DE3788841T2

DE3788841T2 - Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben.

Info

Publication number: DE3788841T2
Application number: DE87308888T
Authority: DE
Inventors: Saburo Yamamoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1986-10-07
Filing date: 1987-10-07
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2007-10-08
Also published as: EP0264225B1; EP0264225A3; EP0264225A2; US4868838A; DE3788841D1

Description

1. Gebiet der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung, welche eine Laserschwingung bei einem extrem hohen Schwellenstrompegel erreicht.

2. Beschreibung des bisherigen Standes der Technik:

Konventionelle Halbleiterlaservorrichtungen werden je nach ihrem optischen Wellenleitermechanismus in zwei Gruppen eingeteilt, verstärkungsgeleitete Halbleiterlaservorrichtungen und indexgeleitete Halbleiterlaservorrichtungen. Indexgeleitete Halbleiterlaservorrichtungen sind verstärkungsgeleiteten Halbleiterlaser- Vorrichtungen hinsichtlich der Stabilisierung der Transversalschwingung überlegen, was bei der praktischen Verwendung bedeutsam ist. Es sind indexgeleitete Halbleiterlaservorrichtungen vorgeschlagen worden, die eine Vielzahl von Strukturen haben, von denen typische Beispiele BH-Laser (solche mit eingebetteter Heterostruktur) und VSIS-Laser (solche mit V-Kanal-Innenstreifen) sind.
Fig. 7 zeigt eine konventionelle BH-Laservorrichtung, bei welcher eine Doppelheterostruktur mit einer aktiven Laser-Schwingungsschicht 3, die zwischen die Plattierschichten 2 und 4 eingelagert ist, zu einer Mesa auf einem Substrat 1 gebildet ist und eine Einbettungsschicht 14, die einen niedrigen Brechungsindex hat, außerhalb der Mesa eingebettet ist. Die Bezugszahl 5 ist eine Deckschicht 5. Die BH-Laservorrichtung bringt durch Schwingung einen Laserstrahl hervor, der einer Index-Wellenleitoperation entspricht und hat einen niedrigen Schwellenstrom von 10 mA oder weniger. Wenn jedoch ein ordnungsgemäßer Brechungsindex nicht bei der Einbettungsschicht 14 zur Anwendung kommt und wenn nicht eine ordnungsgemäße Breite w bei dem Wellenleiter zur Anwendung kommt, wird die Vorrichtung in einer Transversalform höherer Ordnung schwingen. Folglich ist die BH-Laservorrichtung insofern nachteilig, als sie durch Herstellungsbedingungen eingeschränkt ist. Darüberhinaus muß, damit die BH-Laservorrichtung in einer Transversal-Grundform schwingt, die Breite des Wellenleiters auf 2 um oder kleiner gesetzt werden, was ein Zusammenbrechen der Kristallflächen bei einem verhältnismäßig niedrigen Ausgangspegel verursacht, so daß eine Massenproduktion der Vorrichtung nicht erzielt werden kann und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung herabgesetzt wird.
Fig. 8 zeigt eine konventionelle VSIS-Laservorrichtung, welche wie folgt hergestellt wird: Auf einem Substrat 1 wird eine Stromblockierschicht 6 gebildet. Dann wird ein Streifen-V-Kanal, der die Breite w hat, in dem Substrat 1 durch die Stromblockierschicht 6 gebildet, was zu einem Strompfad führt. Dann werden auf der Stromblockierschicht 6, die den V-Kanal einschließt, nacheinander eine Plattierschicht 2, eine flache aktive Schicht 3 und eine Plattierschicht 4 gebildet, was zu einem Mehrschicht- Doppelheterostruktur-Kristall für einen Laser-Schwingungsbetrieb führt. Selbst wenn die Breite w des Wellenleiters auf einen so großen Wert wie 4-7 um gesetzt wird, wird, da ja ein Laserstrahl außerhalb des Wellenleiters durch das Substrat 1 absorbiert wird, eine Verstärkung bei Schwingungen hoher Ordnung unterdrückt, und es tritt keine Transversalschwingung hoher Ordnung auf. Jedoch beträgt der Schwellenstrom der VSIS-Laservorrichtung 40-60 mA, was extrem höher als derjenige der BH-Laservorrichtung ist. Dies ist deshalb der Fall, weil ein in die Vorrichtung eingeleiteter Strom innerhalb der inneren Streifenstruktur begrenzt wird, die durch die Stromblockierschicht 6 gebildet wird, aber ein Träger, der in die aktive Schicht 3 eingebracht wird, in die Außenseite der aktiven Schicht diffundiert, was zu einem Träger führt, der für eine Laserschwingung nicht nutzbar ist. Fig. 9 zeigt die Verteilung einer Trägerdichte in der Richtung des Verbindungsübergangs y innerhalb der aktiven Schicht der VSIS-Halbleiterlaservorrichtung, welche zeigt, daß dann, wenn die Wellenleiterbreite w 4 um ist, ein Träger in den schattierten Bereichen (die der Außenseite des Wellenleiters entsprechen) für eine Laserschwingung nicht nutzbar ist. Der nicht nutzbare Träger führt zu unnötigem Licht und/oder erzeugt unnötige Wärme, was eine Erhöhung bei dem Schwellenstrom der Vorrichtung und einer Abnahme bei der Zuverlässigkeit der Vorrichtung führt.
