DE3686970T2

DE3686970T2 - Halbleiterlaservorrichtung vom vergrabenen typ.

Info

Publication number: DE3686970T2
Application number: DE8686306486T
Authority: DE
Inventors: Shinji Kyobate Mansion Kaneiwa; Hiroaki Kudo; Sadayoshi Matsui; Haruhisa Takiguchi; Toshihiko Yoshida
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1985-08-21
Filing date: 1986-08-21
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2006-08-22
Also published as: US4908830A; EP0212977A2; US4908831A; EP0212977B1; EP0212977A3; US4841534A; US4839900A; DE3686970D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung vom eingebetteten Typ, welche in effektiver Weise einen uneffektiven Strom unterdrückt, der für eine Laserstrahl- Oszillation nutzlos ist, selbst dann, wenn der Strom, der in die Vorrichtung eingespeist wird, erhöht wird.
Halbleiterlaservorrichtungen vom eingebetteten Typ, bei welchen eine aktive Schicht zur Oszillation von Laserstrahlen von Halbleiterschichten umgeben ist, die einen Brechungsindex, der kleiner als der der aktiven Schicht ist und eine Energielücke haben, die größer als die der aktiven Schicht ist, sind insofern vorteilhaft, als die Oszillation von Laserstrahlen bei einer stabilen Transversalschwingungsform bei einem niedrigen Schwellenwertstrom und eine Modulation bei hoher Geschwindigkeit erreicht werden können, und dementsprechend sind sie bis jetzt als Lichtquellen für optische Kommunikationssysteme und/oder optische Meßsysteme, die optische Fasern verwenden, benutzt worden. Aus diesen Gründen sind sie industriell bedeutsame Vorrichtungen. Jedoch steigt bei solchen Halbleiterlaservorrichtungen vom eingebetteten Typ der uneffektive Strom, der nicht durch die aktive Schicht hindurchgeht, in starkem Ausmaß mit einer Erhöhung bei dem Strom an, der in die Vorrichtungen eingespeist wird, was Beschränkungen bei dem maximalen Wert der abgegebenen Leistung der Vorrichtungen verursacht. Außerdem steigt der uneffektive Strom mit einer Erhöhung der Temperatur an, was Beschränkungen bei den Temperaturbereichen verursacht, bei welchen die Laservorrichtungen verwendet werden und was Schwierigkeiten bei der praktischen Anwendung dieser Halbleiterlaservorrichtungen vom eingebetteten Typ verursacht, insbesondere bei InGaAsp/InP-Halbleiterlaservorrichtungen, die eine Licht abstrahlende Wellenlänge von 1,1 bis 1,6 um haben, bei welchen optische Fasern wenig optischen Verlust erleiden.
Der Grund, weshalb der vorstehend erwähnte uneffektive Strom ansteigt, scheint wie folgt zu sein: Halbleiterlaservorrichtungen vom eingebetteten Typ sind, beispielsweise, mit den Strukturen versehen, die in der Fig. 14 und Fig. 15 gezeigt werden. Die in Fig. 14 gezeigte Laservorrichtung wird wie folgt hergestellt: Auf einem n-InP-Substrat 1 wird eine n-Inp-Pufferschicht 2, eine nicht dotierte aktive InGaAsp-Schicht 3 und eine n-Inp-Mantelschicht 4 nacheinander mit Hilfe einer Kristallwachstumstechnik gezüchtet. Das resultierende mehrschichtige Epitaxialwachstumskristall wird einer chemischen Ätztechnik unterzogen, um eine Mesa zu bilden. Dann werden auf beiden Seiten der Mesa eine einbettende p-InP-Schicht 5 und eine einbettende n-InP- Schicht 6 gezüchtet. Die in Fig. 15 gezeigte Laservorrichtung wird wie folgt hergestellt: auf einem n-Inp-Substrat 1 wird eine einbettende p-InP-Schicht 5 und eine einbettende n-Inp-Schicht 6 nacheinander mit Hilfe einer Epitaxial-Wachstumstechnik gezüchtet. Das sich ergebende Epitaxialwachstumskristall wird einer chemischen Ätzbehandlung unterworfen, um einen Kanal zu bilden. Dann wird eine n-Inp-Pufferschicht 2, eine aktive InGaAsP-Schicht 3 und eine p-InP-Mantelschicht 4 nacheinander in dem Kanal gezüchtet.
Bei der Vorrichtung, die entsprechend der Produktionsweise hergestellt werden, die jeder der in Fig. 14 und 15 gezeigten Weise entspricht, wird eine Oszillation von Laserstrahlen in Abhängigkeit von dem eingespeisten Strom 7 erreicht, der durch die aktive Schicht 3 hindurchgeht. Da nun die p-n-Verbindung an der Grenzschicht zwischen den einbettenden Schichten 5 und 6, die an den Seiten der aktiven Schicht 3 positioniert sind, eine entgegengesetzte Vorspannung haben, geht wenig Strom durch die einbettenden Schichten 5 und 6 hindurch, wenn der eingespeiste Strom klein ist. Jedoch geht eine beträchtliche Menge an Strom durch die einbettenden Schichten 5 und 6 hindurch, die an den Seiten der aktiven Schicht 3 positioniert sind, wenn der eingespeiste Strom 7 ansteigt. Dies deshalb, weil ein Thyristor, der aus der Mantelschicht 4, der einbettenden n-Schicht 6, der einbettenden p-Schicht 5 und der Pufferschicht 2 (oder dem Substrat 1) besteht, durch einen Steuerstrom 7b leitfähig gemacht wird, welcher von der Mantelschicht 4 zu der einbettenden Schicht 5 strömt (Higuchi u. a.: Laser Kenkyu Band 13, S. 156, 1985). Wenn die aktive Schicht 3 an der Grenzschicht zwischen der unteren einbettenden Schicht 5 und der oberen einbettenden Schicht 6 gebildet wird, dann wird der eingespeiste Strom (d. h. Steuerstrom) 7b reduziert. Jedoch kann eine solche genaue Steuerung der Dicke von Schichten gegenwärtig bei der Anwendung der Flüssigphasen-Epitaxie und chemischer Ätztechniken nicht gemacht werden. Folglich kann der vorstehend erwähnte uneffektive Strom nicht verhindert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleiterlaservorrichtung vom eingebetteten Typ, die ein durch epitaxiales Wachstum entstehenden mehrschichtigen Kristall umfaßt, das einen streifenförmigen Laseroszillations-Betriebsbereich auf einem Halbleitersubstrat hat, wobei der Laseroszillations-Betriebsbereich eine Pufferschicht, die dieselbe Polarität wie das Substrat hat, eine aktive Schicht und eine Mantelschicht umfaßt, die eine andere Polarität als die des Substrats hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Laseroszillations-Betriebsbereich zwischen zwei Teile einer einbettenden Schicht eingelagert ist, welche auf dem Substrat angeordnet sind und welche eine Polarität haben, die von der des Substrats verschieden ist und daß ein Teil des Substrats oder eines Diffusionsgebietes, das eine Störstelle mit derselben Polarität wie das Substrat hat, zwischen dem Laseroszillations- Betriebsbereich und der einbettenden Schicht untergebracht ist, um auf diese Weise die einbettende Schicht elektrisch von der Mantelschicht zu isolieren und dadurch einen uneffektiven Strom, der von der Mantelschicht zu der einbettenden Schicht fließt, auf einem niedrigen Wert selbst dann zu halten, wenn der Strom, der in die Vorrichtung eingespeist wird, erhöht wird.
