsenergie die groter is dan die van het deel, dat aangebracht is op de laag (100). Wanneer de afwijkingshoek groter is dan 7°, overschrijdt het verschil in bandafstandsenergie-en tussen deze delen 0,074 eV.

Deze verschuiving van de bandafstandsenergie wordt toegekend aan de kristalstructuur van de aangebrachte GalnP-laag. Wanneer onder de hierboven beschreven groeiomstandig-heden een GalnP-laag wordt aangebracht, heeft de op het (100) oppervlak aangebracht GalnP-laag een kristalstructuur, die schematisch getoond is in fig. 4, waarin de Ga-atomen 20, P-atomen 21 en In-atomen 22 regelmatig zijn geordend. Hierna wordt deze toestand aangeduid met de geordende toestand. Wanneer daarentegen de GalnP-laag wordt aangebracht op het oppervlak met een afwijkende hoek, ontstaat een kristalstructuur, die schematisch getoond is in fig. 5, waarbij de Ga-atomen 20 en de In-atomen 22 niet periodiek gerangschikt zijn, dat wil zeggen dat deze atomen niet-geordend zijn, waardoor de bandafstandsenergie van de GalnP-laag wordt vergroot. Hierna wordt deze toestand aangeduid met de niet-geordende toestand. De reden, waardoor de bandafstandsenergie vergroot wordt met de toename van de afwij-kingshoek, is, dat de mate van afwijking van de ordening toeneemt met de toename van de afwijkingshoek. De relatie tussen het GalnP-kristal en de verschuiving van de bandafstandsenergie is meer in detail beschreven in Applied Physics Letters, vol. 59, nr. 9 (1989), pp. 1360 - 1367.

Bij deze eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding neemt het verschil in bandafstandsenergieën in de dwarsrichting toe door gebruikmaking van het hierboven beschreven mechanisme. Meer in het bijzonder wordt de strookvormige groef 11 met een dwarsdoorsnede met de vorm van een omgekeerd trapezium gevormd op het GaAs-substraat 1 in de richting (100), waardoor het substraat 1 een strook-vormig oppervlak 11a met oriëntatie (100) heeft, op de bodem van de groef 11, en oppervlakken 11b aan tegenoverliggende zijden van het oppervlak 11a met oriëntatie (100) heeft, die een afwijkingshoek hebben van 45°. Wanneer de kristalgroei wordt uitgevoerd op het substraat 1 met de groef 11 in de hierboven beschreven groeiomstandigheden zijn de AlGalnP-laag 2a en de GalnP-laag 4a, die aangebracht zijn op het oppervlak 11a met oriëntatie (100) (afwijkingshoek =0°) in de geordende toestand, die in fig. 4 getoond is, en zijn de AlGalnP-laag 2b en de GalnP-laag 4b, die aangebracht zijn op de vlakken llb met een afwijkingshoek van 45° in de in fig.

5 getoonde niet-geordende toestand. Aldus is bij deze structuur de actieve quantumdraadlaag 4a, die tegenover het bodemvlak 11a van de groef ligt, in verticale richting opgesloten tussen de gradatiebekledingslaag 5 en de grada-tiebekledingslaag 3, omvattende (AlxGa1_x) 0 5In0 5P met een grote bandafstandsenergie. Verder is de actieve laag 4a in dwarsrichting opgesloten door de actieve lagen 4b, die gegroeid zijn in de niet-geordende toestand en die een grote bandafstandsenergie hebben. Het verschil in bandafstands-energieën tussen de actieve quantumdraadlaag 4a en de actieve lagen 4b bedraagt 0,074 eV, en dit is ongeveer 3 maal zo groot als dat van de tot de stand van de techniek behorende laserinrichting. Aldus wordt een verbeterde quantumdraad-structuur geproduceerd en wordt een bevredigend quantumef-fect verkregen. Bij het kristalgroeiproces is de groeisnel-heid op de strookvormige bodem lla van de groef ongeveer gelijk aan de groeisnelheid op het hellend oppervlak 11b van de groef, zodat de breedte w2 van het oppervlak (100) van de gradatiebekledingslaag (3) en de breedte wl van het bodemop-pervlak van de strookvormige groef de volgende relatie hebben: w2 = wl - 2 tan{R - (2R - 01)/2} . (tl + t2), waarbij tl de dikte van de onderste bekledingslaag 2 en t2 de dikte van de gradatiebekledingslaag 3 is.

Wanneer bij deze eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding de breedte wl van het bodemoppervlak van de strookvormige groef ongeveer 1 μτη bedraagt, bedraagt de breedte w2 van het (100) oppervlak van de bekledingslaag 3 dan ook ongeveer 0,01 μτη, zodat de op het (100) oppervlak aangebrachte actieve laag 4a een breedte heeft die kleiner is dan de 200 A, die noodzakelijk is voor een quantumdraad.