Um die Probleme sowohl der BH-Laservorrichtung, als auch der VSIS-Laservorrichtung zu lösen, ist, wie in Fig. 10 gezeigt, ein Verfahren, durch welches Vertiefungen auf beiden Seiten des V- Kanals der VSIS-Laservorrichtung von der Deckschicht 5 bis zur Stromblockierschicht 6 mittels einer Ätztechnik gebildet werden, die anschließend mit einer Einbettungsschicht gefüllt werden, welche einen größeren Energie-Bandabstand hat, als die aktive Schicht, beispielsweise durch die japanische Patentanmeldung Nr. 60-78004 vorgeschlagen worden. Die Vorrichtung mit einer solchen Struktur wird im Nachstehenden als BS-VSIS-Laservorrichtung bezeichnet, bei welcher die Trägerdiffusion in Querrichtung innerhalb der aktiven Schicht durch die Einbettungsschicht verhütet wird und darüberhinaus ein Laserstrahl, der in der aktiven Schicht erzeugt wird, durch die Fläche außerhalb des Streifenkanals des Substrats absorbiert wird, was zu einer Abnahme beim effektiven Brechungsindex führt, so daß der Anteil der aktiven Schicht, der dem Kanal entspricht, einen optischen Wellenleiter bildet, was die Unterdrückung des Auftretens einer Schwingungsform höherer Ordnung bewirkt. Jedoch fließt bei der konventionellen BS-VSIS-Laservorrichtung Kriechstrom 11 von der Mesa zum einbettenden Bereich außerhalb der Mesa, wie in Fig. 10 gezeigt, was zu einer Begrenzung bei der Abnahme des Schwellenstroms führt. Die abgegebene Leistung, bei welchen die Kristallflächen der BH-VSIS-Laservorrichtung zum Zusammenbrechen gebracht werden, ist 20-30 mW. Dies ist dieselbe, wie die der VSIS-Laservorrichtung. Zusätzlich sind drei Kristallwachstumsprozesse für die Herstellung der BH-VSIS-Laservorrichtung wegen des Züchtens jeder Stromblockierschicht 6, eines Doppel-Heterostruktur-Mehrschichtkristalls, der auf der Stromblockierschicht angeordnet ist und der Einbettungsschicht, die außerhalb der Mesa aufgetragen wird, erforderlich. Eine Verminderung bei der Anzahl der Kristallwachstumsprozesse ist angesichts der Reproduzierbarkeit und/oder der Massenproduktion der Laservorrichtung wünschenswert.
Die Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung, welche die vorstehend diskutierten und zahlreiche weitere Nachteile und Mängel des bisherigen Standes der Technik überwindet, wird in Anspruch 1 offenbart.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Mehrschichtbereich eine Stromblockierschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist und eine Vielzahl von eingebetteten Schichten, die auf der Stromblockierschicht angeordnet sind oder ist einfach aus einer Vielzahl von eingebetteten Schichten zusammengesetzt, die direkt auf dem Substrat angeordnet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat die eingebettete Schicht, die mit der aktiven Schicht an den Seitenwänden der Streifenmesa in Berührung kommt, einen hohen spezifischen Widerstand von 0,1 Ωcm oder mehr. Eine nicht dotierte oder Ge-dotierte Ga1-zAlzAs-Schicht, die ein Verhältnis der Al-Zusammensetzung von 0,5-1,0 hat, kann für diese eingebettete Schicht verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben alle eingebetteten Schichten einen hohen Widerstand von 0,1 Ωcm oder mehr.
Die Breite der aktiven Schicht innerhalb der Streifenmesa kann von einer Kristallfläche der Laservorrichtung zur anderen einheitlich sein, oder sie kann größer als die des Streifenkanals in der unmittelbaren Nähe der Kristallflächen und nahezu gleich der des Streifenkanals zwischen den Kristallflächen sein.
Das Verfahren für die Herstellung einer Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung wird in Anspruch 9 offenbart.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Mehrschichtbereich aus einer Stromblockierschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist und aus einer Vielzahl von eingebetteten Schichten zusammengesetzt, die auf der Stromblockierschicht angeordnet sind; alternativ kann er aus einer Vielzahl von eingebetteten Schichten zusammengesetzt sein, die auf dem Substrat angeordnet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erleiden die Endflächen der aktiven Schicht an den Seitenwänden der Streifenmesa, die mit einer eingebetteten Kristall-Wachstumslösung in Berührung kommen, ein Abschmelzen, wenn das mehrschichtige Einbettungskristall außerhalb der Streifenmesa gezüchtet wird.