Bei einer Ausführungsform wird der Laseroszillations-Betriebsbereich innerhalb eines streifenförmigen Kanals gebildet, der in einer Mesa des Substrats ausgebildet ist und zwischen einen Teil der einbettenden Schicht und einen anderen Teil der einbettenden Schicht, welche außerhalb der Mesa des Substrats angeordnet sind, durch den Teil des Substrats eingeschoben ist, der zwischen dem Laseroszillations-Betriebsbereich und jedem Teil der einbettenden Schicht angeordnet ist, um auf diese Weise die einbettende Schicht gegenüber der Mantelschicht elektrisch zu isolieren. Bei einer Ausführungsform wird das mehrschichtige Wachstumskristall auf der (100)-Ebene des Substrats gebildet und wird der streifenförmige Kanal in der < 011> -Richtung des Substrats gebildet.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Laseroszillations-Betriebsbereich innerhalb eines streifenförmigen Kanals gebildet, der das Substrat durch die einbettende Schicht, die auf dem Substrat angeordnet und zwischen einen Teil der einbettenden Schicht und einen anderen Teil der einbettenden Schicht durch das Diffusionsgebiet eingeschoben ist, das an der Innenwand des Kanals gebildet wird, um auf diese Weise die einbettende Schicht von der Mantelschicht elektrisch zu isolieren, erreicht. Bei einer Ausführungsform wird das mehrschichtige Wachstumskristall auf der (100)-Ebene des Substrats gebildet und wird der streifenförmige Kanal in der < 011> -Richtung des Substrats gebildet. Das Diffusionsgebiet wird bei einer Ausführungsform auf einem Teil der Innenwand oder auf dem gesamten Bereich der Innenwand des streifenförmigen Kanals gebildet. Bei einer anderen Ausführungsform besteht das Substrat aus einem p-Substrat und ist die Störstelle, die das Diffusionsgebiet bildet, Zn oder Cd.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird der Laseroszillations-Betriebsbereich innerhalb eines streifenförmigen Kanals gebildet, der in dem zentralen Bereich des Substrats gebildet und zwischen einen Teil der einbettenden Schicht und einen anderen Teil der einbettenden Schicht, welche durch Diffundieren einer Störstelle in die Außenseite des zentralen Bereichs des Substrats gebildet werden, durch den Teil des Substrats, das sich zwischen dem Laseroszillations-Betriebsbereich und jedem Teil der einbettenden Schicht befindet, eingeschoben wird, um auf diese Weise die einbettende Schicht gegenüber der Mantelschicht elektrisch zu isolieren. Bei einer Ausführungsform wird das mehrschichtige Wachstumskristall auf der (110)-Ebene des Substrats gebildet und wird der streifenförmige Kanal in der < 011> -Richtung des Substrats gebildet. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat ein p-Substrat und ist die Störstelle, die einbettende Schichten bildet, Zn oder Cd.
Bei einer Ausführungsform wird der Laseroszillations-Betriebsbereich in einem Mesastreifen bei dem Substrat gebildet und ist zwischen einem Teil der einbettenden Schicht und einem anderen Teil der einbettenden Schicht, welche außerhalb der Mesa angeordnet sind, durch daß Diffusionsgebiet eingeschoben, das an der Außenwand der Mesa gebildet wird, wodurch die einbettende Schicht gegenüber der Mantelschicht elektrisch isoliert wird. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Oberseite der Pufferschicht, die auf beiden Seiten der Mesa angeordnet ist, flach oder konkav zu einer kanalförmigen Gestalt ausgebildet. Bei einer Ausführungsform wird das mehrschichtige Wachstumskristall auf der (100)- Ebene des Substrats gebildet und wird die Mesa in der < 011> -Richtung des Substrats gebildet.
So macht die hierin beschriebene Erfindung folgende Ziele möglich:
(1) Bereitstellung einer Halbleiterlaservorrichtung, bei welcher der Stromzufluß in einbettende Schichten, die an den Seiten einer aktiven Schicht angeordnet sind, unterdrückt wird, so daß der uneffektive Strom selbst dann minimal ist, wenn der Strom, der in die Vorrichtung eingespeist wird, erhöht wird;
(2) Bereitstellung einer Halbleiterlaservorrichtung, bei welcher ein Betrieb mit hoher Ausgangsleistung ohne eine Zunahme beim uneffektiven Strom unbeschadet einer Erhöhung beim eingespeisten Strom in die Vorrichtung erreicht wird, so daß die Vorrichtung für eine Signallichtquelle geeignet ist; und
(3) Bereitstellung einer Halbleiterlaservorrichtung, bei welcher eine Wärmeerzeugung als Folge eines uneffektiven Stroms verhütet wird, da ein uneffektiver Strom, der nicht durch die aktive Schicht hindurchgeht, minimal ist, und die Vorrichtung selbst bei einer bedeutend höheren Temperatur funktioniert.
Jetzt werden als Beispiel spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei welchen:
Fig. 1 eine Schnittansicht von vorn ist, welche eine erste Ausführungsform einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2(A), 2(B) und 2(C) Schemata sind, die ein Verfahren für die in Fig. 1 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung zeigen;
Fig. 3(A) eine elektrisch äquivalente Schaltung ist, die der Schnittansicht der konventionellen Halbleiterlaservorrichtung in eingebetteter Ausführung von vorn, die in Fig. 15 gezeigt wird, überlagert ist;
Fig. 3(B) eine elektrisch äquivalente Schaltung ist, die der Schnittansicht von vorn auf die Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung, die in Fig. 1 gezeigt wird, überlagert ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht von vorn ist, die eine zweite Ausführungsform einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dieser Erfindung zeigt;
Fig. 5(A), 5(B) und 5(C) Schemata sind, die ein Verfahren für die Herstellung einer Halbleiterlaservorrichtung zeigen, die in Fig. 4 dargestellt ist;
Fig. 6(A) eine elektrisch äquivalente Schaltung der in den Fig. 14 und 15 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung ist;
Fig. 6(B) eine elektrisch äquivalente Schaltung der in Fig. 4 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung ist;
Fig. 7 eine Ansicht von vorn ist, die eine weitere Ausführungsform einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 8(A), 8(B) und 8(C) Schemata sind, die ein Verfahren für die Herstellung der in Fig. 7 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung darstellen;
Fig. 9 eine Schnittansicht von vorn ist, die eine weitere Ausführungsform einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 10(A), 10(B) und 10(C) Schemata sind, die ein Verfahren für die Herstellung der in Fig. 9 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung darstellen;
Fig. 11 eine Schnittansicht von vorn ist, die eine weitere Ausführungsform einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12(A), 12(B) und 12(C) Schemata sind, die ein Verfahren für die Herstellung der Halbleiterlaservorrichtung zeigen, die in Fig. 11 dargestellt ist;
Fig. 13 eine Schnittansicht von vorn ist, die eine weitere Ausführungsform einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 14 eine Schnittansicht von vorn ist, die ein Beispiel für eine Halbleiterlaservorrichtung vom konventionellen eingebetteten Typ zeigt; und
Fig. 15 eine Schnittansicht von vorn ist, die ein weiteres Beispiel für eine Halbleiterlaservorrichtung vom konventionellen eingebetteten Typ zeigt.