Bij deze eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zijn, wat de onderste bekledingslaag 2, de gradatiebekledingslaag 3, de gradatiebekledingslaag 5 en de bovenste bekledingslaag 6 betreft, de bandafstandsenergieën van deze op het bodemvlak van de groef aangebrachte lagen verschillend van de bandafstandsenergieën van deze lagen, die aangebracht zijn op het hellend oppervlak llb. De verschillen in de bandafstandsenergieën vergroten echter niet het effect van de quantumdraad.

Fig. 7 is een perspectivisch aanzicht, dat een halfgeleiderlaser in overeenstemming met een tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding toont, en fig. 8 is een doorsnedeaanzicht, dat schematisch een deel van de in fig. 7 getoonde halfgeleiderlaser illustreert. In deze figuren duidt referentienutnmer 31 een substraat van GaAs van het n-type aan met een oppervlakteoriëntatie (100). Op het substraat 31 is een onderste bekledingslaag 32 van (Al0 sGa0 s)0 sIn0 5P van het n-type aangebracht. De onderste bekledingslaag 32 heeft een strookvormige richel 41 met een trapeziumvormige dwarsdoorsnede, die zich uitstrekt in de richting [011] . De strookvormige richel 41 heeft een bovenvlak 41a met oriëntatie (100) en heeft hellende vlakken 41b. De onderste bekledingslaag 32 heeft bij de richel 41 een dikte van 1 μτη, en is in delen buiten de richel 41 0,2 μχα dik. Een onderste gradatiebekledingslaag 33 van (Al Ga. )„ cIn. .P van het n-type met een dikte van 0,2 μτη is aangebracht op de onderste bekledingslaag 32, waarbij de waarde van x in de samenstelling langzamerhand afneemt naar boven toe van 0,5 naar 0,2. Een actieve quantumfilmlaag 34 van Ga0 5In0 5P met een dikte van 100 A is aangebracht op de gradatiebekledingslaag 33. De actieve laag 34 omvat een deel 34a, dat door groeien is aangebracht op het oppervlak (100) van de bekledingslaag 33, dat gevormd is tegenover het bovenvlak 41a (100) van de richel 41, en delen 34b, die aangebracht zijn op de hellende oppervlakken van de bekledingslaag 33 die aangebracht zijn tegenover de hellende oppervlakken 41b van de richel 41. Op de actieve laag 34 is een bovenste gradatiebekledingslaag 35 van (A^Ga^)0 5In0 5P van het p-type met een dikte van 0,2 μτη aangebracht, waarbij de waarde van x in de samenstelling langzamerhand toeneemt in bovenwaartse richting van 0,2 naar 0,5. Op de bekledingslaag 35 is een bovenste bekledingslaag 36 van (Al0 sGao s) 0 5In0 5P van het p-type aangebracht met een dikte van 2 μτη. Op de bovenste bekledingslaag 36 is een con-tactlaag 37 van GaAs van het p-type met een dikte van 0,2 μτη aangebracht. Op de contactlaag 37 is een elektrode 39 voor de p-zijde aangebracht, en op het achtervlak van het substraat 31 is een elektrode 40 voor de n-zijde aangebracht. Referentienummer 38 duidt stroomblokkeringsgebieden aan, die door protonenimplantatie zijn gevormd.

Hierna volgt een beschrijving van het produktie- proces.

Aanvankelijk wordt de onderste bekledingslaag 32 met een dikte van 1 pon door middel van groeien aangebracht op het GaAs-substraat 31 van het n-type met oriëntatie (100). Hierna wordt op de onderste bekledingslaag 32 een zich in de richting [011] uitstrekkend strookvormig masker-patroon gevormd. Vervolgens wordt de onderste bekledingslaag 32 selectief geëtst met een etsmiddel, dat H2S04 : H20 omvat (volumeverhouding =1:1) voor het vormen van de strookvor-mige richel 41 met een trapeziumvormige dwarsdoorsnede. De breedte van het bovenvlak 41 van de richel is smaller dan 0,01 pon. Na verwijdering van het maskerpatroon worden achtereenvolgens de gradatiebekledingslaag 33, de actieve laag 34, de gradatiebekledingslaag 35, de bovenste bekledingslaag 36, en de contactlaag 37 door middel van MOCVD aangebracht op de onderste bekledingslaag 32. Daarna wordt op een deel van de contactlaag 37 tegenover een gebied waar een stroom-traject geproduceerd wordt een strookvormig maskerpatroon gevormd en worden vanuit het oppervlak van de contactlaag 37 protonen geïmplanteerd, waardoor de stroomblokkeergebieden 38 worden gevormd. Na verwijdering van het maskerpatroon wordt de elektrode 39 van de p-zijde op de contactlaag 37 gevormd, en wordt de elektrode 40 door de n-zijde gevormd op het achtervlak van het substraat 31, waarna kloven plaatsvindt voor het produceren van resonantievlakken, waarmee de in fig. 8 getoonde halfgeleiderlaser wordt voltooid. Bovendien bevindt bij deze tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding de op het bovenvlak 41a van de richel gevormde actieve laag 34a zich in de geordende toestand, en bevinden de op de hellende oppervlakken 41b van de richel gevormde actieve lagen 34b zich in de niet-geordende toestand. Aldus wordt, evenals bij de eerste uitvoeringsvorm van deze uitvinding, een quantumdraadstructuur verkregen, met een verbeterd drageropsluitingseffect in de dwarsrichting van de actieve laag, en met een bevredigend quantumeffect verkregen.