So macht die hierin beschriebene Erfindung folgende Gegenstände möglich: (1) Bereitstellen einer Halbleiterlaservorrichtung, bei welcher eine eingebettete Schicht, die mit der aktiven Schicht in Kontakt kommt, aus einer Substanz mit hohem spezifischem Widerstand hergestellt wird, was zu einer Abnahme beim Kriechstrom von der Mesa zur eingebetteten Schicht führt, wodurch man einen extrem niedrigen Schwellenstrompegel erreicht; (2) Bereitstellen einer Halbleiterlaservorrichtung, bei welcher keine Schwingungsform höherer Ordnung entsteht, sondern eine Transversal-Grundform entsteht, selbst obwohl die Breite der Mesa einen so hohen Wert, wie 4-8 um hat; (3) Bereitstellen einer BS- VSIS-Halbleiterlaservorrichtung, welche Fensterbereiche in der unmittelbaren Nähe der Kristallflächen hat, wodurch durch Schwingung ein Laserstrahl bei einem niedrigen Schwellenstrompegel erzeugt wird, der eine hohe Ausgangsleistung erreicht; (4) Bereitstellen einer Halbleiterlaservorrichtung, bei welcher selbst obwohl das Al-Zusammensetzungsverhältnis der Plattierschichten 0,4 oder größer ist, die eingebetteten Schichten in einer solchen Weise gezüchtet werden können, daß sie die Mesa vollständig einbetten, wodurch man eine Laserschwingung bei einer kurzen Wellenlänge erreicht; und (5) Bereitstellen einer Halbleiterlaservorrichtung, bei welcher ein nicht-strahlendes Rekombinationszentrum an den Endflächen der aktiven Schicht an den Seitenwänden der Mesa nicht gebildet wird, wodurch man eine Vergrößerung der Lebensdauer der Laservorrichtung erreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Diese Erfindung kann durch Verweis auf die folgenden beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, und dadurch werden für jene, die mit der Technik vertraut sind, ihre zahlreichen Gegenstände und Vorteile offenkundig:
Fig. 1(A) bis 1(E) sind entsprechend perspektivische Ansichten, die Beispiele für eine Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung zeigen.
Fig. 2(A) ist ein Schema, das die Fensterstruktur einer anderen Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung zeigt.
Fig. 2(B) ist eine perspektivische Ansicht, die die Halbleiterlaservorrichtung von Fig. 2(A) zeigt.
Fig. 2(C) ist eine Schnittansicht, die die Halbleiterlaservorrichtung von Fig. 2(A) zeigt.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung zeigt.
Fig. 4(A) und 4(B) sind Schemata, die die lagemäßige Beziehung zwischen der Mesa und den eingebetteten Schichten zeigt.
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung zeigt.
Fig. 6(A) bis 6(E) sind Schemata, die Verfahren der Herstellung einer anderen Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung zeigen.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die eine konventionelle BH-Halbleiterlaservorrichtung zeigt.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht, die eine konventionelle VSIS- Halbleiterlaservorrichtung zeigt.
Fig. 9 ist eine Grafik, die die Verteilung der Trägerdichte einer konventionellen VSiS-Halbleiterlaservorrichtung zeigt.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht, die eine konventionelle BH- VSIS-Halbleiterlaservorrichtung zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Diese Erfindung sorgt für eine Halbleiterlaservorrichtung, bei welcher der Bereich zum Verhüten der Trägerdiffusion in der Querrichtung innerhalb der aktiven Schicht aus Substanzen mit hohem spezifischem Widerstand hergestellt ist; bei welcher der Bereich außerhalb der Streifenmesa durch eingebettete Schichten gebildet wird, die dazwischen einen umgekehrt vorgespannten PIN- Übergang beinhalten, wobei die i-Schicht eine p&supmin;- oder n&supmin;- Schicht mit hohem Widerstand, vorzugsweise mit einem spezifischem Widerstand von 0,1 Ωcm oder höher, einschließt; und wobei eine undotierte oder Ge-dotierte Ga1-zAlzAs-Schicht (0,5 < z < 1) für die Substanz mit hohem spezifischem Widerstand verwendet wird. Der Widerstand des Ga1-zAlzAs-Kristalls wird mit einer Zunahme des Werts z höher, weil der Wert der verbleibenden Verunreinigung oder des Ge-Akzeptors größer wird.