Beispiel 1

Dieses Beispiel liefert eine Halbleiterlaservorrichtung vom eingebetteten Typ, bei welcher der Laseroszillations-Betriebsbereich innerhalb eines streifenförmigen Kanals gebildet wird, der in einer Mesa des Substrats ausgebildet wird und zwischen einen Teil der einbettenden Schicht und einen anderen Teil der einbettenden Schicht, welche außerhalb der Mesa des Substrats angeordnet sind, durch den Teil des Substrats eingeschoben wird, der zwischen dem Laseroszillations-Betriebsbereich und jedem Teil der einbettenden Schicht angeordnet ist, um auf diese Weise die einbettende Schicht gegenüber der Mantelschicht elektrisch zu isolieren.
Fig. 1 zeigt die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels, welche wie folgt hergestellt wird (unter Verweis auf die Fig. 2(A), 2(B) und 2(C)): Auf der (100)-Ebene eines n-InP-Substrats 1 wird ein SiO&sub2;-Film durch plasmagestütztes chemisches Aufdampfen gebildet, welcher dann mittels Fotolitografie geätzt wird, um einen streifenförmigen SiO&sub2;-Film 9 zu bilden, der eine Breite von 7 um in der < 011> -Richtung hat. Dann wird das InP-Substrat 1 einer Ätzbehandlung mit konzentrierter Salzsäure ausgesetzt, um einen Mesastreifen (< 011> ) zu bilden, der eine Höhe von 1 um hat, wie in Fig. 2(A) gezeigt, der dem streifenförmigen SiO&sub2;-Film 9, der als maskierende Substanz funktioniert, entspricht. Dann wird eine erste einbettende p-InP-Schicht 5 auf dem Substrat durch Flüssigphasen-Epitaxie gebildet, und der streifenförmige SiO&sub2;- Film 9 wird mit Hilfe von Flußsäure entfernt. Als Ergebnis dessen ist die Mesa (< 011> ) zwischen einen Teil der einbettenden Schicht 5 und einen anderen Teil der einbettenden Schicht 5, die auf dem Substrat 1 positioniert ist, eingeschoben. Dann wird ein streifenförmiger Kanal 10, der eine Breite von 10 um hat, in der Mitte der Mesa (< 011> ) mittels Fotolitografie unter Verwendung von konzentrierter Salzsäure gebildet, wie in Fig. 2(B) gezeigt. Dann werden eine n-Inp-Mantelschicht (d. h. eine n-InP-Pufferschicht) 2 und eine zweite einbettende n-InP-Schicht 6 gleichzeitig mittels Flüssigphasen-Epitaxie gezüchtet, gefolgt von einem sukzessiven Züchten einer nicht-dotierten aktiven InGaAsP-Schicht 3 und einer p-InP-Mantelschicht 4, wie in Fig. 2(C) gezeigt. Dann werden die Rückseite des Substrats 1 und die Oberseite der Mantelschicht 4 einer Aufdampfungsbehandlung mit metallischen Materialien Au-Ge-Ni beziehungsweise Au-Zn unterzogen, gefolgt von einem Erhitzen, um eine n-Seitenelektrode (nicht gezeigt) aus einer Legierung von Au-Ge-Ni und eine p-Seitenelektrode (nicht gezeigt) aus einer Legierung von Au-Zn zu bilden.
Ein Hauptmerkmal dieser Halbleiterlaservorrichtung besteht darin, daß die erste einbettende Schicht 5 gegenüber der Mantelschicht 4 durch die Wand (111) der Mesa (< 011> ) elektrisch isoliert wird, so daß die Stromsperrschicht eines Thyristors, der aus der Mantelschicht 4, der zweiten einbettenden Schicht 6, der ersten einbettenden Schicht 5 und dem Substrat 1 zusammengesetzt ist, nichtleitfähig gehalten werden kann. Infolge der Wand (111) der Mesa (< 011> ) flieht der Steuerstrom 7b, wie jener, der in Fig. 14 diskutiert wird, niemals von der Mantelschicht 4 zu der ersten einbettenden Schicht 5. Jedoch fließt bei dieser Halbleiterlaservorrichtung, welche die vorstehend erwähnte Struktur hat, uneffektiver Strom statt dessen von der Mantelschicht 4 zu dem Substrat 1 durch die Wand (111) der Mesa (< 011> ), ohne durch die aktive Schicht 3 hindurchzugehen. Diese Tatsache kann in größerem Detail durch Fig. 3 erklärt werden, wobei Fig. 3(A) eine elektrisch äquivalente Schaltung zeigt, die einer Schnittansicht von vorn auf die in Fig. 14 gezeigten konventionellen Halbleiterlaservorrichtungen überlagert ist (die in Fig. 15 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung wird durch dieselbe elektrisch äquivalente Schaltung repräsentiert, wie jene von Fig. 14), und Fig. 3(B) zeigt eine elektrisch äquivalente Schaltung, die einer Schnittansicht von vorn auf die Halbleiterlaservorrichtung des in Fig. 1 gezeigten Beispiels überlagert ist. Eine Stromsperrstruktur kann durch die äquivalente Schaltung 22 eines Thyristors sowohl bei den Halbleiterlaservorrichtungen repräsentiert werden, wie sie in Fig. 1 als auch in den Fig. 14 oder 15 gezeigt werden.
Bei der konventionellen Struktur, wie sie durch die in Fig. 3(A) gezeigte äquivalente Schaltung repräsentiert wird, steigt der Steuerstrom (IG) 7b mit einer Erhöhung des eingespeisten Stroms (IT) 7 an, und der Thyristor wird leitfähig. Infolge der Verstärkungsfunktion des Thyristors entsteht ein Strom (IS), welcher viel stärker als der Steuerstrom (IG) ist. Der Strom (IS) ist ein uneffektiver Strom, welcher nicht durch eine Licht emittierende Doppel-Heterostruktur hindurchgeht, die die aktive Schicht 3 enthält, welche durch eine Diode. DA repräsentiert wird. Folglich steigt bei den konventionellen Vorrichtungen, die durch die in Fig. 3(A) gezeigte äquivalente Schaltung repräsentiert werden, der uneffektive Strom mit einer Zunahme bei dem eingespeisten Strom (IT) steil an.
Andererseits steigt bei der Struktur der Vorrichtung dieser Erfindung, die durch die äquivalente, in Fig. 3(B) gezeigte Schaltung repräsentiert wird, der uneffektive Strom, welcher durch eine Diode DS hindurchgeht (die dem p-n-Übergang entspricht, der durch die Mantelschicht 4 und die Wand (111) der Mesa (< 011> ) gebildet wird), die parallel zu einer Diode DA angeordnet ist (die der aktiven Schicht 3 entspricht), mit einer Zunahme bei dem eingespeisten Strom (IT). Jedoch ist der Betrag des uneffektiven Stroms nur proportional dem Betrag des eingespeisten Stroms, und der Thyristor wird nicht-leitend gehalten. Folglich ist die Zunahme bei dem uneffektiven Strom bei der Struktur der Vorrichtung dieser Erfindung, wie sie in Fig. 3(B) gezeigt wird, sehr viel geringer als jene des uneffektiven Stroms bei der in Fig. 3(A) gezeigten Struktur der konventionellen Vorrichtung und gestattet dadurch ein Betreiben mit hoher Ausgangsleistung.
Wie schon weiter vorn erwähnt, erzeugt die Laservorrichtung dieses Beispiels wenig uneffektiven Strom, so daß ein Oszillationsbetrieb bei einer hohen Ausgangsleistung von 70 mW oder mehr bei Raumtemperatur erreicht werden kann. Außerdem ist die Auswirkung auf die Wärmeerzeugung deshalb, weil der uneffektive Strom so gering ist, klein, so daß eine Laser-Oszillation selbst bei einer Temperatur in Höhe von 140ºC oder mehr erreicht werden kann.
Obwohl das vorstehend erwähnte Beispiel nur eine Vorrichtung offenbart, bei welcher ein n-Substrat für das epitaxiale Wachstumssubstrat verwendet wird, kann ein Substrat, bei dem ein p-Substrat als Wachstumssubstrat verwendet wird, dieselbe Wirkung erreichen, wie sie vorstehend angeführt worden ist. Ein InGaAsP- Kristall, das eine Licht emittierende Wellenlänge von 1,3 um hat, wird für die aktive Schicht der Vorrichtung dieses Beispiels verwendet, doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Jedes beliebige InGaAsP-Kristall (das eine Licht emittierende Wellenlänge von 1,1 bis 1,6 um hat), dessen Gitterkonstante zu der von InP-Kristallen paßt, kann für die aktive Schicht verwendet werden. Obwohl das InP-Substrat geätzt wird, um bei dem vorstehend erwähnten Beispiel einen Mesastreifen zu bilden, können statt dessen eine Pufferschicht, die entweder aus InP besteht, das dieselbe Polarität wie das Substrat hat oder InGaAsP, das eine Gitterkonstante hat, die zu der des InP paßt und die eine Energielücke größer als die der aktiven Schicht haben, auf dem InP-Substrat gezüchtet werden, gefolgt von einem Ätzen, um einen Mesastreifen in der Pufferschicht zu bilden. Infolge der Pufferschicht kann der Effekt einer Gitterverzerrung in dem Substrat reduziert werden. Außerdem kann, wenn die Pufferschicht aus InGaAsP zusammengesetzt ist, das eine Energielücke hat, die kleiner als die von InP ist, die resultierende Halbleiterlaservorrichtung leichter eine Laser-Oszillation in einer einzelnen Transversalschwingungsform erreichen, als die Vorrichtung, die bei dem vorstehenden Beispiel erhalten wird. Obwohl das vorstehend erwähnte Beispiel nur die InGaAsp/Inp-Halbleiterlaservorrichtung offenbart, ist sie natürlich auch beispielsweise auf GaAlAs/GaAs-Halbleitervorrichtungen usw. anwendbar.