Bij deze tweede uitvoeringsvorm wordt de strook-vormige richel niet op het GaAs-substraat 31 gevormd, maar wordt deze gevormd op de op het substraat-31 gevormde bekledingslaag 32. De reden is de volgende: omdat de bandafstand- senergie van het GaAs-substraat 31 kleiner is dan die van de actieve laag 34 van GalnP, zou, wanneer de actieve laag 34 en het substraat 31 dicht bij elkaar zouden zijn aangebracht, absorptieverlies van in de actieve laag door het substraat geproduceerd licht toenemen, hetgeen zou resulteren in een toename van de oscillatiedrempelwaarde. Om dit probleem te vermijden moet tussen de actieve laag en het substraat de onderste bekledingslaag 32 met een bandaf-standsenergie groter dan die van de actieve laag 34 en met een voldoende dikte (ongeveer 1 μτη) worden aangebracht.

Wanneer daarentegen kristalgroei wordt uitgevoerd op de strookvormige richel met een trapeziumvormige dwarsdoorsnede, in tegenstelling tot de kristalgroei in de strookvormige groef 11 met een dwarsdoorsnede met de vorm van een omgekeerd trapezium, zoals bij de eerste uitvoeringsvorm, neemt de breedte van het oppervlak in de richting (100) tussen oppervlakken met een afwijkende hoek, dat wil zeggen de breedte van het bovenvlak van de richel, toe tijdens het voortschrijden van de kristalgroei. Wanneer dan ook een strookvormige richel met een trapeziumvormige dwarsdoorsnede op een GaAs-substraat gevormd wordt, en een voldoende dikke onderste bekledingslaag en een gradatiebekle-dingslaag op het GaAs-substraat worden gevormd, is de breedte van het (100) oppervlak van de gradatiebekledingslaag tegenover het bovenvlak van de richel te breed voor het verschaffen van een bevredigend quantumeffect in de breedte-richting van de actieve laag. Bij deze tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de strookvomige richel 41 met een trapeziumvormige dwarsdoorsnede gevormd op de. onderste bekledingslaag 32, die op het substraat 31 wordt aangebracht, en wordt de dunne gradatiebekledingslaag 33 op de onderste bekledingslaag 32 aangebracht. Aldus wordt het vergroten van de breedte van de op het bovenvlak van de richel gevormde laag onderdrukt. Verder bevindt de voldoende dikke onderste bekledingslaag zich tussen de actieve laag en het substraat.

Fig. 9 is een doorsnedeaanzicht, dat op schematische wijze een deel van een halfgeleiderlaser in overeen stemming met de derde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding illustreert. In de figuur duidt referentienummer 51 een GaAs-substraat van het n-type aan met een oppervlak met oriëtatie (100). Op het substraat 51 is een onderste bekledingslaag 52 van (Al0 5Ga0 s) 0 5In0 5P van het n-type aangebracht. De onderste bekledingslaag 52 omvat een rooster 61 dat gevormd wordt door een periodiek patroon van strook-vormige richels en strookvormige groeven, die afwisselend gerangschikt zijn in de richting [011]. Referentienummer 61 duidt bovenvlakken (100) aan van de desbetreffende strookvormige richels van het rooster 61, en nummer 61b duidt ondervlakken (100) aan van de desbetreffende strookvormige groeven van het rooster, en nummer 61c duidt hellende oppervlakken van het rooster aan. De onderste bekledingslaag 52 is aan de bovenzijde van de richel 1 μτη dik, en aan de bodem van de groef 0,2 μιη dik. Een onderste gradatiebekledingslaag 53 van (AlxGax_x) 0 sIn0 5P van het n-type is aangebracht op de onderste bekledingslaag 52, waarbij de waarde van x in de samenstelling langzamerhand afneemt in de richting naar boven van 0,5 naar 0,2. Een actieve laag 54 van Ga0 ,sIno,sP met een quantumfilmstructuur en met een dikte van 100 A is op de bekledingslaag 53 aangebracht. De actieve laag 54 omvat delen 54a, die aangebracht zijn op de oppervlakken (100) van de gradatiebekledingslaag 53 tegenover de bovenvlakken 61a van de strookvormige richels van het rooster 61, en delen 54b die aangebracht zijn op de oppervlakken (100) van de gradatiebekledingslaag 53 tegenover de bodemvlakken 61b van de desbetreffende groeven van het rooster 61, alsmede delen 54c die zijn aangebracht op de hellende vlakken van de gradatiebekledingslaag 53 tegenover de hellende oppervlakken 61c van rooster 61. Op de actieve laag 54 is.een bovenste gradatiebekledingslaag 55 van (AlxGa1.x) 0 5In0 SP van het p-type met een dikte van 0,2 μπι aangebracht, waarbij de waarde van x in de samenstelling langzamerhand toeneemt in de richting naar boven van 0,2 naar 0,5. Op de bekledingslaag 55 is een bovenste bekledingslaag 56 van (Al0 5Ga0 5) 0 5In0 5P van het p-type aangebracht. Op de bovenste bekledingslaag 56 is een contactlaag 57 van GaAs van het p- type met een dikte van 0,2 μνα. aangebracht. Op de contactlaag 57 is een elektrode 59 voor de p-zijde aangebracht, en op het achtervlak van het substraat 51 is een elektrode 60 voor de n-zijde aangebracht. Referentienummer 58 duidt door protonenimplantatie geproduceerde stroomblokkeringsgebieden aan.