Beispiel 1

Fig. 1(A) zeigt eine Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung, welche wie folgt hergestellt wird: Auf einem p-GaAsSubstrat 1 wird eine n-GaAs-Stromblockierschicht 6 mittels einer Kristallwachstumstechnik gebildet. Dann wird mittels Fotolithografie und einer Ätztechnik ein V-Streifenkanal 7, der eine Breite w von 4 um hat, in dem Substrat 1 gebildet. Auf der Stromblockierschicht 6, die den V-Kanal einschließt, wird eine p-GaAlAs-Plattierschicht 2, eine aktive Schicht 3, eine n-GaA- lAs-Plattierschicht 4 und eine n-GaAs-Deckschicht 5 nacheinander gebildet. Dann wird die Außenseite des über dem V-Kanal 7 positionierten Mehrschichtkristalls durch eine Ätztechnik von der Deckschicht 5 bis zur Stromblockierschicht 6 entfernt, was zu einer Streifenmesa 10 mit einer Breite W von 6 um führt (wobei W < w). Die Breite W ist in der Tat die Breite der aktiven Schicht innerhalb der Streifenmesa 10. Dann wird eine erste i-Ga1-zAlzAs-eingebettete Schicht 11 (z = 0,8), eine zweite p- Ga1-zAlzAs-eingebettete Schicht 12 (z = 0,2) und einer dritte n- GaAs-eingebettete Schicht 13 nacheinander außerhalb der Mesa 10 mittels Flüssigphasenepitaxie gebildet. Der Wachtumszeitraum der ersten und der zweiten eingebetteten Schicht 11 und 12 wird auf einen bestimmten Wert so begrenzt, daß die eingebetteten Schichten 11 und 12 nicht über die Oberfläche der Deckschicht 5 gezüchtet werden. Der Wachstumszeitraum der dritten eingebetteten Schicht 13 ist so lang, daß die eingebettete Schicht 13 über die Oberfläche von Deckschicht 15 gezüchtet wird. Es gibt keine obere Begrenzung für die Dicke der eingebetteten Schicht 13, und sie sollte ausreichend dick gemacht werden. Die Oberseite der dritten eingebetteten Schicht 13 wird flach, auf welcher dann die n-Seitenelektrode 8 gebildet wird. Die p-Seitenelektrode 9 wird auf der Rückseite des Substrats 1 gebildet.
Die resultierende Halbleiterlaservorrichtung unterdrückte das Auftreten von Kriechstom, was zu einer Abnahme beim Pegel des Schwellenstroms führte, ungefähr 10 mA (wenn die innere Resonatorlänge 200 um ist). Die Schwingungs-Wellenlänge war 780 nm. Diese Laservorrichtung brachte auch durch Schwingung einen Laserstrahl in einer stabilisierten Transversalform bis zu einer optischen Ausgangsleistung von 30 mW bei Schwingungs-Dauerbetrieb hervor.

