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Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlasereinrichtung.
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Um eine kontinuierlich stabile Laserschwingung in
Einmodenbetrieb bei einem niedrigen Schwellenwertstrompegel zu erreichen,
sind bisher Halbleiterlaser derart gestaltet worden, daß die
aktive Schicht durch Plattieren von Schichten definiert wurde
und außerdem so, daß Licht und Träger mit einer hohen Dichte
innerhalb des Laserschwingungsbereichs der aktiven Schicht mit
Hilfe einer strombegrenzenden Streifenstruktur und einer
Wellenleiterstruktur begrenzt worden sind. Wenn jedoch die
Halbleiterlasereinrichtungen bei einer hohen Ausgangsleistung
arbeiten, ist die Lichtdichte in der aktiven Schicht erhöht, was
zur Verschlechterung der Einrichtungen durch Wärme führt. Um
dieses Problem zu lösen, sind TRP-Laser
(Hochleistungs-Einmodlaser mit Doppelriefen-Substratstruktur) vorgeschlagen worden
(Appl. Phys. Lett., Band 42, Nr. 10, 15, Mai 1983, S. 853), bei
welchen eine dünne aktive Schicht gebildet wird, um die
Lichtdichte der aktiven Schicht zu verringern und dadurch einen
Betrieb mit hoher Ausgangsleistung zu erreichen. Die dünne aktive
Schicht wird auf den Riefen der Basisschicht durch
Flüssigphasenepitaxie gezüchtet. Jedoch ist das Züchten einer aktiven
Schicht, die eine Dicke von nur 0,1 um oder weniger hat, unter
Anwendung der Flüssigphasenepitaxie außerordentlich schwierig.
Die Ausgangsintensität von Laserlicht hängt von der Dicke der
aktiven Schicht ab, und wenn die Dicke der aktiven Schicht
verringert wird, dann nimmt die Trägerdichte der aktiven Schicht
zu, was zu einem Status für Laserschwingung bei einer hohen
Ausgangsleistung bei einem niedrigen Strompegel führt. Jedoch
selbst obwohl eine dünne aktive Schicht auf den Riefen der
Basisschicht gezüchtet und demzufolge eine Abnahme bei der
Lichtintensität derselben erreicht wird, nimmt die Absorption von
Laserlicht an den Kristallflächen oder um diese herum nicht ab,
was eine Beschädigung und/oder Verschlechterung der
Kristallflächen verursacht, wodurch die Lebensdauer dieser TRS-Laser
verkürzt wird.
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Andererseits sind Fenster-VSIS-Laser vorgeschlagen worden (Appl.
Phys. Lett., Band 42, Nr. 5, 1. Mai 1983, S. 406), bei welchen
eine dicke und konkave aktive Schicht in der angeregten Region
innerhalb der Kristallflächen und eine flache aktive Schicht in
den Fensterregionen in der unmittelbaren Nähe der
Kristallflächen verwendet wird, um dadurch die Absorption von Laserlicht an
den Kristallflächen derselben herabzusetzen, so daß man einen
Betrieb mit hoher Ausgangsleistung erreichen kann. Jedoch
solange das Züchten der aktiven Schicht unter Verwendung einer
üblichen Flüssigphasen-Epitaxialwachstumstechnik ausgeführt wird,
kann die Krümmung der aktiven Schicht in der lichtstimulierten
Region infolge solcher Probleme wie beispielsweise der Sättigung
der Ga-Lösung und/oder der Temperaturverteilung innerhalb des
Wachstumsofens nicht innerhalb eines festgelegten Grenzwerts
gesteuert werden. Folglich können Halbleiterlasereinrichtungen,
die einheitliche Kennwerte haben, nicht mit Zuverlässigkeit in
Massen produziert werden. Außerdem führt die Anwendung einer
solchen konkav gestalteten aktiven Schicht bei den Einrichtungen
zu einer teilweisen Erhöhung der Lichtintensität dieser konkav
gestalteten aktiven Schicht bezogen auf den Brechungsindex der
aktiven Schicht, was eine Verschlechterung der Einrichtungen bei
Betrieb mit hoher Ausgangsleistung führt.
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In CA-A-1150388 wird ein Doppel-Heterostruktur-Halbleiterlaser
offenbart, welcher ein Substrat hat, das mit drei parallelen
streifenförmigen Kanälen, wobei der mittlere Kanal schmaler und
flacher als die beiden flankierenden Kanäle ist und einer
aktiven Schicht gebildet wird, welche einen planaren Teil von im
wesentlichen einheitlicher Dicke über dem mittleren Kanal hat.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird für eine
Halbleiterlasereinrichtung gesorgt, welche ein Substrat, das einen
streifenförmigen Hauptkanal für die Begrenzung des Stroms darin
und streifenförmige Nebenkanäle hat, die parallel dazu außerhalb
des streifenförmigen Hauptkanals gebildet werden, wobei die
Breite dieser streifenförmigen Nebenkanäle größer als die des
streifenförmigen Hauptkanals ist und eine aktive Schicht für
eine Laserschwingung umfaßt, wobei die Teile dieser aktiven
Schicht, welche den streifenförmigen Nebenkanälen entsprechen,
konkav geformt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der
aktiven Schicht, welcher zwischen den konkav geformten Teilen
der aktiven Schicht positioniert ist, eine Dicke hat, welche
geringer als die der konkav geformten Teile der aktiven Schicht
zum Zweck der Steuerung der Dicke der aktiven Schicht des
Halbleiterlasers ist.
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Die Dicke der Teile dieser aktiven Schicht, die dem
streifenförmigen Hauptkanal in der unmittelbaren Nähe der
Kristallflächen entspricht, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
dünner als die des Teils der aktiven Schicht, der dem
streifenförmigen Hauptkanal innerhalb der Kristallflächen entspricht. Bei
einer noch stärker bevorzugten Ausführungsform werden die
streifenförmigen Nebenkanäle in der Richtung der Laserschwingung
entlang der gesamten Länge des streifenförmigen Hauptkanals
gebildet, wobei der Abstand zwischen dem streifenförmigen
Hauptkanal und jedem der streifenförmigen Nebenkanäle in der
unmittelbaren Nähe der Kristallflächen kleiner als der zwischen dem
streifenförmigen Hauptkanal und jedem der streifenförmigen
Nebenkanäle innerhalb der Kristallflächen ist. Als Alternative
werden die streifenförmigen Nebenkanäle in der Richtung der
Laserschwingung entlang des streifenförmigen Hauptkanals nur in
der unmittelbaren Nähe der Kristallflächen gebildet.
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Die Breite jedes der streifenförmigen Nebenkanäle ist bei einer
bevorzugten Ausführungsform größer in der unmittelbaren Nähe der
Kristallflächen als die jeder der streifenförmigen Nebenkanäle
innerhalb der Kristallflächen.
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Die Tiefe jedes streifenförmigen Nebenkanals ist bei einer
bevorzugten Ausführungsform größer in der unmittelbaren Nähe der
Kristallflächen als die jedes der Nebenkanäle innerhalb der
Kristallflächen.