Nu volgt een beschrijving van het produktieproces.

Aanvankelijk wordt op het zich in de richting (100) strekkend oppervlak van het substraat 51 van GaAs van het n-type de onderste bekledingslaag 32 aangebracht met een dikte van 1 μπι. Vervolgens wordt op de onderste bekledingslaag 52 een aantal zich elk in de [011] richting uitstrek-kende strookvormige maskers aangebracht. Vervolgens wordt de onderste bekledingslaag 52 geëtst met een etsmiddel, dat H2S04 : H20 (volumeverhouding = 1:1) omvat voor het vormen van het rooster 61, dat het periodieke patroon van strookvormige richels en strookvormige groeven omvat, die afwisselend gerangschikt zijn in de richting [011]. Na het verwijderen van het maskerpatroon worden achtereenvolgens de gradatiebekledingslaag 53, de actieve laag 54, de gradatie-bekledingslaag 55, de bovenste bekledingslaag 56 en de contactlaag 57 aangebracht. Naarmate de kristalgroei voortschrijdt neemt de breedte van het oppervlak in de groef van het rooster langzamerhand af, terwijl de breedte van het bovenvlak van de richel van het rooster langzamerhand toeneemt. Om de breedte van de tegenover het bodemvlak 61 van de groef aangebrachte actieve laag 54 gelijk te maken aan de breedte van de tegenover het bovenvlak 61 van de richel aangebrachte actieve laag 54, moet dan ook de breedte w3 van het bodemvlak (100) van de groef groter zijn dan de breedte w4 van het bovenvlak (100) van de richel.

Daarna wordt een maskerpatroon gevormd op een deel van de contactlaag 57 tegenover een gebied waar een stroom-traject geproduceerd wordt, en worden protonen geïmplanteerd vanuit het oppervlak van de contactlaag 57 voor het vormen van de stroomblokkeringsgebieden 58. Na het verwijderen van het maskerpatroon wordt op de contactlaag 57 de elektrode 59 voor de p-zijde aangebracht en wordt op het achtervlak van het substraat 51 de elektrode 60 voor de n-zijde aangebracht, gevolgd door het klieven voor het produceren van resonantievlakken, waarmee de in fig. 9 getoonde halfgelei-derlaser wordt voltooid.

Tevens bevinden bij deze derde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding de tegenover het bovenvlak (100) 61a van de strookvormige richel van het rooster gevormde actieve laag 54a en de tegenover het bodemvlak (100) 61b van de strookvormige groef van het rooster gevormde actieve laag 54b zich in de geordende toestand, en bevindt de zich op het hellend oppervlak 61c van het rooster gevormde actieve laag 54c zich in de niet-geordende toestand, zodat het dragerop-sluitingseffect in de dwarsrichting van de actieve laag verbeterd wordt, evenals bij de hierboven beschreven eerste en tweede uitvoeringsvormen, hetgeen resulteert in quantum-draden met een verbeterd quantumeffeet.

Bovendien omvat de onderste bekledingslaag 52 het rooster 61, dat voorzien is van strookvormige richels en groeven die afwisselend gerangschikt zijn in de [011] richting, en zijn de quantumdraden geproduceerd tegenover de bovenvlakken 61a en de bodemvlakken 61b van de richels respectievelijk de groeven van het rooster. Aldus worden in hoge mate geïntegreerde quantumdraden gerealiseerd.