Beispiel 2

Fig. 1(B) zeigt eine weitere Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung, welche dieselbe, wie die Halbleiterlaservorrichtung von Beispiel 1 mit der Ausnahme ist, daß die aktive Schicht 3a für die Laserschwingung zu einer gekrümmten Form ausgebildet ist. Diese Vorrichtung ist insofern vorteilhaft, als der Schwellenstrom abgesenkt werden kann, 20-30 mA, ist aber insofern nachteilig, als sie dazu tendiert, durch Schwingung einen Laserstrahl in einer Transversalform hoher Ordnung bei einer geringen Ausgangsleistung (z. B. 5 mW) zu erzeugen. Dies ist deshalb der Fall, weil ein Träger innerhalb der aktiven Schicht 3a in der Querrichtung bei einer Zunahme bei der optischen Ausgangsleistung diffundiert, was zu einem Lochbrenneffekt führt, welcher eine gezackte Trägerverteilung in dem schwingungsbereich verursacht. Diese Trägerverteilung entspricht der Verteilung einer Schwingungsform erster Ordnung, und demzufolge funktioniert der Unterdrückungseffekt einer Form erster Ordnung auf Basis der Absorption des Trägers durch das Substrat nicht, wodurch das Auftreten der Form erster Ordnung ermöglicht wird. Folglich wird, wenn die Trägerdiffusion in der Querrichtung innerhalb der aktiven Schicht 3a verhütet wird, der Lochbrenneffekt nicht auftreten, und das Auftreten einer Form erster Ordnung wird unterdrückt. Tatsächlich brachte, wenn die eingebetteten Schichten 11, 12 und 13 außerhalb der gekrümmten aktiven Schicht 3a, die ein Band von 830 nm hatte, in denselben Prozeduren wie jenen von Beispiel 1 eingebettet wurden, die resultierende Laservorrichtung durch Schwingung einen Laserstrahl bei einem so niedrigen Schwellenstrom von 7 mA hervor. Darüberhinaus wurde ein Schwingen in einer stabilisierten Transversal-Grundform bis zu einer optischen Ausgangsleistung von 15 mW bei Schwingungs-Dauerbetrieb beobachtet.

Beispiel 3

Fig. 1(C) zeigt eine weitere Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung, welche von den Vorrichtungen von Beispiel 1 und 2 insofern verschieden ist, als es keine Stromblockierschicht gibt und demzufolge die Anzahl der Kristallwachstumsprozesse verringert ist.
Entsprechend diesem Beispiel wird der V-Streifenkanal 7 in dem p-GaAs-Substrat 1 gebildet, und dann werden Plattierschichten 2 und 4 auf dem Substrat 1 so gebildet, daß die aktive Schicht 3 dazwischen eingelagert ist, was zu einer Doppel-Heterostruktur führt. Danach wird die Mesa 10, deren Breite größer als die des V-Kanals 7 ist gebildet, gefolgt von einer Bildung einer eingebetteten Schicht 15, die aus i-, n-, i-, p- und n-Schichtenelementen zusammengesetzt ist, auf beiden Seiten der Mesa 10. Das erste Schichtelement der eingebetteten Schicht 15 funktioniert, um einen Kriechstrom auf beiden Seitenflächen der Mesa 10 herabzusetzen, und das zweite, dritte und vierte Schichtelement (d. h. die Klemmschichtelemente) bilden einen umgekehrt vorgespannten Übergang beim Laserbetrieb und verhüten dadurch das Einschalt-Phänomen. Als i-Schichtelement wird ein undotierter Ga1-zAlzAs-Kristall (z = 0,8) verwendet. Die Schichtelemente eins bis vier werden nicht über die Oberfläche der Deckschicht 5 gezüchtet, aber das fünfte Schichtelement (d. h. eine n-GaAs- Schicht) 16 wird über die Oberfläche der Deckschicht 5 gezüchtet. Diese Laservorrichtung erzeugte durch Schwingung einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 830 nm bei einem Schwellenstrom von 12 mA.