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Der Teil der aktiven Schicht in der unmittelbaren Nähe der
Kristallflächen ist bei einer bevorzugten Ausführungsform eine
Fensterregion, die als Wellenleiter funktioniert.
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Folglich macht die hierin beschriebene Erfindung folgende Ziele
möglich: (1) Bereitstellen eines Halbleiterlasers, bei welchem
das Wachstum einer dünnen aktiven Schicht mit Reproduzierbarkeit
erreicht wird, was zu einer Halbleiterlasereinrichtung mit hoher
Ausgangsleistung führt; (2) Bereitstellen einer
Halbleiterlasereinrichtung, bei welcher die aktive Schicht des
Laserschwingungs-Operationsbereichs flach ist und die Dicke des flachen
Teils der aktiven Schicht in unmittelbarer Nähe der
Kristallflächen geringer als die des flachen Teils der aktiven Schicht
innerhalb der Kristallflächen ist, so daß die Absorption von
Laserlicht bei den Kristallflächen oder um diese herum
unterdrückt werden kann, wodurch man eine kontinuierliche
Laserschwingung mit hoher Ausgangsleistung bei Raumtemperatur
erreicht; (3) Bereitstellen einer Halbleiterlasereinrichtung,
welche bei einer hohen Ausgangsleistung schwingen und mit
verbesserter Ausbeute produziert werden kann, da ja der Teil der
aktiven Schicht, der der Struktur des streifenförmigen
Hauptkanals entspricht, notwendigerweise zu einer flachen Form
ausgebildet ist; (4) Bereitstellen einer Halbleiterlasereinrichtung
mit langer Lebensdauer, welche Fensterregionen hat, in welchen
die Absorption von Laserlicht minimiert ist; und (5)
Bereitstellen einer Halbleiterlasereinrichtung, welche mit Zuverlässigkeit
in Massenfertigung hergestellt werden kann.
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Zum Zweck eines besseren Verstehens der Erfindung und um zu
zeigen, wie diese zum Einsatz gebracht werden kann, wird jetzt,
nur in Form eines Beispiels, auf die beigefügten Zeichnungen
verwiesen, bei welchen:
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Fig. 1(A) bis 1(E) Seiten-Schnittansichten sind, die einen
Produktionsprozeß für eine Halbleiterlasereinrichtung dieser
Erfindung zeigen;
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Fig. 2(A) eine perspektivische Ansicht ist, die eine durch den
in Fig. 1 gezeigten Produktionsprozeß hergestellte
Halbleiterlasereinrichtung zeigt;
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Fig. 2(B) eine Grafik ist, die die Beziehung zwischen dem
Abstand zwischen dem streifenförmigen Hauptkanal und dem
streifenförmigen Nebenkanal und der Dicke der aktiven Schicht der in
Fig. 2(A) gezeigten Halbleiterlasereinrichtung zeigt;
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Fig. 3 eine perspektivische Ansicht ist, die eine andere
Halbleiterlasereinrichtung dieser Erfindung zeigt, welche an der
Grenzfläche zwischen jeder Fensterregion und der
lichtstimulierten Region geschnitten ist;
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Fig. 4(A) bis 4(D) perspektivische Ansichten sind, welche einen
Herstellungsprozeß der in Fig. 3 gezeigten
Halbleiterlasereinrichtung zeigen;
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Fig. 5 eine perspektivische Ansicht ist, die eine weitere
Halbleiterlasereinrichtung dieser Erfindung zeigt, die an der
Grenzfläche zwischen jeder Fensterregion und der
lichtstimulierten Region geschnitten ist;
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Fig. 6(A) bis 6(D) perspektivische Ansichten sind, welche einen
Produktionsprozeß der in Fig. 5 gezeigten
Halbleiterlasereinrichtung
zeigen;
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Fig. 7 eine perspektivische Ansicht ist, die eine weitere
Halbleiterlasereinrichtung dieser Erfindung zeigt, die an der
Grenzfläche zwischen jeder Fensterregion und der
lichtstimulierten Region geschnitten ist;
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Fig. 8 eine perspektivische Ansicht ist, die eine weitere
Halbleiterlasereinrichtung dieser Erfindung zeigt, die an der
Grenzfläche zwischen jeder Fensterregion und der
lichtstimulierten Region geschnitten ist;
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Fig. 9(A) bis 9(D) perspektivische Ansichten sind, die einen
Produktionsprozeß der in Fig. 8 gezeigten
Halbleiterlasereinrichtung zeigen;
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Fig. 10 eine perspektivische Ansicht ist, die eine weitere
Halbleiterlasereinrichtung dieser Erfindung zeigt, welche an der
Grenzfläche zwischen jeder Fensterregion und der
lichtstimulierten Region geschnitten ist;
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Fig. 11 eine perspektivische Ansicht ist, die eine weitere
Halbleiterlasereinrichtung dieser Erfindung zeigt, welche an der
Grenzfläche zwischen jeder Fensterregion und der
lichtstimulierten Region geschnitten ist;
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Fig. 12(A) bis 12(D) perspektivische Ansichten sind, welche
einen Produktionsprozeß der in Fig. 11 gezeigten
Halbleiterlasereinrichtung zeigen; und
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Fig. 13 eine perspektivische Ansicht ist, die eine weitere
Halbleiterlasereinrichtung dieser Erfindung zeigt, welche an der
Grenzfläche zwischen jeder Fensterregion und der
lichtstimulierten Region geschnitten ist.
Ausführungsform 1
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Die Fig. 1(A) bis 1(E) zeigen den Herstellungsprozeß einer
Halbleiterlasereinrichtung dieser Erfindung. Wie in Fig. 1(A)
gezeigt, werden auf einer Wachstumsfläche eines mit Zn dotierten
p-GaAs-Substrats (p = 1 · 10¹&sup9; cm&supmin;³) 10 streifenförmige Mesakanäle
220a und 230a, die eine Breite von 8 um und eine Tiefe von 1 um
haben, mit einem Abstand von 40 um dazwischen mit Hilfe einer
Ätztechnik gebildet. Dann wird auf dem GaAs-Substrat 10, das die
streifenförmigen Mesakanäle 220a und 230a beinhaltet, wie in
Fig. 1(B) gezeigt, eine mit Te dotierte n-GaAs-Stromsperrschicht
(n = 6 · 10¹&sup8; cm&supmin;³) 11 mittels Flüssigphasenepitaxie in einer
solchen Art und Weise gezüchtet, daß die streifenförmigen
Mesakanälen 220a und 230a mit der GaAs-Stromsperrschicht 11 gefüllt
werden, die eine flache Oberfläche hat, deren Dicke 0,8 um in
dem Teil ist, der dem flachen Bereich des Substrats 10
entspricht, der nicht zu den streifenförmigen Mesakanälen 220a und
230a gehört. Diese Stromsperrschicht 11 hat eine andere
Polarität, als die Polarität des einzuspeisenden Stroms. Dann wird
eine Resistschicht 50 auf der Stromsperrschicht 11 gebildet und
teilweise weggeätzt, um Streifen 51, 52 und 53 zu bilden, wie in
Fig. 1(C) gezeigt, wonach dann ein Ätzen folgt, um einen
streifenförmigen Hauptkanal 21 (dessen Breite 3 um und dessen Tiefe
1 um beträgt) in einer V-Form in dem Teil, der dem Streifen 51
entspricht und um streifenförmige Nebenkanäle 22a und 22a (deren
Breite 8 um und deren Tiefe 1 um beträgt) in den Teilen zu
bilden, die den Streifen 52 beziehungsweise 53 entsprechen, wie in
Fig. 1(D) gezeigt. Da nun die streifenförmigen Nebenkanäle 22a
und 23a durch die Stromsperrschicht 11 auf dem Substrat 10
gebildet werden, fließt kein Strom dadurch. Da auf der anderen
Seite der streifenförmige Hauptkanal 21 das p-GaAs-Substrat 10
erreicht, von welchem die Stromsperrschicht 11 entfernt ist,
wird in diesem Bereich ein Strompfad eröffnet. Der Strompfad
wird nur in dem streifenförmigen Hauptkanal 21 gebildet, welcher
zur Lichtemission beiträgt, so daß ein unproduktiver Strom, der
nicht zur Lichtemission beiträgt, reduziert werden kann.