Fig. 10 is een perspectivisch aanzicht voor het verklaren van een halfgeleiderlaser in overeenstemming met een vierde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. In de figuur duidt referentienummer 71 een substraat van GaAs van het n-type aan met een oppervlakteoriëntatie (100), en met een aantal uitsparingen 72. Elke uitsparing 72 heeft de vorm van een omgekeerde en afgeknotte piramide, en elk van de vier hellende vlakken van de uitsparing 72 sluit een hoek van 45° in met het oppervlak (100) . Het oppervlak van het bodemvlak van de uitsparing 72 bedraagt ongeveer 1 (imx 1 μπι.

Tijdens de produktie worden, evenals bij de hierboven beschreven eerste uitvoeringsvorm achtereenvolgens een onderste bekledingslaag, een onderste gradatiebekledings-laag, een actieve laag, een bovenste gradatiebekledingslaag, een bovenste bekledingslaag, en een contactlaag door kristalgroei gevormd op het in fig. 10 getoonde substraat 71.

In het hierboven beschreven IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 27, nr. 6, is de hellingsrichting van het oppervlak met een afwijkende hoek beperkt tot de richting [011]. De groei van de GalnP-laag in de niet-geor-dende toestand van het oppervlak onder een afwijkende hoek, wordt veroorzaakt, doordat het oppervlak met een afwijkende hoek terrasvormig is, gezien op het niveau van atoomlagen, zodat de periodiciteit van de atoomrangschikking in de op het oppervlak met een afwijkende hoek gevormde GalnP-laag, niet-geordend is. Aldus zal de kristalgroei plaatsvinden in de ongeordende toestand, onafhankelijk van de hellingsrichting van het oppervlak met een afwijkende hoek.

Wanneer de opeenvolgende kristalgroei, evenals bij de hierboven beschreven uitvoeringsvorm, uitgevoerd wordt op het substraat 71, dat in fig. 10 getoond is, wordt de actieve laag van InGaP aangebracht in de geordende toestand op de bodemvlakken van de desbetreffende uitsparingen 72, terwijl de laag op de hellende oppervlakken van de uitsparingen 72 in de ongeordende toestand wordt aangebracht. Aldus wordt de op het bodemvlak van de uitsparing 72 aangebrachte actieve laag in loodrechte richting opgesloten tussen de bovenste en de onderste bekledingslaag met relatief grote bandafstands-energieën. Bovendien wordt de desbetreffende laag aan vier zijden omgeven door actieve lagen in niet-geordende toestand, die relatief grote bandafstandsenergieën hebben. Als resultaat hiervan worden quantumdozen met een verbeterd quantumeffect verkregen.

De uitsparingen 72 met de vorm van een omgekeerde piramide worden volgens het volgende proces gemaakt.

Aanvankelijk wordt op het substraat 71 een masker aangebracht met een aantal vierkante openingen. Elke vierkante opening heeft een zijde, die zich uitstrekt in de richting [011] en een zijde, die zich uitstrekt in de richting [011]. Vervolgens wordt het substraat 71 geëtst met een etsmiddel, dat bijvoorbeeld bevat H2S04 : H202 (30 mol%) : H20 (volumeverhouding = 8 : 1 : 1), en dat geen oppervlakte-richtingafhankelijkheid kent.

Terwijl bij de hierboven beschreven vierde uitvoeringsvorm de uitsparing 72 de vorm heeft van een omgekeerde en afgeknotte vierkante piramide, kan de uitsparing 72 de vorm hebben van andere omgekeerde en afgeknotte veelhoekige piramides, zoals omgekeerde en afgeknotte driehoekige of vijfhoekige piramides.

In het alternatieve geval kan deze de vorm hebben van een omgekeerde en afgeknotte kegel.

Fig. 11 is een perspectivisch aanzicht, dat een halfgeleiderlaser voorstelt in overeenstemming met een vijfde uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. In de figuur duidt referentienummer 81 een substraat van GaAs van het n-type aan met een oppervlakteoriëntatie (100). Op het GaAs-substraat 81 is een onderste bekledingslaag 82 van (Al0 5Ga0 E) 0 EIn0 5P van het n-type aangebracht. De onderste bekledingslaag 82 omvat een aantal richels 83 die de vorm hebben van afgeknotte, vierkante piramides. Deze richels 83 worden door etsen gevormd.

Bij de produktie worden, evenals bij de hierboven beschreven tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding, achtereenvolgens op de onderste bekledingslaag 82 een onderste gradatiebekledingslaag, een actieve laag, een bovenste gradatiebekledingslaag, een bovenste bekledingslaag en een contactlaag gevormd.