Beispiel 4

Fig. 1(D) zeigt eine weitere Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung, welche dieselbe Struktur wie die von Beispiel 3 mit der Ausnahme hat, daß die Polarität jedes Schichtelements der eingebetteten Schicht 17 von jeder der Schichtelemente der in Fig. 1(C) gezeigten eingebetteten Schicht 15 verschieden ist. Diese Laservorrichtung wird wie folgt hergestellt: Ein V-Streifenkanal 7 wird auf einem n-GaAs-Substrat 1 gebildet, und dann werden die Plattierschichten 2 und 4 auf dem Substrat 12 in einer Art und Weise gebildet, daß die aktive Schicht 3 dazwischen eingelagert wird, was zu einem Doppel-Heterostruktur-Mehrschichtkristall führt. Danach wird eine Mesa 10, deren Breite größer als die des V-Kanal 7 ist, gebildet. Die eingebettete Schicht 17, die aus fünf Schichten (d. h. der i-, p-, n- und p-Schicht) zusammengesetzt ist, wird auf beiden Seiten der Mesa 10 gezüchtet. Die resultierende Laservorrichtung erzeugte durch Schwingung einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 830 nm bei einem Schwellenstrom von 12 mA.

Beispiel 5

Die Dicke des Doppel-Heterostruktur-Mehrschichtkristalls einer Halbleiterlaservorrichtung ist nicht einheitlich über die gesamte Fläche derselben, und dementsprechend wird bei dem die Mesa ätzenden Prozeß von Beispiel 1, der in Fig. 1(A) gezeigt wird, die Dicke der n-GaAs-Stromblockierschicht 6 so dünn, daß gelegentlich die Schicht 6 nicht funktionieren kann, um den Strom zu blockieren. Diese Laservorrichtung hat eine Stromblockierschicht 6, deren Teile, die der Außenseite des V-Kanals 7 entsprechen, so festgelegt sind, daß sie dick genug sind, um eine vollständige Stromblockierung zu erreichen. Um eine solche dicke Stromblockierschicht zu erreichen, wird eine Streifenmesa 100, die eine Breite von 5 um und eine Höhe von 0,5 um hat, zuerst in einem p-GaAs-Substrat 1 gebildet, und dann wird die Stromblokkierschicht 6 auf dem Substrat 1, das die Streifenmesa 100 einschließt, gezüchtet. Danach werden dieselben Prozeduren wie bei den vorstehend erwähnten Beispielen ausgeführt. Da nun die sich ergebende Laservorrichtung die vorstehend erwähnte Struktur hat, kann die Reproduzierbarkeit derselben verbessert werden.
Entsprechend den Beispielen 1-5 wird die eingebettete Schicht, welche in Kontakt mit der aktiven Schicht kommt, aus einer Substanz mit hohem spezifischem Widerstand hergestellt, so daß ein Kriechstrom, der durch die eingebettete Schicht mit hohem spezifischem Widerstand fließt, minimiert werden kann. Jedoch wird der p-n-Übergang der Außenseite der Mesa so festgelegt, daß er eine umgekehrt vorgespannte Polarität hat, so daß die Durchschlagspannung davon während des Laserbetriebs hoch und dadurch das Einschaltphänomen verhütet wird. Folglich kann der Freiheitsgrad an Produktionsbedingungen (z. B. die Dicke der aktiven Schicht, die Breite der Mesa, die Übergangsposition der einbettenden Schichten usw.) der Laservorrichtung gegenüber jenem der Herstellungsbedingungen konventioneller BH-Laservorrichtungen vergrößert werden, und außerdem kann eine Laserschwingung in einer Transversal-Grundform erreicht werden. Darüberhinaus ist der Schwellenstrom der Halbleiterlaservorrichtungen dieser Beispiele nur die Hälfte oder noch weniger als der konventioneller VSIS-Halbleiterlaservorrichtungen, was beim praktischen Gebrauch vorteilhaft ist.