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Danach wird die restliche Resistschicht 50 entfernt, und es
werden nacheinander eine p-GaAlAs-Plattierschicht 12, die eine
Heterobindung mit einer aktiven Schicht bildet, wie nachstehend
erwähnt, eine aktive GaAlAs-Schicht 13 für eine Laserschwingung,
eine n-GaAlAs-Plattierschicht 14, die eine Heterobindung mit der
vorstehend erwähnten aktiven Schicht 13 bildet und eine n&spplus;-GaAs-
Abdeckschicht 15, die einen ohmschen Kontakt mit einer Elektrode
erreicht, mittels Flüssigphasenepitaxie gezüchtet, was zu einem
Doppel-Heterostruktur-Mehrschichtkristall für eine
Laserschwingung führt.
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Da nun die Breite der streifenförmigen Nebenkanäle 22a und 23a
größer als die des streifenförmigen Hauptkanals 21 ist, werden
die Teile der p-Plattierschicht 12, die diesen streifenförmigen
Nebenkanälen 22a und 23a entsprechen, zu einer nach unten
konkaven Form ausgebildet. Die Wachstumsrate der auf den konkav
geformten Teilen der p-Plattierschicht 12 gezüchteten aktiven
Schicht 13 ist größer als die der auf dem ebenen Teil der p-
Plattierschicht 12 gezüchteten aktiven Schicht 13, und folglich
wird As in der Lösung, welches mit den konkav geformten Teilen
der p-Plattierschicht 12 in Berührung kommt, für das Züchten der
aktiven Schicht schneller verbraucht, als das in der Lösung in
der Umgebung der konkav geformten Teile der p-Plattierschicht
12, was zur Diffusion des As aus der Lösung in der Umgebung der
konkav geformten p-Plattierschicht 12 in die der konkav
geformten p-Plattierschicht 12 führt, was eine Abnahme bei der
Konzentration von As in der Umgebung der konkav geformten
p-Plattierschicht 12 verursacht. Deshalb wird das Wachstum der aktiven
Schicht 13 in der Umgebung der konkav geformten
p-Plattierschicht 12 (d. h. in dem ebenen Teil der p-Plattierschicht 12)
unterdrückt. Das heißt, die konkaven Teile der aktiven Schicht
13, die den streifenförmigen Nebenkanälen 22a und 23a
entsprechen, werden mit einer größeren Dicke gebildet, was zum
Unterdrücken des Wachstums des Teils der aktiven Schicht 13 führt,
der dem streifenförmigen Hauptkanal 21 entspricht, der zwischen
den streifenförmigen Nebenkanälen 22a und 23a positioniert ist.
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Wegen der Unterdrückung des Wachstums der aktiven Schicht 13
wird die Dicke der aktiven Schicht 13 in dem Bereich, der dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 entspricht, dünn. In einer solche
Art und Weise kann die Dicke der aktiven Schicht 13 leicht mit
Reproduzierbarkeit gesteuert werden.
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Die Dicke der p-Plattierschicht 12 wird natürlich so gesteuert,
daß sie dünn genug ist, damit Licht innerhalb der aktiven
Schicht teilweise am Substrat 10 absorbiert werden kann.
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Fig. 2(A) und 2(B) zeigen die Auswirkung der geringen Dicke der
aktiven Schicht 13 auf das Herabsetzen der Wachstumsrate der
aktiven Schicht 13 durch Änderungen im Abstand W zwischen dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 und jedem streifenförmigen
Nebenkanal 22a und 23a der Halbleiterlasereinrichtung, die man durch
den vorstehend erwähnten Prozeß erhält, wobei die Breite
beziehungsweise die Tiefe des streifenförmigen Hauptkanals 21 3 um
beziehungsweise 1 um beträgt und die Breite beziehungsweise die
Tiefe jedes streifenförmigen Nebenkanals 22a und 23a 8 um
beziehungsweise 1 um beträgt. Das Züchten der aktiven Schicht wurde
bei einer Übersättigung von 4ºC über 2 Sekunden ausgeführt.
Wenn die aktive Schicht 13 mittels Flüssigphasenepitaxie
gezüchtet wird, dann wird die aktive Schicht dünner, wenn der Abstand
W klein wird. Wenn der Abstand W größer als ungefähr 70 um wird,
dann kann die Auswirkung der streifenförmigen Nebenkanäle 22a
und 23a auf die geringe Dicke der aktiven Schicht 13 nicht
beobachtet werden.
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Dann werden die p-Seiten-Elektrode und die n-Seiten-Elektrode
auf dem vorstehend erwähnten
Doppel-Heterostruktur-Mehrschichtkristall mittels eines üblichen Verfahrens gebildet und
aufgespalten, um die Kristallflächen zu bilden, was zu einer
Halbleiterlasereinrichtungs-Baueinheit führt, welche einen
Betrieb mit hoher Ausgangsleistung erreichen kann, die zwei- oder
dreimal so hoch ist, wie die konventioneller
Halbleiterlasereinrichtungen.
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Obwohl der streifenförmige Nebenkanal auf beiden Seiten des
streifenförmigen Hauptkanals bei dem vorstehenden Beispiel
gebildet wurde, kann er auch auf einer Seite des streifenförmigen
Hauptkanals gebildet werden, oder es kann eine Vielzahl der
streifenförmigen Nebenkanäle auf beiden Seiten desselben
gebildet werden. Als Halbleitermaterial können auch ein GaAlInP-
System und andere Materialien verwendet werden.