Als de kristalgroei van de lagen, evenals bij de tweede uitvoeringsvorm, plaatsvindt op de in fig. 11 getoonde onderste bekledingslaag 82, bevinden delen van de op de bovenvlakken van de desbetreffende richels 83 gevormde actieve laag van inGaP zich in de geordende toestand, terwijl de op de hellende vlakken van de richels gevormde delen zich in de niet-geordende toestand bevinden. Bij deze vijfde uitvoeringsvorm is de actieve laag aan de bovenzijde van de richel opgesloten tussen de bovenste en de onderste bekledingslaag met relatief grote bandafstandsenergieën, en wordt deze omgeven door actieve lagen, in de niet-geordende toestand, die relatief grote bandafstandsenergieën hebben.

Hieruit resulteert, dat quantumdozen met een verbeterd quantumeffect worden verkregen.

Terwijl bij de hierboven beschreven vijfde uitvoeringsvorm de richel 83 de vorm heeft van een afgeknotte, vierkante piramide, kan deze de vorm hebben van andere afgeknotte polygone piramides, zoals een afgeknotte, driehoekige of vijfhoekige piramide.

In het alternatieve geval kan deze de vorm hebben van een afgeknotte kegel.

Bij de hierboven beschreven eerste tot en met vijfde uitvoeringsvorm heeft het substraat 1 precies de oppervlakteoriëntatie (100), hetgeen wil zeggen, dat de afwijkingshoek van het oppervlak van het substraat ten opzichte van het oppervlak (100) 0° bedraagt, en dat delen van de op het oppervlak (100) aangebrachte actieve laag de quantumdraadstructuur of de quantumdoosstructuur vormen. Zelfs wanneer het oppervlak van het substraat 1 een kleine hoek insluit met het oppervlak (100), is, wanneer deze hoek voldoende kleiner is dan de hoek tussen het oppervlak (100) en het hellende oppervlak van de groef, richel of uitsparing, het verschil in maten van ordening tussen de op het vlakke oppervlak gegroeide GalnP-laag, en de op het hellende oppervlak aangebrachte GalnP-laag voldoende groot, zodat dezelfde effecten als hierboven beschreven zijn, kunnen worden bereikt.

Alhoewel in de hierboven beschreven eerste tot vijfde uitvoeringsvorm de actieve laag Ga0 sIn0 5P omvat, kan de actieve laag GalnP bevatten met een samenstellingsverhou-ding van GaP : InP die afwijkt van Ga0 5In0 5P, dat .wil zeggen, dat een gemengde actieve laag kan worden toegepast.

Verder wordt, zoals in fig. 6 getoond is, de toename van de bandafstandsenergie van de aangebrachte halfgeleiderlaag als gevolg van de toename van de afwij-kingshoek van het substraat ten opzichte van het oppervlak (100) niet alleen verkregen bij GalnP, maar eveneens bij AlGalnP. Aldus kan de actieve laag AlGalnP bevatten.

Alhoewel bij de hierboven beschreven eerste tot en met vijfde uitvoeringsvorm de bekledingslaag (Al0 5Ga0 5) 0 SIn0 5P bevat, en de gradatiebekledingslaag (AlxGa1.x)0i5In0i5P omvat, waarbij de waarde van x langzamerhand varieert van 0,5 tot 0,2 of van 0,2 tot 0,5, is de samenstelling van deze bekledingslagen hiertoe niet beperkt.

Alhoewel de bekledingslaag en de gradatiebekledingslaag volgens de bovenbeschreven uitvoeringsvormen AlGalnP bevatten, kunnen deze lagen andere materialen van het AlGaAs-systeem bevatten.

Alhoewel de halfgeleiderlasers volgens de bovenbeschreven uitvoeringsvormen een enkele actieve laag omvatten, kan een aantal actieve lagen met dunne tussenliggende grenslagen worden toegepast.

Claims

1. Halfgeleiderlaser, omvattende: een halfgeleidersubstraat (1) van een eerste geleidbaarheidstype, met een eerste en een tweede tegenover elkaar gelegen oppervlak; een op het eerste oppervlak van het halfgeleidersubstraat (1) aangebrachte halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype (2); een actieve laag (4), omvattende een materiaal met een bandafstandsenergie, die kleiner is dan die van de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype (2); en een halfgeleiderlaag van het tweede geleidbaar heidstype (6), tegengesteld aan het eerste geleidbaarheidstype, welk materiaal een bandafstandsenergie heeft, die groter is dan die van het materiaal van de actieve laag (4) ,* met het k e n m e r k, dat de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype (2) een eerste kristalvlak heeft, dat voor een quantumdraadstructuur in een daarop aangebrachte actieve laag zorgt, en verder tweede kristalvlakken aan tegenoverliggende zijden van het eerste kristalvlak, waarbij het eerste kristalvlak met een oppervlak met oriëntatie {100} een eerste hoek insluit, die kleiner is dan een vooraf bepaalde hoek, en het tweede kristalvlak met het oppervlak {100} een tweede hoek insluit, die groter is dan de eerste hoek; en dat de actieve laag (4) een dunne film van GalnP of AlGalnP omvat, die aangebracht is op de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype (2) onder voorgeschreven groeicondities, die de actieve laag in een geordende toestand brengen, waarbij atomen als bestanddelen van de actieve laag regelmatig geordend zijn als de actieve laag wordt aangebracht op het oppervlak {lOO}, en die de actieve laag in een ongeordende toestand met ongeordende atomen brengen als de actieve laag wordt aangebracht op een oppervlak, dat een hoek insluit met het oppervlak {100}.