Beispiel 2

Dieses Beispiel liefert eine Halbleiterlaservorrichtung vom eingebetteten Typ, bei welcher der Laseroszillations-Betriebsbereich innerhalb eines streifenförmigen Kanals gebildet wird, der das Substrat durch die einbettende Schicht erreicht, die auf dem Substrat angeordnet ist und der zwischen einen Teil der einbettenden Schicht und einen anderen Teil der einbettenden Schicht durch ein Diffusionsgebiet eingeschoben ist, das auf der Innenwand des Kanals gebildet wird, um auf diese Weise die einbettende Schicht gegenüber der Mantelschicht des Laseroszillations-Betriebsbereichs elektrisch zu isolieren. Das Diffusionsgebiet wird auf dem Teil der Innenwand des streifenförmigen Kanals ausschließlich des Bodenbereichs gebildet.
Fig. 4 zeigt die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels, welche wie folgt hergestellt wird: Auf der (100)-Ebene eines p-InP-Substrats 1 wird eine erste einbettende n-InP-Schicht 5 durch Flüssigkeitsphasenepitaxie gezüchtet. Dann wird ein Siliziumnitrid-(SiNx)Film 9 auf der ersten einbettenden Schicht 5 durch plasma-unterstütztes chemisches Aufdampfen, wie in Fig. 5(A) gezeigt, gebildet. Dann wird ein (nicht gezeigter) Fotolack zu einem streifenförmigen Muster, das eine Breite von 2,5 um in der < 011> -Richtung hat, auf dem Siliziumnitridfilm 9 mittels Fotolitografie gebildet, und der Siliziumnitridfilm 9 wird mit Hilfe eines Ätzmittels (HF:NH&sub4;F = 1 : 40) geätzt, wobei der streifenförmige Fotolack als maskierende Substanz verwendet wird. Dann wird eine p-Störstelle, wie beispielsweise Zn, in das p-InP-Substrat 1 durch die einbettende n-InP-Schicht 5 diffundiert, wobei der Siliziumnitridfilm 9 als maskierende Substanz verwendet wird, was zu einem p-Diffusionsgebiet 8, wie in Fig. 5(B) gezeigt, führt, welches sich über den Teil unter dem Siliziumnitridfilm ausbreitet. Dann wird ein streifenförmiger Kanal 10 innerhalb des Diffusionsbereichs 8 in einer solchen Weise gebildet, daß das Substrat mittels einer Ätztechnik unter Verwendung konzentrierter Salzsäure wie in Fig. 5(C) erreicht wird. Da nun die Breite des streifenförmigen Kanals 10 geringer als die der Öffnung des Siliziumsnitridfilms 9 ist, kann der streifenförmige Kanal 10 in der Mitte des Zn-Diffusionsbereichs 8 mit ausgezeichneter Regulierung gebildet werden. Das Ätzmittel ist nicht auf konzentrierte Salzsäure beschränkt, sondern es kann jedes beliebige Ätzmittel unter der Voraussetzung verwendet werden, daß die Breite des Kanals 10 geringer als jene des Zn- Diffusionsgebiets 8 gemacht wird.
Dann wird der Siliziumnitridfilm 9 entfernt, und, wie in Fig. 4 gezeigt, wird eine n-InP-Pufferschicht 2 und eine zweite einbettende p-InP-Schicht 6 gleichzeitig durch Flüssigphasenepitaxie gezüchtet, gefolgt von einem gleichzeitigen Züchten einer nichtdotierten aktiven InGaAsP-Schicht 3 und einer dritten einbettenden p-InP-Schicht 6'. Die aktive Schicht 3 hat einen Brechungsindex höher als den der Pufferschicht 2 und hat eine Energielücke kleiner als die der Pufferschicht 2. Dann wird eine n-Inp-Mantelschicht 4 auf der aktiven Schicht 3 und der dritten einbettenden Schicht 6' mittels Flüssigphasenepitaxie gebildet, was zu einer Mehrschicht-Kristallstruktur führt. Die Pufferschicht 2 und die aktive Schicht 3, die innerhalb des streifenförmigen Kanals 10 gebildet sind, bilden einen Laseroszillations-Betriebsbereich. Die zweite einbettende Schicht 6 und die dritte einbettende Schicht 6' werden nacheinander auf der ersten einbettenden Schicht 5 aufgebracht, die außerhalb des Kanals 10 positioniert ist. Die n-Mantelschicht 4 wird auf beiden Seiten, Innen- und Außenseite, des Kanals 10 positioniert. Im Ergebnis dessen wird der Laseroszillations-Betriebsbereich zwischen einen Teil der einbettenden Schicht 5 und einen anderen Teil der einbettenden Schicht 5 durch das Diffusionsgebiet 8 eingeschoben. Dann werden eine p-Seitenelektrode (nicht gezeigt) und eine n-Seitenelektrode (nicht gezeigt) auf der Rückseite des Substrats 1 beziehungsweise der Oberseite der Mantelschicht 4 gebildet, gefolgt von einem Auf spalten in der (011)-Ebene, um eine Halbleiterlaservorrichtung zu bilden.
Ein Hauptmerkmal dieser Halbleiterlaservorrichtung ist, daß die erste einbettende Schicht 5 elektrisch gegenüber der Mantelschicht 4 durch das Zn-Diffusionsgebiet 8 isoliert ist, das eine Polarität hat, die von jener der Schichten 4 und 5 verschieden ist, so daß der Steuerstrom 7b, wie er in Fig. 14 diskutiert wird, niemals von der Mantelschicht 4 in die erste einbettende Schicht 5 fliegt. Folglich wird,. selbst obwohl der eingespeiste Strom 7 erhöht wird, um die Ausgangsleistung der Vorrichtung zu erhöhen, die Stromsperrschicht eines Thyristors, die aus der Mantelschicht 4, der zweiten einbettenden Schicht 6, der ersten einbettenden Schicht 5 und der Pufferschicht 2 (oder dem Substrat 1) zusammengesetzt ist, nicht-leitend gehalten, wodurch der uneffektive Strom auf einem extrem niedrigen Wert gehalten wird. Diese Tatsache kann durch Fig. 6 in größerem Detail erklärt werden, wobei Fig. 6(A) eine elektrisch äquivalente Schaltung der in den Fig. 14 und 15 gezeigten konventionellen Halbleiterlaservorrichtungen und Fig. 6(B) eine elektrisch äquivalente Schaltung der in Fig. 4 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung zeigt. Eine Stromsperrstruktur kann durch die äquivalente Schaltung eines Thyristors repräsentiert werden, d. h. die Schaltung, die durch den punktierten Kreis sowohl für die in Fig. 4, als auch in den Fig. 14 oder 15 gezeigten Halbleiterlaservorrichtungen umrundet ist.
Bei der Struktur der konventionellen Vorrichtung, die durch die äquivalente Schaltung repräsentiert wird, die in Fig. 6(A) dargestellt ist, steigt der Steuerstrom (IG) 7b mit einer Zunahme beim eingespeisten Strom (IT) 7 an, und der Thyristor wird leitfähig. Infolge der Verstärkungsfunktion des Thyristors entsteht ein Strom (IS), welcher sehr viel größer als der Steuerstrom (IG) ist. Der Strom (IS) ist ein uneffektiver Strom, welcher nicht durch die aktive Schicht 3 hindurchgeht, die durch eine Diode DA repräsentiert wird. Folglich steigt bei den konventionellen Vorrichtungen, die durch die in Fig. 6(A) gezeigte äquivalente Schaltung repräsentiert wird, steil bei einer Zunahme beim eingespeisten Strom (IT) an.
Andererseits steigt bei der Vorrichtungsstruktur dieser Erfindung, die durch die in Fig. 6(B) gezeigte äquivalente Schaltung repräsentiert wird, der uneffektive Strom, welcher durch eine Diode DS (welche den n-p-Übergang entspricht, der zwischen der Mantelschicht 4 und dem Zn-Diffusionsgebiet 8 gebildet wird, fließt die parallel zu einer Diode DA (die der aktiven Schicht 3 entspricht) angeordnet ist, mit einem Anstieg bei dem eingespeisten Strom (IT) an. Jedoch ist der Betrag des uneffektiven Stroms nur proportional dem Betrag des eingespeisten Stroms, und der Thyristor wird nicht-leitfähig gehalten. Folglich ist der Anstieg beim uneffektiven Strom bei der Vorrichtungsstruktur dieser Erfindung, die in Fig. 6(B) gezeigt wird, viel geringer als bei der in Fig. 6(A) gezeigten Struktur einer konventionellen Vorrichtung.
Wie schon vorstehend erwähnt, erzeugt die Laservorrichtung dieses Beispiels wenig uneffektiven Strom, so daß ein Oszillationsbetrieb bei einer hohen Ausgangsleistung von 70 mW oder mehr bei Raumtemperatur erreicht werden kann. Außerdem ist die Auswirkung auf die Wärmebildung infolge eines uneffektiven Stroms so gering, daß eine Laserstrahl-Oszillation selbst bei einer so hohen Temperatur wie 140ºC oder mehr erreicht werden kann.
Obwohl das vorstehend erwähnte Beispiel nur eine Vorrichtung offenbart hat, bei welcher ein p-Substrat für das Wachstumssubstrat verwendet wurde, kann eine Vorrichtung, die dabei ein n-Substrat als Wachstumssubstrat verwendet, dieselbe Auswirkung erreichen, wie sie vorstehend erwähnt ist. Die in die erste einbettende Schicht 5 zu diffundierende Störstelle ist nicht auf Zn beschränkt, sondern es kann auch eine beliebige Störstelle, beispielsweise aus Cd usw. verwendet werden. Obwohl InP für die erste, zweite und dritte Einbettungsschicht verwendet worden sind, können auch andere Halbleitermaterialien, wie beispielsweise InGaAsP usw., die einen Brechungsindex haben, der kleiner als der der aktiven Schicht ist und die eine Energielücke haben, die kleiner als die der aktiven Schicht ist, verwendet werden.
Die epitaxialen Wachstums schichten sind nicht auf das System InGaAsP/InP beschränkt, sondern sie können auch ein System GaAlAs/GaAs usw. sein.