Ausführungsform 2
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Fig. 3 zeigt eine andere Halbleiterlasereinrichtung dieser
Erfindung, welche eine innere Resonatorlänge von 250 um hat und
welche die Fensterregionen 1a und 1c, welche eine Länge von 25
;im von den Kristallflächen haben und die angeregte Region 1b
umfaßt, welche zwischen den Fensterregionen 1a und 1c
positioniert ist. Die Struktur der Halbleitereinrichtung ist dieselbe,
wie die der Halbleitereinrichtung in Beispiel 1 mit der
Ausnahme, daß der Abstand zwischen dem streifenförmigen Hauptkanal 21
und jedem der streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22c und 23c
in den Fensterregionen 1a und 1c kleiner als der zwischen dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 und jedem der streifenförmigen
Nebenkanäle 22b und 23b in der angeregten Region 1b ist. Die
Oberseite der p-Plattierschicht 12 ist flach auf dem
streifenförmigen Hauptkanal 21, ist aber nach unten hin konkav auf jedem
der streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22b, 22c, 23b und 23c
infolge der Form der streifenförmigen Nebenkanäle, und folglich
wird die aktive Schicht 13, die auf den konkav geformten Teilen
der p-Plattierschicht gezüchtet wird, die den streifenförmigen
Nebenkanälen 22a, 23a, 22c und 23c entsprechen, zu einer nach
unten konkaven Form ausgebildet und wird die aktive Schicht 13,
die auf dem anderen Teil der p-Plattierschicht 12 gezüchtet
wird, zu einer Ebene ausgebildet.
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Die Dicke der Teile der aktiven Schicht 13 über dem
streifenförmigen Hauptkanal in den Fensterregionen 1a und 1c ist
geringer
als die des Teils der aktiven Schicht 13 über dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 in der angeregten Region 1b. Der
Unterschied in der Dicke der aktiven Schicht 13 zwischen diesen
entsteht aus dem folgenden Grund: Die Wachstumsrate der auf den
konkav geformten Teilen der p-Plattierungsschicht 12 gezüchteten
aktiven Schicht, die den streifenförmigen Nebenkanälen 22a, 23a,
22c und 23c entsprechen, ist höher als die der aktiven Schicht
13, die auf dem ebenen Teil der p-Plattierungsschicht 12
gezüchtet wird, was zu der Diffusion von As aus der Lösung in der
Umgebung der konkav geformten p-Plattierungsschicht in die in
der konkav geformten p-Plattierungsschicht führt, wie bei
Ausführungsform 1 beschrieben, was eine Abnahme bei der
As-Konzentration in der Umgebung der konkav geformten
p-Plattierungsschicht 12 (d. h. in dem Teil der aktiven Schicht 13, der dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 entspricht) verursacht. Folglich
wird das Wachstum der aktiven Schicht 13 in der Umgebung der
konkav geformten p-Plattierungsschicht 12 unterdrückt. Die
Unterdrückung des Wachstums der aktiven Schicht 13 hängt von dem
Abstand zwischen dem streifenförmigen Hauptkanal und dem
streifenförmigen Nebenkanal ab, und demzufolge wird das Wachstum der
aktiven Schicht in den Fensterregionen 1a und 1c langsamer als
das Wachstum in der angeregten Region 1b, was zu einer Differenz
bei der Dicke der aktiven Schicht 13 zwischen jeder
Fensterregion 1a und 1c und der angeregten Region 1b führt. Bei diesem
Beispiel betrug der Abstand zwischen dem streifenförmigen
Hauptkanal 21 und jedem streifenförmigen Nebenkanal 22a, 23a, 22c und
23c in den Fensterregionen 1a und 1c 10 um und betrug der
Abstand zwischen dem streifenförmigen Hauptkanal 21 und jedem
streifenförmigen Nebenkanal 22b und 23b in der angeregten Region
1b 30 um, so daß die Dicke der aktiven Schicht 13, die dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 in den Fensterregionen 1a und 1c
entspricht, geringer als diejenige der aktiven Schicht 13 sein
kann, die dem streifenförmigen Hauptkanal 21 in der angeregten
Region 1b entspricht.
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Wenn Strom an die vorstehend erwähnte Halbleiterlasereinrichtung
angelegt wird, dann erreichen, da ja die Dicke der aktiven
Schicht 13 in den Fensterbereichen 1a und 1c geringer als die
der aktiven Schicht 13 in der angeregten Region 1b ist, die
eingeleiteten Elektronen ein Leitfähigkeitsband bei einem
höheren Wert als dem der angeregten Region 1b. Folglich funktioniert
diese Lasereinrichtung als Fensterlaser, bei welchem Laserlicht,
das in den angeregten Regionen 1b zum Schwingen gebracht wird,
nicht in den Fensterregionen 1a und 1c absorbiert wird, wodurch
man einen Betrieb mit hoher Ausgangsleistung erreicht.
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Fig. 4(A) bis 4(D) zeigen einen Produktionsprozeß der in Fig. 3
gezeigten Halbleiterlasereinrichtung. Wie in Fig. 4(A) gezeigt,
werden auf einem mit Zn dotierten p-GaAs-Substrat 10 (p = 1 ·
10¹&sup9; cm&supmin;³) streifenförmige Kanäle 220a, 230a, 220b, 230b, 220c und
230c mit derselben Form und derselben Größe oder einer größeren
Abmessung als die streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22b,
23b, 22c und 23c, die in dem anschließenden Schritt zu bilden
sind, mittels einer Ätztechnik gebildet. Dann wird auf dem GaAl-
Substrat 10, wie in Fig. 4(B) gezeigt, eine mit Te dotierte n-
GaAs-Stromsperrschicht 11 (n = 6 · 10¹&sup8; cm&supmin;³) mittels
Flüssigphasenepitaxie in einer solchen Art und Weise gezüchtet, daß die
streifenförmigen Kanäle 220a, 230a, 220b, 230b, 220c und 230c
mit der Stromsperrschicht 11, die eine flache Oberfläche hat,
deren Dicke 0,8 um in dem Teil beträgt, der dem in dem
anschließenden Schritt zu bildenden streifenförmigen Hauptkanal 21
entspricht, gefüllt. Dann werden, wie in Fig. 4(C) gezeigt, die
streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22b, 23b, 22c und 23c,
die eine Breite von 8 um und eine Tiefe von 1,0 um haben, auf
der Stromsperrschicht 11, die den streifenförmigen Kanälen 220a,
230a, 220b, 230b, 220c beziehungsweise 230c entspricht, mittels
einer Ätztechnik gebildet und wird der streifenförmige
Hauptkanal 21, der eine Breite von 3 um und eine Tiefe von 1,0 um im
mittleren Teil zwischen den streifenförmigen Nebenkanälen 22
(d. h. 22a, 22b und 22c) und 23 (d. h. 23a, 23b und 23c) hat,
mittels einer Ätztechnik so gebildet, daß er das Substrat 10
erreicht, was zu einem Strompfad darin führt. Die
streifenförmigen Nebenkanäle 22 bilden keinen Strompfad, da sie ja infolge
der Stromsperrschicht 11 keinen Kontakt mit dem Substrat 10
haben. Folglich fließt Strom nur durch den streifenförmigen
Hauptkanal 21, was effektiv dazu dient, den Strom darin zu
begrenzen.