Beispiel 6

Es wurde vom Erfinder dieser Erfindung herausgefunden, daß die Schwingungs-Wellenlänge 1 in dem Fall, in dem die Mesa mit der Breite W einer BH-VSIS-Halbleiterlaservorrichtung nahezu gleich der V-Kanalbreite w gesetzt wird (nämlich W ca. = w) um 20-30 nm größer als in dem Fall ist, in dem die Mesabreite W ausreichend größer als die V-Kanalbreite w oder größer als die einer gewöhnlichen VSIS-Laservorrichtung (nämlich W » w) ist. Wenn beispielsweise eingebettete Schichten auf beiden Seiten einer Mesa eingebettet wurden, die eine Breite W von 5,5 um bezüglich einer VSIS-Laservorrichtung im Band 830 nm, die eine Kanalbreite w von 5 um hatte, dann erzeugte die resultierende Laservorrichtung durch Schwingung einen Laserstrahl mit einer Schwingungswellenlänge λ&sub1; von 855 nm, welche größer als die der VSIS-Laservorrichtung ohne Mesa ist. Dies ist deshalb der Fall, weil dann, wenn W ca. = w Licht, das innerhalb der aktiven Schicht erzeugt wird, infolge des großen Lichteingrenzungskoeffizienten in der Übergangsrichtung durch das GaAs-Substrat nicht absorbiert wird, was zu einer geringen Schwellwertverstärkung gth führt. Wenn der Wert von gth klein ist, dann wird die Menge an Träger, die in die aktive Schicht zu akkumulieren ist, herabgesetzt, so daß eine Laserschwingung ohne eine Zunahme beim Elektronen-Fermipegel (d. h. ohne bandfüllenden Effekt) beginnt, was zu einer großen Schwingungswellenlänge führt. Dieses Beispiel, welches das vorstehend erwähnte Phänomen nutzt, sorgt für eine Halbleiterlaservorrichtung, bei welcher ein Bereich, der einen Laserstrahl nicht absorbiert, in der unmittelbaren Nähe jeder Kristallfläche gebildet wird.
Fig. 2(A) bis 2(C) zeigen eine Halbleiterlaservorrichtung dieser Erfindung, bei welcher die Mesabreite W ausreichend größer als die V-Kanalbreite w in der unmittelbaren Nähe jeder Kristallfläche (d. h. W » w) und die Mesabreite W nahezu gleich der V- Kanalbreite w innerhalb beider Kristallflächen ist (d. h. W ca. = w). Wie vorstehend erwähnt, ist der Lichteingrenzungskoeffizient im Innenbereich, der zwischen den Kristallflächen liegt, größer als der der Lichteingrenzung in der unmittelbaren Nähe der Kristallflächen, und außerdem ist die Diffusion von Träger innerhalb der aktiven Schicht in dem zwischen den Kristallflächen liegenden Innenbereich kleiner als die von Träger innerhalb der aktiven Schicht in unmittelbarer Nähe der Kristallflächen, so daß eine Laserschwingung mit einer großen Wellenlänge bei einem niedrigen Schwellenstrompegel in dem zwischen den Kristallflächen liegenden Innenbereich erreicht wird, wohingegen man eine Laserschwingung mit einem hohen Schwellenstrompegel in der unmittelbaren Nähe der Kristallflächen erreicht. Folglich beginnt, wenn Spannung an diese Laservorrichtung angelegt wird und Strom durch diese Laservorrichtung fließt, dieser Innenbereich zuerst zu schwingen und Träger in den Teilen der aktiven Schicht in der unmittelbaren Nähe der Kristallflächen akkumuliert wird, was zu einem Anstieg des Fermipegels in der unmittelbaren Nähe der Kristallflächen führt, woraus ein Bereich (d. h. ein Fensterbereich) in der unmittelbaren Nähe jeder Kristallfläche resultiert, in welchem ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge, die in der aktiven Schicht erzeugt wird, in dem Innenbereich nicht absorbiert wird.