Beispiel 3

Dieses Beispiel liefert eine Halbleiterlaservorrichtung vom eingebetteten Typ, bei welcher der Laseroszillations-Betriebsbereich innerhalb eines streifenförmigen Kanals gebildet wird, welcher das Substrat durch die einbettende Schicht erreicht, die auf dem Substrat angeordnet und zwischen einen Teil der einbettenden Schicht und einen anderen Teil der einbettenden Schicht durch ein Diffusionsgebiet eingeschoben wird, das auf der Innenwand des Kanals gebildet wird, um auf diese Weise die einbettende Schicht elektrisch gegenüber der Mantelschicht des Laseroszillations-Betriebsbereichs zu isolieren. Das Diffusionsgebiet wird auf der gesamten Fläche der Innenwand des streifenförmigen Kanals gebildet.
Fig. 7 zeigt die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels, welche wie folgt hergestellt wird: Auf der (100)-Ebene eines p-InP-Substrats 1 wird eine erste einbettende p-Schicht 5 durch Flüssigphasenepitaxie gezüchtet. Dann wird ein Siliziumnitrid-(SiNx) Film 9 auf der ersten einbettenden Schicht 5 mittels durch Plasma unterstützendem chemischen Aufdampfen gebildet, gefolgt von der Bildung eines (nicht gezeigten) Fotolacks zu einem streifenförmigen Muster, das eine Breite von 3 um in der < 011> -Richtung des Siliziumnitridfilms 9 hat. Dies erfolgt durch Fotolitografie. Dann wird der Siliziumnitridfilm 9 mit Hilfe eines Ätzmittels (HF:NH&sub4;F = 1 : 40) geätzt, wobei der Fotolack als maskierende Substanz verwendet wird, wie in Fig. 8(A) gezeigt. Dann wird, wie in Fig. 8(B) gezeigt, ein streifenförmiger Kanal 10, der eine Breite von 3 um hat und der einen V-förmigen Boden hat, auf dem InP-Substrat 1 durch die einbettende Schicht 5 mit Hilfe einer Ätztechnik gebildet, bei der konzentrierte Salzsäure als Ätzmittel verwendet wird und der Siliziumnitridfilm 9 als maskierende Substanz verwendet wird. Dann wird eine p-Störstelle, wie beispielsweise Zn, in das p-InP-Substrat 1 entlang der Innenwand des Kanals 10 diffundiert, um ein Zn- Diffusionsgebiet 8 zu bilden, das eine Streuung von 0,5 um hat, wie in Fig. 8(C) gezeigt. Die Streuung des Diffusionsgebietes 8 kann in den Bereich von 1 um bis zu 5 um festgesetzt werden. Dann wird der Siliziumnitridfilm 9 entfernt, und wie in Fig. 7 gezeigt, werden eine p-InP-Pufferschicht 2 und eine zweite einbettende p-InP-Schicht 6 gleichzeitig durch Flüssigphasen-Epitaxie gezüchtet, gefolgt von dem gleichzeitigen Züchten einer nicht-dotierten aktiven InGaAsP-Schicht 3 und einer dritten einbettenden p-InP-Schicht 6'. Die aktive Schicht 3 hat einen Brechungsindex höher als den der Pufferschicht 2 und hat eine Energielücke kleiner als die der Pufferschicht 2. Dann wird eine n-InP-Mantelschicht 4 sowohl auf der aktiven Schicht 3 als auch der dritten einbettenden Schicht 6' mittels Flüssigphasen-Epitaxie gebildet, was zu einer mehrschichtigen Kristallstruktur führt.
Die Pufferschicht 2 und die aktive Schicht 3, die innerhalb des streifenförmigen Kanals 10 gebildet war, bilden einen Laseroszillations-Betriebsbereich. Die zweite einbettende Schicht 6 und die dritte einbettende Schicht 6' werden nacheinander auf der ersten einbettenden Schicht 5 angeordnet, die außerhalb des Kanals 10 positioniert ist. Die n-Mantelschicht 4 ist sowohl auf der Innenseite, als auch auf der Außenseite des Kanals 10 positioniert.
Als Ergebnis dessen wird der Laseroszillations-Betriebsbereich zwischen einen Teil der einbettenden Schicht 5 und einen anderen Teil der einbettenden Schicht durch das Diffusionsgebiet 8 eingeschoben. Dann werden eine p-Seitenelektrode (nicht gezeigt) und eine n-Seitenelektrode auf der Rückseite des Substrats 1 beziehungsweise der Oberseite der Mantelschicht 4 gebildet, gefolgt von einem Aufspalten in der < 011> -Ebene, um eine Halbleiterlaservorrichtung zu bilden.
Ein Hauptmerkmal dieser Halbleiterlaservorrichtung ist, daß die erste einbettende Schicht 5 elektrisch von der Mantelschicht 4 durch das Zn-Diffusionsgebiet 8 getrennt ist, das eine andere Polarität als jene der Schichten 4 und 5 hat, so daß der Steuerstrom 7b, so, wie er in Fig. 14 diskutiert wird, niemals von der Mantelschicht 4 in die erste einbettende Schicht 5 fliegt. Folglich kann der Strom 7, der ein gespeist wird, um eine Laserstrahl-Oszillation zu erreichen, innerhalb der streifenförmigen aktiven Schicht 3 effektiv begrenzt werden, und außerdem wird, selbst obwohl der eingespeiste Strom 7 erhöht wird, um die Ausgangsleistung der Vorrichtung zu steigern, die Stromsperrschicht eines Thyristors, der aus der Mantelschicht 4, der zweiten einbettenden Schicht 6, der ersten einbettenden Schicht 5 und einer Pufferschicht 2 (oder dem Substrat 1) zusammengesetzt ist, nicht-leitfähig gehalten, wodurch der uneffektive Strom auf einem niedrigen Wert gehalten wird. Diese Tatsache kann stärker im Detail durch Fig. 6 in derselben Art und Weise wie bei Beispiel 2 erklärt werden. Die Laservorrichtung dieses Beispiels erzeugt wenig uneffektiven Strom, so daß ein Oszillationsbetrieb bei hoher Ausgangsleistung von 70 mW oder mehr bei Raumtemperatur erreicht werden kann. Außerdem ist die Auswirkung auf eine Wärmeerzeugung infolge eines uneffektiven Stroms so gering, daß eine Laserstrahl-Oszillation selbst bei einer so hohen Temperatur wie 140ºC oder mehr erreicht werden kann.
Obwohl das vorstehende Beispiel nur eine Vorrichtung offenbart hat, bei welcher ein p-Substrat für das Wachstumssubstrat verwendet worden ist, kann auch eine Vorrichtung, welche ein n- Substrat dabei als Wachstumssubstrat verwendet, dieselbe Wirkung erreichen, wie sie vorstehend erwähnt ist. Eine andere Störstelle als Zn, beispielsweise Cd, usw. kann für das Diffusionsgebiet 8 verwendet werden. Obwohl InP für die erste, zweite und dritte einbettende Schicht verwendet worden ist, können auch andere Halbleitermaterialien, wie beispielsweise InGaAsP usw., die einen kleineren Brechungsindex als den der aktiven Schicht haben und die eine kleinere Energielücke als die der aktiven Schicht haben, verwendet werden. Die Schichten für das epitaxiale Wachstum sind nicht auf das System InGaAsP/InP beschränkt, sondern können auch zum Beispiel das System GaAlAs/GaAs usw. sein.