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Danach werden, wie in Fig. 4(D) gezeigt, auf der
Stromsperrschicht 11, die den streifenförmigen Hauptkanal und die
streifenförmigen Nebenkanäle einschließt, nacheinander eine p-GaAlAs-
Plattierschicht 12, eine aktive p-GaAlAs-Schicht 13, eine n-
GaAlAs-Plattierschicht 14 und eine n-GaAs-Deckschicht 15 mittels
Flüssigphasenepitaxie gezüchtet, was zu einem
Doppel-Heterostruktur-Mehrschichtkristall für eine Laserschwingung führt.
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Bei dieser Ausführungsform betrug die Dicke der aktiven Schicht
13, die dem streifenförmigen Hauptkanal 21 in der angeregten
Region 1b entspricht, ungefähr 0,10 um und die der aktiven
Schicht 13, die dem streifenförmigen Hauptkanal 21 in jeder
Fensterregion 1a und 1c entspricht, ungefähr 0,04 um, was zu
einer Fenster-Halbleiterlasereinrichtung führte, welche eine
hohe Ausgangsleistung von maximal 200 mW bei kontinuierlicher
Laserschwingung bei Raumtemperaturen erzeugte.
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Bei dieser Ausführungsform wurde ein p-GaAs-Halbleitersubstrat
verwendet, doch ist dies keine Einschränkung. Als
Halbleitermaterial kann natürlich auch ein InGaAsP-System, ein GaAlAsSb-
System usw. verwendet werden.
Ausführungsform 3
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Fig. 5 zeigt eine weitere Halbleiterlasereinrichtung dieser
Erfindung, bei welcher die innere Resonatorlänge ungefähr 250 um
beträgt und die Dicke der aktiven Schicht 13 für einen
Laserschwingungsbetrieb in den Fensterregionen 1a und 1c, welche
jeweils mit einer Länge von 25 im von der Kristallfläche aus
gebildet sind, geringer als die der aktiven Schicht 13 für einen
Laserschwingungsbetrieb in der angeregten Region 1b ist, so daß
die Absorption von Laserlicht in den Fensterregionen 1a und 1c
unterdrückt werden kann. Die Teile der aktiven Schicht 13, die
den streifenförmigen Nebenkanälen 22a, 23a, 22b, 23b, 22c und
23c entsprechen, die außerhalb des streifenförmigen Hauptkanals
21 liegen, sind konkav ausgebildet, und der Teil der aktiven
Schicht 13, der dem streifenförmigen Hauptkanal 21 entspricht,
ist eben ausgebildet. Die Wachstumsrate des ebenen Teils der
aktiven Schicht 13 hängt von der Querschnittsgröße und/oder der
Gestalt der streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22c und 23c
ab; das heißt, die Dicke des ebenen Teils der aktiven Schicht
13, die dem streifenförmigen Hauptkanal 21 entspricht, wird
dünner, wenn die Größe des Querschnitts der streifenförmigen
Nebenkanäle 22a, 23a, 22c und 23c groß wird.
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Bei der Halbleiterlasereinrichtung dieser Ausführungsform ist
die Breite der streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22c und
23c in den Fensterregionen 1a und 1c größer als die der
streifenförmigen Nebenkanäle 22b und 23b in der angeregten Region 1b,
so daß die Dicke der aktiven Schicht 13, die dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 in der unmittelbaren Nähe der Kristallflächen
entspricht, geringer als die der aktiven Schicht 13 wird, die
dem streifenförmigen Hauptkanal innerhalb der Kristallflächen
entspricht. Wenn Strom an die Einrichtung angelegt wird, dann
erreichen, da ja die Dicke der aktiven Schicht 13 in den
Fensterregionen 1a und 1c geringer als die der aktiven Schicht 13
in der angeregten Region 1b ist, die eingebrachten Elektronen
ein Leitungsband bei einem höheren Wert als dem der angeregten
Region 1b. Folglich funktioniert diese Lasereinrichtung als
Fensterlaser, bei welchem Laserlicht, das in der angeregten
Region 1b zum Schwingen gebracht wird, in den Fensterregionen 1a
und 1c nicht absorbiert wird, wodurch man einen Betrieb bei
hoher und stabiler Ausgangsleistung erreicht.
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Die Fig. 6((A) bis 6(D) zeigen einen Produktionsprozeß für die
in Fig. 5 gezeigte Halbleiterlasereinrichtung. Wie in Fig. 6(A)
gezeigt, wird auf den Teilen eines p-GaAs-Substrats 10, die den
in dem anschließenden Schritt zu bildenden streifenförmigen
Nebenkanälen 22 und 23 entsprechen, ein Paar Kanäle 220 und 230
mit Hilfe einer Ätztechnik gebildet. Dann wird, wie in Fig. 6(B)
gezeigt, auf dem Substrat 10 eine n-GaAs-Stromsperrschicht 11
mittels Flüssigphasenepitaxie in einer solchen Art und Weise
gezüchtet, daß die Kanäle 220 und 230 mit der Stromsperrschicht
11 gefüllt werden, deren Dicke 0,8 um an dem Teil ist, der dem
in dem folgenden Schritt zu bildenden streifenförmigen
Hauptkanal entspricht. Dann wird, wie in Fig. 6(C) gezeigt, ein Paar
streifenförmige Nebenkanäle 220 und 230 mittels einer Ätztechnik
in einer solchen Art und Weise gebildet, daß die Breite der
streifenförmigen Kanäle 22 und 23 in den Fensterregionen 1a und
1c beziehungsweise in der angeregten Region 1b 16 um
beziehungsweise 8 um ist und die Tiefe 1 um beträgt. Dann wird der
streifenförmige Hauptkanal 21, der eine Breite von 3 um und eine
Tiefe von 1 um hat, in dem Mittelteil zwischen den
streifenförmigen Nebenkanälen 22 und 23 gebildet. Der streifenförmige
Hauptkanal 21 erreicht das p-GaAs-Substrat 10, wodurch sich ein
Strompfad ergibt. Strom, der für die Laserschwingung
erforderlich ist, fließt nur durch den streifenförmigen Hauptkanal 21.
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Danach werden, wie in Fig. 6(D) gezeigt, nacheinander auf der
Stromsperrschicht 11, die die Kanäle 21, 22 und 23 einschließt,
eine p-GaAlAs-Plattierschicht 12, eine aktive p-Ga-AlAs-Schicht
13, eine n-GaAlAs-Plattierschicht 14 und eine n-GaAs-Deckschicht
15 mittels Flüssigphasenepitaxie gezüchtet, was zu einem Doppel-
Heterostruktur-Mehrschichtkristall für eine Laserschwingung
führt.