2. Halfgeleiderlaser volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de halfgeleiderlaag van het eerste ge-leidbaarheidstype (2) een strookvormige groef omvat met een dwarsdoorsnede met de vorm van een omgekeerd trapezium, waarvan het bodemvlak overeenkomt met het eerste kristal-vlak, en de zijvlakken overeenkomen met de tweede kristal-vlakken.

3. Halfgeleiderlaser volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de halfgeleiderlaag van het eerste ge-leidbaarheidstype (32) een strookvormige richel (41) omvat met een trapeziumvormige dwarsdoorsnede, evenals een topvlak (41a) dat overeenkomt met het eerste kristalvlak, en zijvlakken (41b), die overeenkomen met de tweede kristalvlak-ken.

4. Halfgeleiderlaser volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de halfgeleiderlaag van het eerste ge-leidbaarheidstype (52) een rooster (61) omvat, dat een aantal strookvormige groeven omvat, die elk een dwarsdoorsnede hebben in de vorm van een omgekeerd trapezium, evenals een bodemvlak (61b), dat overeenkomt met het eerste kristalvlak, en zijvlakken (61c), die overeenkomen met de tweede kristalvlakken, en een aantal strookvormige richels, die elk een trapeziumvormige dwarsdoorsnede hebben, waarvan een bovenvlak (61a) overeenkomt met het eerste kristalvlak, en de zijvlakken (61c) overeenkomen met de tweede kristalvlakken, welke groeven en richels afwisselend zijn gerangschikt.

5. Halfgeleiderlaser, omvattende: een halfgeleidersubstraat van een eerste geleidbaarheids type, omvattende een tegenover elkaar gelegen eerste en tweede oppervlak; een op het eerste oppervlak van het halfgeleidersubstraat aangebracht halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheids type ; een actieve laag, omvattende een materiaal met een bandafstandsenergie die kleiner is dan die van de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype, en een halfgeleiderlaag van een tweede geleidbaarheidstype, dat tegengesteld is aan het eerste geleidbaar- heidstype, en waarvan de bandafstandsenergie groter is dan die van het materiaal van de actieve laag; met het kenmerk, dat de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaar-heidstype een eerste kristalvlak heeft, dat een quantumdoos-structuur aan de daarop aangebrachte actieve laag verschaft, evenals tweede kristalvlakken, die het eerste kristalvlak omgeven, waarbij het eerste kristalvlak met een oppervlak {100} een eerste hoek insluit, die kleiner is dan een vooraf bepaalde hoek en waarbij het tweede kristalvlak met het oppervlak {100} een tweede hoek insluit, die groter is dan de eerste hoek; en dat de actieve laag een dunne film van GalnP of AlGalnP omvat, die aangebracht is op de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype onder vooraf bepaalde groei-omstandigheden, die de actieve laag in een geordende toestand brengen, waarbij atomen als bestanddelen van de actieve laag regelmatig geordend zijn, als de actieve laag wordt aangebracht op het oppervlak {100}, en die de actieve laag in een ongeordende toestand brengen, waarin de atomen ongeordend zijn, als de actieve laag wordt aangebracht op een oppervlak, dat een hoek insluit met het oppervlak {100}.

6. Halfgeleiderlaser volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de halfgeleiderlaag van het eerste ge-leidbaarheidstype een uitsparing omvat met een trapeziumvormige dwarsdoorsnede, waarvan het bodemvlak overeenkomt met het eerste kristalvlak, en de zijvlakken overeenkomen met de tweede kristalvlakken.

7. Halfgeleiderlaser volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de halfgeleiderlaag van het eerste ge-leidbaarheidstype (82) een richel (83) omvat met een trapeziumvormige dwarsdoorsnede, waarvan een bovenvlak overeenkomt met het eerste kristalvlak en de zijvlakken overeenkomen met het tweede kristalvlak.