Beispiel 4

Dieses Beispiel liefert eine Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs, bei welcher der Laseroszillations-Betriebsbereich innerhalb eines streifenförmigen Kanals gebildet wird, der in dem zentralen Bereich des Substrats gebildet wird und zwischen einen Teil der einbettenden Schicht und einen anderen Teil der einbettenden Schicht eingeschoben ist, welche durch Diffundieren einer Störstelle in die Außenseite des zentralen Bereichs des Substrats durch den Teil des n Substrats gebildet werden, der zwischen dem Laseroszillations-Betriebsbereich und jedem Teil der einbettenden Schicht positioniert ist, wodurch die einbettende Schicht elektrisch gegenüber der Mantelschicht des Laseroszillationsbetriebsbereiches isoliert wird.
Fig. 9 zeigt die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels, welche wie folgt hergestellt wird: Auf der (110)-Ebene eines n-InP-Substrats 1 wird ein Siliziumnitridfilm 9 (SiNx) mittels plasmagestütztem chemischen Aufdampfen gebildet, wie in Fig. 10 gezeigt. Dann wird ein (nicht gezeigter) Fotolack zu einem streifenförmigen Muster geformt, welcher eine Breite von 6 um in der < 011> -Richtung auf dem Siliziumnitridfilm hat. Dies erfolgt durch Fotolitografie. Dann wird der Siliziumnitridfilm 9 durch ein Ätzmittel (HF:NH&sub4;F = 1 : 40) geätzt, wobei der streifenförmige Fotolack als maskierende Substanz verwendet wird, gefolgt von dem Diffundieren einer p-Störstelle, wie beispielsweise Zn in das n-Substrat 1, wobei der streifenförmige Siliziumnitridfilm 9 als maskierende Substanz verwendet wird, um ein Zn-Diffusionsgebiet 8 zu bilden (das einer ersten einbettenden p-Schicht 5 in Fig. 9 entspricht), welches eine Tiefe von 1 um hat. Dann wird der streifenförmige Siliziumnitridfilm 9 entfernt, und es werden Fotolackmasken 200 mittels Fotolitografie (wie in Fig. 10(C) gezeigt) auf beiden Seiten des zentralen Bereichs des Substrats 1 gebildet (deren Breite ungefähr 3 um beträgt), in welchen das Zn-Diffusionsgebiet 8 nicht über den Teil (dessen Breite ungefähr 5 um beträgt) des Substrats 1 gestreut ist, der unter dem n streifenförmigen Siliziumnitridfilm 9 positioniert ist. Damit das Ende jeder Fotolackmaske 200 genau in dem Gebiet positioniert ist, in welchem die Zn-Störstelle nicht diffundiert ist, wird der Fotolack vorzugsweise auf das Substrat aufgeschichtet, nachdem das Zn-Diffusionsgebiet 8 mit Hilfe einer Mischungslösung (KOH:K&sub3;Fe(CN)&sub6;:H&sub2;0 = 1 : 1 : 16) geätzt worden ist, um eine Stufe zwischen dem Zn-Diffusionsgebiet und dem Nicht-Diffusionsgebiet zu bilden.
Dann wird, wie in Fig. 10(D) gezeigt, ein streifenförmiger Kanal 10, der eine Tiefe von 2 um hat, in dem Substrat 1 durch eine Ätztechnik unter Verwendung konzentrierter Salzsäure gebildet, wobei die Fotolackmasken 200 als maskierende Substanz verwendet werden.
Der Boden des streifenförmigen Kanals 10 hat eine V-Form. Dann werden, wie in Fig. 9 gezeigt, eine n-InP-Pufferschicht 2 und eine zweite einbettende n-InP-Schicht 6 mittels Flüssigphasenepitaxie gleichzeitig gezüchtet, gefolgt von einem gleichzeitigen Züchten einer nicht-dotierten aktiven InGaAsP-Schicht 3 und einer dritten einbettenden n-InP-Schicht 6'. Die aktive Schicht 3 hat einen höheren Brechungsindex als den der Pufferschicht 2 und eine Energielücke, die kleiner als die der Pufferschicht 2 ist. Dann wird eine p-InP-Mantelschicht 4 sowohl auf der aktiven Schicht 3, als auch der dritten einbettenden Schicht 6' mittels Flüssigphasenepitaxie gezüchtet, was zu einer mehrschichtigen Kristallstruktur führt. Die Pufferschicht 2 und die aktive Schicht, die innerhalb des streifenförmigen Kanals 10 gebildet ist, bilden einen Laseroszillations-Betriebsbereich. Die zweite einbettende Schicht 6 und die dritte einbettende Schicht 6' werden nacheinander auf der ersten einbettenden Schicht 5 angeordnet, die auf der Außenseite von Kanal 10 positioniert ist. Die p-Mantelschicht 4 ist sowohl auf der Innenseite, als auch auf der Außenseite des Kanals 10 positioniert. Im Ergebnis dessen ist der Laseroszillations-Betriebsbereich zwischen einem Teil der einbettenden Schicht 5 und einem anderen Teil der einbettenden Schicht 5 durch den Teil 202 des Substrats 1 eingeschoben. Dann werden eine (nicht gezeigte) n-Seitenelektrode und eine (nicht gezeigte) p-Seitenelektrode auf der Rückseite des Substrats 1 beziehungsweise der Oberseite der Mantelschicht 4 gebildet, gefolgt von einem Aufspalten in der < 011> -Ebene, um eine Halbleiterlaservorrichtung zu bilden.
Ein Hauptmerkmal der Halbleiterlaservorrichtung ist, daß die erste einbettende Schicht 5 (d. h. das Zn-Diffusionsgebiet 8) gegenüber der Mantelschicht elektrisch durch das Substrat 1 isoliert ist, welches eine andere Polarität hat, als jene der Schichten 4 und 5, so daß der Steuerstrom 7b, wie er in Fig. 14 diskutiert wird, niemals von der Mantelschicht in die erste einbettende Schicht 5 fliegt. Folglich wird, obwohl der eingespeiste Strom 7 erhöht wird, um die Ausgangsleistung der Vorrichtung zu erhöhen, die Stromsperrschicht eines Thyristors, der aus der Mantelschicht 4, der zweiten einbettenden Schicht 6, der ersten einbettenden Schicht 5 (d. h. dem Zn-Diffusionsgebiet 8) und dem Substrat 1 zusammengesetzt ist, nicht-leitfähig gehalten wird, wodurch der uneffektive Strom auf einem außerordentlich niedrigen Wert gehalten wird. Diese Tatsache kann stärker detailliert durch Fig. 6 in derselben Art und Weise wie bei Beispiel 2 erklärt werden, mit der Ausnahme, daß die Diode DS dem p-n-Übergang entspricht, der durch die Mantelschicht 4 und das Substrat 1 gebildet wird.
Wie schon weiter vorn erwähnt, erzeugt die Laservorrichtung dieses Beispiels wenig uneffektiven Strom, so daß ein Oszillationsbetrieb bei einer hohen Ausgangsleistung von 70 mW oder mehr bei Raumtemperatur erreicht werden kann. Außerdem ist die Auswirkung auf die Wärmeerzeugung infolge eines uneffektiven Stroms so gering, daß man eine Laserstrahl-Oszillation bei einer so hohen Temperatur wie 140ºC oder mehr erreichen kann.
Obwohl das vorstehende Beispiel nur eine Vorrichtung offenbart hat, bei welcher ein n-Substrat für das Wachstumssubstrat verwendet wurde, kann auch eine Vorrichtung, bei der ein p-Substrat verwendet wird, dieselbe Wirkung erreichen, wie sie vorstehend erwähnt worden ist. Es kann auch irgendeine andere Störstelle all Zn, zum Beispiel Cd usw., für das Diffusionsgebiet 8 verwendet werden. Obwohl InP für die zweite und die dritte einbettende Schicht verwendet worden ist, können auch andere Halbleitermaterialien, wie beispielsweise InGaAsP usw., für die einbettenden Schichten verwendet werden, wenn sie einen Brechungsindex haben, der kleiner als der der aktiven Schicht ist und wenn sie eine Energielücke haben, die kleiner als die der aktiven Schicht ist. Die Schichten für das epitaxiale Wachstum sind nicht auf das System InGaAsP/InP beschränkt, sondern können auch beispielsweise das System GaAlAs/GaAs usw. sein.