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Beim Wachstumsprozeß werden die Teile der aktiven Schicht 13,
die den streifenförmigen Nebenkanälen 22 und 23 entsprechen, mit
einer nach unten gerichteten Krümmung gezüchtet, wobei der
Verbrauch der Lösungsmenge größer als bei dem ebenen Teil der
aktiven
Schicht 13 ist, der dem streifenförmigen Hauptkanal 21
entspricht, so daß die Dicke des ebenen Teils der aktiven Schicht
13, der zwischen den streifenförmigen Nebenkanälen 22 und 23
liegt, sich mit dem Grad der Krümmung der konkav gebildeten
Teile der aktiven Schicht 13 ändert. Damit die aktive Schicht 13
über dem streifenförmigen Hauptkanal 21 in den Fensterregionen
1a und 1c dünner als die aktive Schicht 13 über dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 in der angeregten Region 1b ist, ist die
Breite der streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22c und 23c in
den Fensterregionen 1a und 1c breiter als die der
streifenförmigen Nebenkanäle in der angeregten Region 1b. Bei diesem Beispiel
beträgt die Dicke der aktiven Schicht 13 über dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 in der angeregten Region 0,08 um und die der
aktiven Schicht 13 über dem streifenförmigen Hauptkanal 21 in
den Fensterregionen 1a und 1c 0,03 um, was zu einem Fensterlaser
führt, bei welchem die Absorption von Laserlicht in den
Fensterregionen unterdrückt wird, wodurch eine hohe Ausgangsleistung
von maximal 200 mW bei kontinuierlicher Laserschwingung bei
Raumtemperaturen erreicht wird.
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Bei der vorstehenden Ausführungsform wurde ein p-GaAs-Substrat
verwendet, doch ist diese nicht darauf beschränkt. Ein n-GaAs-
Material kann für das Substrat verwendet werden. Es können dafür
auch andere Halbleitermaterialien, wie jene aus einem InGaAsP-
System, einem AlGaAsSb-System usw. verwendet werden.
Ausführungsform 4
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Fig. 7 zeigt eine weitere Halbleiterlasereinrichtung dieser
Erfindung, welche in derselben Weise wie bei Ausführungsform 3
hergestellt, mit der Ausnahme, daß eine streifenförmige Struktur
in der Deckschicht 34 gebildet wird. Diese Einrichtung wird wie
folgt hergestellt: Die streifenförmigen Kanäle 21, 22a, 23a,
22b, 23b, 22c und 23c werden auf dem p-Substrat 10 in derselben
Weise, wie bei Ausführungsform 3 hergestellt, und dann werden
eine p-Plattierungsschicht 31, eine aktive p-Schicht 32, eine n-
Plattierungsschicht 33 und eine p-Deckschicht 34 (oder ein
hochohm'scher Kontakt) mittels Flüssigphasenepitaxie gebildet,
wonach dann das Diffundieren von Verunreinigungen in die Region
der p-Deckschicht 34 folgt, die dem streifenförmigen Hauptkanal
entspricht, um einen n-Strom-pfad 35 zu bilden. Die Dicke der
aktiven Schicht 32 über dem streifenförmigen Hauptkanal 21 in
den Fensterregionen 1a und 1c ist geringer als die der aktiven
Schicht 32 über dem streifenförmigen Hauptkanal 21 in der
angeregten Region 1b. Der streifenförmige Hauptkanal 21 dieses
Beispiels gestattet die Bildung eines durch Index geleiteten
Wellenleiters in der aktiven Schicht 32.
Ausführungsform 5
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Fig. 8 zeigt eine weitere Halbleiterlasereinrichtung dieser
Erfindung, welche eine VSIS (Substrat mit
V-Kanal-Innenstreifen)-Struktur hat. Die Länge ihres innenliegenden Resonators
beträgt 250 um, und die Fensterregionen 1a beziehungsweise 1c
sind mit einer Länge von 25um von den Kristallflächen gebildet.
Die Dicke der aktiven Schicht 13 über dem streifenförmigen
Hauptkanal 21 in den Fensterregionen 1a und 1c ist geringer als
die der aktiven Schicht 13 über dem streifenförmigen Hauptkanal
21 in der angeregten Region 1b innerhalb der Kristallflächen.
Die Differenz in der Dicke der aktiven Schicht 13 zwischen jeder
Fensterregion 1a und 1c und der angeregten Region 1b kann durch
die Bildung der streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22c und
23c außerhalb des streifenförmigen Hauptkanals 21 in den
Fensterregionen 1a und 1c erreicht werden. Aus demselben Grund, wie
bei den Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben, kann die
Wachstumsrate der aktiven Schicht 13 durch diese streifenförmigen
Nebenkanäle gesteuert werden.
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Wenn Strom an die vorstehend erwähnte Halbleiterlasereinrichtung
angelegt wird, dann erreichen, da ja die Dicke der aktiven
Schicht 13 über dem streifenförmigen Hauptkanal 21, welche zur
Lichtemission beiträgt, in den Fensterregionen 1a und 1c dünner
als die der aktiven Schicht 13 über dem streifenförmigen
Hauptkanal 21 in der angeregten Region 1b ist, die eingeleiteten
Elektronen ein Leitungsband auf einem höheren Wert als dem der
angeregten Region 1b. Folglich funktioniert die Lasereinrichtung
als Fensterlaser, bei welchem Licht, das in der angeregten
Region 1b zum Schwingen gebracht wird, nicht in den
Fensterregionen 1a und 1c absorbiert wird, wodurch eine Verschlechterung der
Kristallflächen infolge von Laserlicht unterdrückt und ein
Betrieb mit hoher Ausgangsleistung erreicht wird.
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Fig. 9(A) bis 9(D) zeigen einen Herstellungsprozeß für die in
Fig. 8 gezeigte Halbleiterlasereinrichtung. Wie in Fig. 9(A)
gezeigt, werden auf den Endteilen eines mit Zn dotierten p-GaAs-
Substrats (p = 1 · 10¹&sup9; cm&supmin;³) 10, das den streifenförmigen
Nebenkanälen 22a, 23a, 22c und 23c entspricht, die im anschließenden
Schritt zu bilden sind, streifenförmige Kanäle 220a, 230a, 220c
und 230c, welche geringfügig größer als die streifenförmigen
Nebenkanäle 22a, 23a, 22c und 23c sind, mit Hilfe einer
Ätztechnik gebildet. Dann wird, wie in Fig. 9(B) gezeigt, auf dem
Substrat 10 eine mit Te dotierte n-GaAs-Stromsperrschicht (n = 6 ·
10¹&sup8; cm&supmin;³) 11 mittels Flüssigphasenepitaxie in einer solchen Art
und Weise gezüchtet, daß die streifenförmigen Nebenkanäle 220a,
230a, 220c und 230c mit der Stromsperrschicht 11 gefüllt werden,
deren Dicke 0,8 um an den Teilen ist, die dem im nächsten
Schritt zu bildenden streifenförmigen Hauptkanal 21 entsprechen.
Dann werden, wie in Fig. 9(C) gezeigt, die streifenförmigen
Nebenkanäle 22a, 23a, 22c und 23c, die eine Breite von 8 um und
eine Tiefe von 1 um haben, mittels einer Ätztechnik entsprechend
den streifenförmigen Nebenkanälen 220a, 230a, 220c und 230c des
Substrats 10 gebildet. Der streifenförmige Hauptkanal 21, der
eine Breite von 3 um und eine Tiefe von 1 um hat, wird dann von
einem Ende des Substrats 10 zum anderen Ende desselben in dem
mittleren Teil zwischen den streifenförmigen Nebenkanälen 22
(d. h. 22a, 22c) und 23 (d. h. 23a, 23c) mittels einer Ätztechnik
gebildet. Der streifenförmige Hauptkanal 21 erreicht das
p-Substrat 10, was zu einem streifenförmigen Strompfad darin führt,
doch gelangt infolge der Stromsperrschicht 11 kein Strom durch
die streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22c und 23c.