8. Werkwijze voor het produceren van een halfgeleiderlaser, omvattende de volgende stappen: het bereiden van een halfgeleidersubstraat van een eerste geleidbaarheidstype (l), dat voorzien is van een tegenover elkaar geplaatste eerste en tweede oppervlak, het vormen van een halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype (2) op het eerste oppervlak van het halfgeleidersubstraat (1), zodat de halfgeleiderlaag een strookvormig eerste kristalvlak heeft, dat met een oppervlak met oriëntatie {lOO} een eerste hoek insluit, die kleiner is dan een vooraf bepaalde hoek, en verder strookvormige tweede kristalvlakken, die aangebracht zijn aan tegenover elkaar liggende zijden van het eerste kristalvlak, en die met het oppervlak {100} een tweede hoek insluiten, die groter is dan de eerste hoek; het op de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype (2) doen groeien van een actieve laag (4), die GalnP of AlGalnP bevat, en die een bandafstandsenergie heeft, die kleiner is dan die van de halfgeleiderlaag (2) van het eerste geleidbaarheidstype onder vooraf bepaalde groeiomstandigheden, die de actieve laag in een geordende toestand brengen, waarbij atomen als bestanddelen van de actieve laag regelmatig geordend zijn, als de actieve laag groeit op het oppervlak {100}, en die de actieve laag in een ongeordende toestand brengen, waarbij atomen als bestanddelen van de actieve laag ongeordend zijn, als de actieve laag groeit op een oppervlak, dat een hoek insluit met het oppervlak {lOO}; en het doen groeien van een halfgeleiderlaag van een tweede geleidbaarheidstype (6), tegengesteld aan het eerste geleidbaarheidstype, waarvan de bandafstandsenergie groter is dan die van de actieve laag.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, gekenmerkt doordat men de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype voorziet van een strookvormige groef met een dwarsdoorsnede in de vorm van een omgekeerd trapezium, waarvan het bodemvlak overeenkomt met het eerste kristalvlak en de zijvlakken overeenkomen met tweede kristalvlakken.

10. Werkwijze volgens conclusie 8, gekenmerkt doordat men de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaar- heidstype voorziet van een strookvormige richel met een trapeziumvormige dwarsdoorsnede, waarvan het bovenvlak overeenkomt met het eerste kristalvlak en de zijvlakken overeenkomen met de tweede kristalvlakken.

11. Werkwijze volgens conclusie 8, gekenmerkt doordat men de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaar-heidstype voorziet van een rooster, omvattende een aantal strookvormige groeven, die elk de dwarsdoorsnede hebben van een omgekeerd trapezium, en waarvan het bodemvlak overeenkomt met het eerste kristalvlak, en waarvan de zijvlakken overeenkomen met de tweede kristalvlakken, en een aantal strookvormige richels, die elk een trapeziumvormige dwarsdoorsnede hebben, waarvan een bovenvlak overeenkomt met het eerste kristalvlak en de zijvlakken overeenkomen met de tweede kristalvlakken, welke groeven en richels afwisselend zijn gerangschikt.

12. Werkwijze voor het produceren van een halfge-leiderlaser, gekenmerkt door de volgende stappen: het vervaardigen van een halfgeleidersubstraat van een eerste geleidbaarheidstype, met tegenover elkaar gelegen eerste en tweede oppervlakken, het op het eerste oppervlak van het halfgeleidersubstraat vormen van een halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype, waarbij de halfgeleiderlaag een eerste kristalvlak heeft, dat met een oppervlak met oriëntatie {100} een eerste hoek insluit, die kleiner is dan een vooraf bepaalde hoek en verder het eerste kristalvlak omringende tweede kristalvlakken, die met het oppervlak {100} een tweede hoek insluiten, die groter is dan de eerste hoek; het doen groeien van een actieve laag, omvattende GalnP of AlGalnP, waarvan de bandafstandsenergie kleiner is dan die van de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype onder vooraf bepaalde groeiomstandigheden, die de actieve laag in een geordende toestand brengen, waarbij atomen als bestanddelen van de actieve laag regelmatig geordend zijn als de actieve laag wordt aangebracht op het oppervlak {lOO}, en die de actieve laag in een ongeordende toestand brengen, waarin atomen als bestanddelen van de actieve laag ongeordend zijn als de actieve laag wordt aangebracht op een oppervlak, dat een hoek insluit met het oppervlak {100}, en het op de actieve laag doen groeien van een half-geleiderlaag van een tweede geleidbaarheidstype dat tegengesteld is aan het eerste geleidbaarheidstype, en waarvan de bandafstandsenergie groter is dan die van de actieve laag.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, gekenmerkt doordat men de halfgeleiderlaag van het eerste geleidbaarheidstype voorziet van een uitsparing met een trapeziumvormige dwarsdoorsnede, waarvan een bodemvlak overeenkomt met het eerste kristalvlak, en waarvan de zijvlakken overeenkomen met de tweede kristalvlakken.

14. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de halfgeleiderlaag (82) van het eerste geleidbaarheidstype voorzien wordt van een richel (83) met een trapeziumvormige dwarsdoorsnede, waarvan een bovenvlak overeenkomt met het eerste kristalvlak, en de zijvlakken overeenkomen met de tweede kristalvlakken.