Beispiel 5

Dieses Beispiel liefert eine Halbleiterlaservorrichtung vom eingebetteten Typ, bei welcher der Laseroszillations-Betriebsbereich in einen Mesastreifen auf dem Substrat hinein gebildet wird und zwischen einem Teil der einbettenden Schicht und einem anderen Teil der einbettenden Schicht, die außerhalb der Mesa angeordnet sind, durch ein Diffusionsgebiet eingeschoben ist, das auf der Außenwand der Mesa ausgebildet ist und dadurch eine elektrische Isolierung der einbettenden Schicht gegenüber einer Mantelschicht des Laseroszillations-Betriebsbereichs erfolgt.
Fig. 11 zeigt die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels, welche wie folgt hergestellt wird: Auf der (100)-Ebene eines n-Pn-Substrats 1 werden eine p-InP-Pufferschicht 2, eine nichtdotierte aktive InGaAsP-Schicht 3 und eine n-InP-Mantelschicht 4 nacheinander mittels Flüssigphasenepitaxie gezüchtet, wie in Fig.
12(A) gezeigt. Das InGaAsP-Halbleitermaterial, das für die aktive Schicht verwendet wird, hat eine kleinere Energielücke als das InP-Halbleitermaterial, das für die Pufferschicht usw. verwendet wird und hat einen kleineren Brechungsindex, als das InP-Halbleitermaterial. Dann wird ein Siliziumnitrid-(SiNx-)Film, der eine Dicke von ungefähr 2000 Aº hat, auf der Mantelschicht 4 mittels plasmagestütztem chemischem Aufdampfen usw. gebildet, und es wird ein Fotolack 200 zu einem streifenförmigen Muster ausgebildet, das eine Breite von 4 um in der < 011> -Richtung des Siliziumnitridfilms hat, gefolgt von einem Ätzen des Siliziumnitridfilms 9 mit einem Ätzmittel (HF:NH&sub4;F = 1 : 40), wobei der streifenförmige Fotolack 200 als maskierende Substanz verwendet wird, was zu einem streifenförmigen Siliziumnitridfilm führt, wie in Fig. 12(B) gezeigt. Dann wird, wie in Fig. 12(C) gezeigt, die Halbleiterscheibe von der n-InP-Mantelschicht 4 bis zu der p-InP-Pufferschicht mit Hilfe einer Br-Methanol-Lösung geätzt, die Br in einer Konzentration von 0,2% enthält, wobei der streifenförmige Siliziumnitridfilm 9 als maskierende Substanz verwendet wird, was zu einer mesastreifenförmigen Struktur 11 führt, welche einen Laseroszillations-Betriebsbereich bildet. Danach wird, wie in Fig. 12(D) gezeigt, eine p-Störstelle, wie beispielsweise Zn, innerhalb des Gebiets in einer Entfernung von 0,5 um von der geätzten Oberfläche jeder Pufferschicht 2, der aktiven Schicht 2 und der Mantelschicht 4 diffundiert, was zu einem Zn-Diffusionsbereich 8 führt, der durch schattierte Teile in Fig. 12(D) angegeben ist. Dann wird der streifenförmige Siliziumnitridfilm 9 entfernt, und, wie in Fig. 11 gezeigt, werden eine erste einbettende n-InP-Schicht 5, eine zweite einbettende p-InP-Schicht 6 und eine n-Mantelschicht 4 nacheinander mittels Flüssigphasenepitaxie gezüchtet. Die Mesa ist so schmal, daß die erste und die zweite einbettende Schicht 5 und 6 nicht auf der Mesa gezüchtet werden können. Folglich sollte, nachdem die Außenseite der Mesa von diesen einbettenden Schichten 5 und 6 eingebettet ist, die Mantelschicht 4 gezüchtet werden, so daß die Mantelschicht 4 auf der gesamten Oberfläche der Halbleiterscheibe gebildet werden kann (Mito u. a.: Denshi Tsushin Gakkai Technischer Bericht OQE 80-116). Im Ergebnis dessen wird der Laseroszillations-Betriebsbereich zwischen einem Teil der einbettenden Schicht 5 und einem anderen Teil der einbettenden Schicht durch das Diffusionsgebiet 8 eingeschoben.
Dann werden eine p-Seitenelektrode (nicht gezeigt) und eine n-Seitenelektrode (nicht gezeigt) auf der Rückseite des Substrats 1 beziehungsweise der Oberseite der Mantelschicht 4 gebildet, gefolgt von einem Aufspalten in der < 011> -Ebene, um eine Halbleiterlaservorrichtung zu bilden.
Ein Hauptmerkmal dieser Halbleiterlaservorrichtung ist, daß die erste einbettende Schicht 5 elektrisch von der Mantelschicht 4 durch das Zn-Diffusionsgebiet 8 isoliert ist, das eine Polarität hat, die von jeder der Schichten 4 und 5 verschieden ist, so daß der Steuerstrom 7b, so, wie er in Fig. 14 diskutiert wird, niemals von der Mantelschicht 4 in die erste einbettende Schicht 5 fliegen kann. Folglich wird, obwohl der eingespeiste Strom 7 erhöht wird, die Stromsperrschicht eines Thyristors, der aus der Mantelschicht 4, der zweiten einbettenden Schicht 6, der ersten einbettenden Schicht 5 und der Pufferschicht 2 (oder dem Substrat 1) zusammengesetzt ist, nicht-leitfähig gehalten, wodurch der uneffektive Strom auf einem außerordentlich niedrigen Wert gehalten wird, so daß man ein Laserstrahl-Oszillation mit einem hohen Gütegrad bis zu einer hohen Ausgangsleistung erhalten kann.
Diese Tatsache kann durch Fig. 6 in derselben Weise wie bei Beispiel 6 stärker detailliert werden, mit der Ausnahme, daß die Diode DS dem p-n-Übergang entspricht, der durch die Mantelschicht 4 und das Zn-Diffusionsgebiet 8 gebildet wird.
Wie schon weiter vorn erwähnt, erzeugt die Laservorrichtung dieses Beispiels wenig uneffektiven Strom, so daß ein Oszillationsbetrieb bei einer hohen Ausgangsleistung von 70 mW oder mehr bei Raumtemperatur erreicht werden kann. Außerdem ist die Auswirkung auf die Wärmeerzeugung infolge eines uneffektiven Stroms so gering, daß eine Laserstrahl-Oszillation selbst bei einer so hohen Temperatur wie 140ºC oder mehr erreicht werden kann.
Obwohl das vorstehende Beispiel nur eine Vorrichtung offenbart hat, bei der ein p-Substrat für das Wachstumssubstrat verwendet wurde, kann auch eine Vorrichtung, die ein n-Substrat dabei verwendet, dieselbe Auswirkung, wie sie vorstehend erwähnt ist, erreichen. Obwohl InP für die erste und die zweite einbettende Schicht verwendet wurde, können auch andere Halbleitermaterialien, wie beispielsweise InGaAsP usw., die einen kleinen Brechungsindex als die aktive Schicht haben und die eine Energielükke haben die kleiner als die der aktiven Schicht ist, für die einbettenden Schichten verwendet werden. Die epitaxialen Wachstumsschichten sind nicht auf das System InGaAsP/InP beschränkt, sondern können beispielsweise auch vom System GaAlAs/GaAs usw. sein.