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Danach werden, wie in Fig. 9(D) gezeigt, auf der
Stromsperrschicht 11, die die streifenförmigen Kanäle 21, 22 und 23
einschließt, eine p-GaAlAs-Plattierschicht 12, eine aktive p-Ga-A-
lAs-Schicht 13, eine n-GaAlAs-Plattierschicht 14 und eine n-
GaAs-Deckschicht 15 nacheinander mittels Flüssigphasenepitaxie
gezüchtet, was zu einem
Doppel-Heterostruktur-Mehrschichtkristall für eine Laserschwingung führt.
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Bei dem Wachstumsprozeß wird die p-Plattierschicht 12 natürlich
zu einer konkaven Form entsprechend den streifenförmigen
Nebenkanälen 22a, 23a, 22c und 23c und zu einer Ebene entsprechend
dem streifenförmigen Hauptkanal 21 ausgebildet, so daß die
aktive Schicht 13 mit einer nach unten gerichteten Krümmung auf den
Teilen der p-Plattierschicht 12 gebildet werden kann, die den
streifenförmigen Nebenkanälen 22a, 23a, 22c und 23c entsprechen.
Folglich wird aus den vorstehend genannten Gründen die Dicke
(z. B. 0,04 um) der aktiven Schicht 13 über dem streifenförmigen
Hauptkanal 21 in den Fensterregionen 1a und 1c geringer als die
(z. B. 0,1 um) der aktiven Schicht 13 über dem streifenförmigen
Hauptkanal 21 in der angeregten Region 1b. Da nur der Strom
innerhalb des streifenförmigen Hauptkanals 21 begrenzt ist,
bildet die Region der aktiven Schicht 13, die dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 entspricht, einen indexgeleiteten Laser-
Schwingungsbereich.
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Die bei diesem Beispiel erhaltene Halbleiterlasereinrichtung
schuf eine hohe Ausgangsleistung von 200 mW oder mehr bei
kontinuierlicher Laserschwingung bei Raumtemperaturen.
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Bei dem vorstehend erwähnten Beispiel wurde das Züchten eines
Mehrschichtkristalls auf dem p-GaAs-Substrat beschrieben, doch
ist es nicht darauf beschränkt. Das Züchten desselben auf einem
Halbleitersubstrat, das eine andere Polarität hat, kann
ebenfalls erreicht werden. Es können auch andere
Halbleitermaterialien, wie beispielsweise jene aus einem GaAsInP-System, einem
GaAlAsSb-System usw. verwendet werden.
Ausführungsform 6
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Fig. 10 zeigt eine weitere Halbleiterlasereinrichtung dieser
Erfindung, welche in derselben Weise wie bei Ausführungsform 5
hergestellt wird, mit der Ausnahme, daß eine Streifenstruktur in
der Deckschicht 34 gebildet wird. Diese Einrichtung wird wie
folgt hergestellt: Der streifenförmige Hauptkanal 21 und die
streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22c und 23c werden auf
einem p-GaAs-Substrat 30 in derselben Weise hergestellt, wie bei
Beispiel 5, und dann werden nacheinander auf dem Substrat 30
eine p-GaAlAs-Plattierschicht 31, eine aktive p-Ga-AlAs-Schicht
32, eine p-GaAlAs-Plattierschicht 33 und eine p-GaAs-Deckschicht
34 mittels Flüssigphasenepitaxie gebildet, was zu einer
Mehrschicht-Kristallstruktur für eine Laserschwingung führt. Dann
werden n-Verunreinigungen in die Region der Deckschicht 34
diffundiert, die dem streifenförmigen Hauptkanal 21 entspricht, um
einen Strompfad aus einer streifenförmigen n-Diffusionsschicht
35 zu bilden. Der streifenförmige Hauptkanal 21 gibt
Veranlassung zu der Verteilung von Lichtintensitäten auf Grundlage der
Ausscheidung von Licht innerhalb der aktiven Schicht 32, was zu
einer indexgeleiteten Struktur führt. Eine Laserschwingung wird
in der Region der aktiven Schicht 32 erreicht, die zwischen dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 und der n-Diffusionsschicht 35
liegt.
Ausführungsform 7
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Fig. 11 zeigt eine weitere Halbleiterlasereinrichtung dieser
Erfindung, die eine innere Länge des Resonators von 250 um hat,
welcher die Fensterregionen 1a und 1c mit einer Länge von 25 um
von den Kristallflächen und die angeregte Region 1b umfaßt, die
zwischen den Fensterregionen 1a und 1c liegt. Die Dicke der
aktiven Schicht 13 über dem streifenförmigen Hauptkanal 21 in
den Fensterregionen 1a und 1c ist geringer als diejenige der
aktiven Schicht über dem streifenförmigen Hauptkanal 21 in der
angeregten Region 1b. Die Differenz bei der Dicke der aktiven
Schicht 13 zwischen jeder Fensterregion 1a und 1c und der
angeregten Region 1b ergibt sich aus der Differenz in der Tiefe
zwischen den streifenförmigen Nebenkanälen 22a und 22b, 22b und
22c, 23a und 23b und 23b und 23c. Die Tiefe der streifenförmigen
Nebenkanäle 22b und 23b in der angeregten Region 1b beträgt 1,5
um, während die der streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22c
und 23c in den Fensterregionen 1a und 1c ungefähr 2,5 um
beträgt. Aus denselben Gründen, wie bei den Beispielen 1 und 2
beschrieben, wird As in der Lösung in der tief konkav gebildeten
Plattierschicht stärker für das Wachstum der aktiven Schicht
verbraucht, als in der geringfügig konkav geformten
Plattierschicht, was zur Unterdrückung des Wachstums der aktiven Schicht
in der Umgebung der tief konkav ausgebildeten Plattierschicht
führt. Folglich wird die Dicke der aktiven Schicht 13 über dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 in den Fensterregionen 1a und 1c
geringer als die der aktiven Schicht 13 über dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 in der stimulierten Region 1b.
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Wenn Strom an die vorstehend erwähnte Halbleiterlasereinrichtung
angelegt wird, dann erreichen, da ja die Dicke der aktiven
Schicht 13 des Laserschwingungs-Operationsbereichs in den
Fensterregionen 1a und 1c geringer als die der aktiven Schicht 13
des Laserschwingungs-Operationsbereichs in der angeregten Region
1b ist, die eingeleiteten Elektronen ein Leitungsband bei einem
höheren Wert, als dem der angeregten Region 1b. Folglich
funktioniert
diese Lasereinrichtung als Fensterlaser, bei welchem
Laserlicht, das in der angeregten Region 1b zum Schwingen
gebracht wird, nicht in den Fensterregionen 1a und 1c absorbiert
wird, wodurch ein Betrieb bei hoher Ausgangsleistung erreicht
wird.
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Die Fig. 12(A) bis 12(D) zeigen einen Herstellungsprozeß für die
in Fig. 11 gezeigte Halbleiterlasereinrichtung. Wie in Fig.
12(A) gezeigt, werden auf den Teilen eines p-GaAs-Substrats 10,
die den streifenförmigen Nebenkanälen 22a, 23a, 22b, 23b, 22c
und 23c entsprechen, die im anschließenden Schritt zu bilden
sind, streifenförmige Kanäle 220 und 230, welche breiter und
tiefer als die streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a, 22c und
23c sind, zu einem Rechteck mit einer Breite von 10 um und einer
Tiefe von 3 um mittels einer Ätztechnik ausgebildet. Dann wird,
wie in Fig. 12(B) gezeigt, auf dem Substrat 10 eine n-GaAs-
Stromblockierschicht 11 mittels Flüssigphasenepitaxie in einer
solchen Art und Weise gezüchtet, daß die streifenförmigen
Nebenkanäle 220 und 230 mit der Stromsperrschicht 11 gefüllt werden,
deren Dicke 0,8 um an dem Teil beträgt, der dem in dem
anschließenden Schritt zu bildenden streifenförmigen Hauptkanal 21
entspricht. Dann werden, wie in Fig. 12(C) gezeigt, unter
Verwendung einer Ätztechnik die streifenförmigen Nebenkanäle 22a, 23a,
22c und 23c, die eine Breite von 8 um und eine Tiefe von 2,5 um
haben, in den Fensterregionen 1a und 1c und die streifenförmigen
Nebenkanäle 22b und 23b, die eine Breite von 8 um und eine Tiefe
von 1,5 um haben, in der angeregten Region 1b gebildet. Dann
wird der streifenförmige Hauptkanal 21, der eine Breite von 3 um
und eine Tiefe von 1 um hat, in dem mittleren Teil zwischen den
streifenförmigen Nebenkanälen 22 (d. h. 22a, 22b und 22c) und 23
(d. h. 23a, 23b und 23c) mit Hilfe einer Ätztechnik gebildet. Der
streifenförmige Hauptkanal 21 erreicht das GaS-Substrat 10, was
zu einem Strompfad führt, während infolge der Stromsperrschicht
11 kein Strom durch die streifenförmigen Nebenkanäle 22 und 23
hindurchgeht. Folglich fließt Strom nur durch den
streifenförmigen Hauptkanal, so daß ein Auftreten von unproduktivem Strom,
welcher nicht zur Lichtemission beiträgt, unterdrückt werden
kann.
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Danach werden, wie in Fig. 12(D) gezeigt, auf der
Stromsperrschicht 11 eine p-GaAlAs-Plattierschicht 12, eine aktive p-GaA-
lAs-Schicht 13, eine p-GaAlAs-Plattierschicht 14 und eine n-
Deckschicht 15 nacheinander mittels Flüssigphasenepitaxie
gezüchtet, was zu einem Doppel-Heterostruktur-Mehrschichtkristall
für eine Laserschwingung führt.
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Bei dem Wachstumsprozeß wird die p-Plattierschicht 12 natürlich
zu einer konkaven Form entsprechend den streifenförmigen
Nebenkanälen 22a, 23a, 22b, 23b, 22c und 23c ausgebildet, welche
breiter und tiefer als der streifenförmige Hauptkanal 21 sind,
derart, daß die aktive Schicht 13 mit einer nach unten
gerichteten Krümmung auf den konkav geformten Teilen der
p-Plattierschicht 12 über den streifenförmigen Nebenkanälen 22a, 23a, 22b,
23b, 22c und 23c gebildet werden kann. Folglich wird aus den
vorstehend angeführten Gründen die Dicke der aktiven Schicht 13
über dem streifenförmigen Hauptkanal 21 in den Fensterregionen
1a und 1c geringer als die der aktiven Schicht 13 über dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 in der angeregten Region 1b, je
nach dem Grad der Krümmung der aktiven Schicht über den
streifenförmigen Nebenkanälen 22a, 23a, 22b, 23b, 22c und 23c.
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Bei dieser Ausführungsform betrug die Dicke der aktiven Schicht
13 über dem streifenförmigen Hauptkanal 21 in der angeregten
Region 1b 0,08 um, und die der aktiven Schicht 13 über dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 in den Fensterregionen 1a und 1c
betrug 0,03 um. Die sich ergebende Einrichtung erreichte eine
hohe Ausgangsleistung von 200 mW oder mehr bei kontinuierlicher
Laserschwingung bei Raumtemperaturen.
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Bei der vorstehend erwähnten Ausführungsform wurde das Züchten
von Kristallen auf dem p-GaAs-Substrat ausgeführt, doch ist dies
nicht darauf beschränkt. Eine Einrichtungsstruktur, die eine
entgegengesetzte Polarität hat, kann auf diese Erfindung
angewendet werden. Es können auch andere Halbleitermaterialien, wie
beispielsweise jene aus einem InGaAsP-System, einem AlGaAsSb-
System usw. verwendet werden.
Ausführungsform 8
-
Fig. 13 zeigt eine weitere Halbleiterlasereinrichtung dieser
Erfindung, welche in derselben Art und Weise wie bei
Ausführungsform 7 hergestellt wird, mit der Ausnahme, daß eine
streifenförmige Struktur in der Deckschicht 34 gebildet wird.
Diese Einrichtung wird wie folgt hergestellt: Der
streifenförmige Hauptkanal 21 und die streifenförmigen Nebenkanäle 22a,
23a, 22b, 23b, 22c und 23c werden auf dem n-GaAs-Substrat 30 in
derselben Art und Weise, wie bei Ausführungsform 7 gebildet, und
dann werden auf dem Substrat 30 eine n-GaAlAS-Plattierschicht
31, eine nicht-dotierte aktive GaAlAs-Schicht 32, eine p-GaAlAs-
Plattierschicht 33 und eine n-GaAs-Deckschicht 34 nacheinander
mittels Flüssigphasenepitaxie gebildet, was zu einer
Mehrschicht-Kristallstruktur für eine Laserschwingung führt. Dann
wird Zn in die Region der Deckschicht 34 diffundiert, die dem
streifenförmigen Hauptkanal 21 entspricht, um einen Strompfad
einer streifenförmigen p-Diffusionsregion 35 zu bilden, in
welcher Strom begrenzt wird. Folglich wird die Laserschwingung in
der Region der aktiven Schicht 32 erreicht, die zwischen der p-
Diffusionsregion 35 und dem streifenförmigen Hauptkanal 21
liegt. Die Dicke der aktiven Schicht 32 des
Laserschwingungsbereichs in den Fensterregionen 1a und 1c ist geringer als die
der aktiven Schicht 32 des Laserschwingungsbereichs in der
angeregten Region 1b, was zu einem Fensterlaser führt, bei welchem
die Absorption von Laserlicht unterdrückt wird.