Beispiel 6

Fig. 13 zeigt eine weitere Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung, welche in derselben Art und Weise, wie bei Beispiel 5, hergestellt wird, mit der Ausnahme, daß die Halbleiterscheibe von der n-InP-Mantelschicht 4 bis zur p-InP-Pufferschicht 2 geätzt wird, um zwei streifenförmige Kanäle 12 und 12' zu bilden, die eine Breite von ungefähr 10 um haben und parallel zueinander liegen, was dazu führt, daß die Mesa 11 zwischen den streifenförmigen Kanälen 12 und 12' positioniert wird, gefolgt von einem Entfernen des streifenförmigen Siliziumnitridfilms 9. Dann werden die erste einbettende Schicht 5 und die zweite einbettende Schicht 6 nacheinander auf dem Gebiet, das nicht zur Mesa 11 gehört, mittels Flüssigkeitsepidaxie gezüchtet, was zu einer Stromsperrschicht führt. Die Mesa 11 ist so schmal, daß diese einbettenden Schichten 5 und 6 nicht darauf gezüchtet werden können. Die elektrisch äquivalente Schaltung dieser Vorrichtung ist dieselbe, wie jene der Vorrichtung von Beispiel 5, mit der Ausnahme, daß der Übergangsbereich der Diode DS dieses Beispiels, der als Pfad für einen Kriechstrom dient, doppelt so groß wie der der Diode DS von Beispiel 5 ist. Die Vorrichtung dieses Beispiels ist gegenüber der Vorrichtung von Beispiel 5 in der Ausbeute von Vorteil, weil die Halbleiterscheibe dieses Beispiels weniger geätzt ist, als jene von Beispiel 5.
Die Vorrichtung dieses Beispiels erzeugt auch wenig uneffektiven Strom aus denselben Gründen, wie sie in Beispiel 5 erwähnt sind, so daß ein Oszillationsbetrieb bei einer hohen Ausgangsleistung von 70 mW oder mehr bei Raumtemperatur erreicht werden kann. Außerdem ist die Auswirkung auf die Wärmeerzeugung infolge eines uneffektiven Stroms so gering, daß eine Laserstrahl-Oszillation selbst bei einer so hohen Temperatur wie 140ºC oder mehr erreicht werden kann.

Claims

1. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs mit einem mehrschichtigen epitaxialen Wachtumskristall, der einen streifenförmigen Laseroszillations-Betriebsbereich auf auf einem Halbleitersubstrat (1) hat, wobei der Laseroszillations-Betriebsbereich eine Pufferschicht (2), die dieselbe Polarität wie das Substrat hat, eine aktive Schicht (3) und eine Mantelschicht (4) umfaßt, die eine andere Polarität als das Substrat haben, dadurch gekennzeichnet,daß der Laseroszillations-Betriebsbereich zwischen zwei Teilen einer einbettenden Schicht (5) eingeschoben ist, die auf dem Substrat angeordnet sind und die eine andere Polarität als das Substrat haben, und daß ein Teil des Substrats (1) oder eines Diffusionsgebiets (8), das eine Störstelle mit der selben Polarität wie das Substrat hat, zwischen dem Laseroszillations-Betriebsbereich und der einbettenden Schicht angeordnet ist, um auf diese Weise die einbettende Schicht (5) gegenüber der Mantelschicht (4) elektrisch zu isolieren, wodurch ein uneffektiver Strom (7b), der von der Mantelschicht zu der einbettenden Schicht fließt, selbst dann auf einem niedrigeren Wert gehalten wird, wenn der in die Vorrichtung injizierte Strom erhöht wird.

2. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch 1, bei welcher der Laseroszillations-Betriebsbereich innerhalb eines streifenförmigen Kanals (10) gebildet wird, der in einer Mesa (< 011> ) des Substrats (1) ausgebildet ist und zwischen zwei Teile der einbettenden Schicht (5) eingeschoben ist, welche außerhalb der Mesa des Substrats angeordnet sind, wobei der Teil des Substrats zwischen dem Laseroszillations-Betriebsbereich und jedem Teil der einbettenden Schicht (5) angeordnet ist, um auf diese Weise die einbettende Schicht (5) gegenüber der Mantelschicht (4) elektrisch zu isolieren.

3. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch 2, bei welcher der mehrschichtige Wachstumskristall auf der (100)-Ebene des Substrats und der streifenförmige Kanal in der < 011> -Richtung des Substrats gebildet wird.

4. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch l, bei welcher der Laseroszillations-Betriebsbereich innerhalb eines streifenförmigen Kanals (10) gebildet wird, der das Substrat (1) durch die einbettende Schicht (5) erreicht, die auf dem Substrat angeordnet und zwischen zwei Teile der einbettenden Schicht eingeschoben ist, wobei ein Diffusionsgebiet (8) auf der Innenwand des Kanals gebildet wird, um auf diese Weise die einbettende Schicht von der Mantelschicht elektrisch zu isolieren.

5. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch 4, bei welcher das mehrschichtige Wachstumskristall auf der (100)-Ebene des Substrats und der streifenförmige Kanal in der < 011> -Richtung des Substrats gebildet wird.

6. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch 4 oder 5, bei welcher das Diffusionsgebiet (8) auf dem Bereich der Innenwand des streifenförmigen Kanals (10) gebildet wird, der den Bodenbereich ausschließt.

7. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 6, bei welcher das Diffusionsgebiet (8) auf dem gesamten Bereich der Innenwand des streifenförmigen Kanals (10) gebildet wird.

8. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß irgendeinem der Ansprüche 4 bis 7, bei welcher das Substrat (1) ein p-Substrat und die Störstelle, die das Diffusionsgebiet bildet, Zn oder Cd ist.

9. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch 1, bei welcher der besagte Laseroszillations-Betriebsbereich innerhalb eines streifenförmigen Kanals (10) gebildet wird, der in dem zentralen Bereich des Substrats (1) ausgebildet und zwischen zwei Teilen der einbettenden Schicht (5) eingeschoben ist, welche durch Diffundieren einer Störstelle in die Außenseite des zentralen Bereichs des Substrats (1) gebildet werden, wobei der Teil des Substrats zwischen dem Laseroszillations-Betriebsbereich und jedem Teil der einbettenden Schicht angeordnet ist, wodurch die einbettende Schicht (5) von der Mantelschicht (4) elektrisch isoliert wird.

10. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch 9, bei welcher ein mehrschichtiges Wachstumskristall auf der (100)-Ebene des Substrats und der streifenförmige Kanal (10) in der < 011> -Richtung des Substrats gebildet wird.

11. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch 9 oder 10, bei welcher das Substrat (1) ein n- Substrat ist und die Störstelle, die die einbettenden Schichten bildet, Zn oder Cd ist.

12. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch 1, bei welcher der Laseroszillations-Betriebsbereich zu einem Mesastreifen aus den Substrat (1) ausgebildet ist und zwischen zwei Teilen der einbettenden Schicht (5) eingeschoben wird, welche außerhalb des Mesas angeordnet sind, wobei das Diffusionsgebiet auf der Außenwand der Mesa gebildet wird, wodurch die einbettende Schicht von der Mantelschicht elektrisch isoliert wird.

13. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch 12, bei welcher die Oberseite der Pufferschicht, die auf beiden Seiten der Mesa positioniert ist, flach ist.

14. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch 12, bei welcher die Oberseite der Pufferschicht, die auf beiden Seiten der Mesa positioniert ist, zu einer kanalförmigen Gestalt konkav ausgebildet ist.

15. Halbleiterlaservorrichtung des eingebetteten Typs gemäß Anspruch 12, bei welcher das mehrschichtige Wachstumskristall auf der (100)-Ebene des Substrats und die Mesa in der < 011> -Richtung des Substrats gebildet wird.