Die vor stehend erwähnte Laservorrichtung wird wie folgt hergestellt:
Die Breite des V-Kanals 7 einer VSIS-Laservorrichtung, die ein p-GaAs-Substrat hat, wird auf 5 um festgesetzt, und dann wird ein Doppel-Heterostruktur-Mehrschichtkristall, der aus einer p- GaAs-Plattierschicht 2, einer aktiven Schicht 3 und einer n- GaAs-Plattierschicht zusammengesetzt ist, auf einer n-GaAsd- Stromblockierschicht 6, die den V-Kanal 7 einschließt, gezüchtet. Dann werden Nuten mittels einer Ätztechnik von der n-GaAs- Deckschicht 5 zur n-GaS-Stromblockierschicht 6 gebildet, was zu der Mesa 110 mit einer Breite W&sub1; von 5,5 um im innenbereich (dessen Länge 200 um ist), der zwischen den Kristallflächen liegt und einer Breite W&sub2; von 8 um in der unmittelbaren Nähe der Kristallflächen (d. h. in den Fensterbereichen, von denen jeder eine Länge von 25 um von der entsprechenden Kristallfläche aus hat) führt. Danach werden die Nuten mit eingebetteten Schichten, die aus einer ersten i-Ga0,2Al0,8As-eingebetteten Schicht 11, einer zweiten p-Ga0,8Al0,2As-eingebetteten Schicht 12 und einer dritten n-GaAs-eingebetteten Schicht 13 zusammengesetzt sind, in dieser Reihenfolge, mittels Flüssigphasenpitaxie gefüllt. Da nun der Wachstumszeitraum sowohl für die erste eingebettete Schicht 11, als auch die zweite eingebettete Schicht 13 auf einen sehr kurzen Wert festgesetzt wird, wird keine der eingebetteten Schichten auf der Oberseite der Deckschicht 5 gezüchtet. Der Wachstumszeitraum für die dritte eingebettete Schicht 13 wird auf einen Wert festgesetzt, der lang genug ist, damit die dritte eingebettete Schicht über der Oberseite von Deckschicht 5 gezüchtet werden kann. Die Oberfläche der dritten eingebetteten Schicht 13 wird flach. Die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels erzeugte durch Schwingung einen Laserstrahl bei einem Schwellenstrom von rund 20 mA, welcher ungefähr die Hälfte desjenigen einer konventionellen VSIS-Laservorrichtung ist. Die Schwingungs-Wellenlänge dieser Halbleiterlaservorrichtung war 850 nm, und die abgegebene Leistung, bei der die Kristallflächen durchgeschlagen wurden, war 70 mW bei Schwingungs-Dauerbetrieb, wenn die Kristallflächen nicht beschichtet sind. Die Fernfeldcharakteristik derselben zeigte ein Schwingungsverhalten in einer Transversal-Grundform, das dasselbe wie das einer typischen VSIS-Laservorrichtung ist, und darüberhinaus wurde die Fluktuation, die dazu tendiert, bei einer Laserschwingung in einer konventionellen BH-Laservorrichtung aufzutreten, bei dieser Halbleiterlaservorrichtung nicht beobachtet.
Die Halbleiterlaservorrichtungen der Beispiele 1 bis 6 sind nicht auf GaAs-GaAlAs-Systeme beschränkt, sondern sie können auf Laservorrichtungen mit InP-InGaAsP-Systemen oder andere Heterostrukturen angewandt werden. Darüberhinaus ist die Kristallwachstumstechnik nicht auf Flüssigphasenepitaxie beschränkt, sondern es können auch organisch-chemisches Metallaufdampfen, Dampfphasenepitaxie, Molekularstrahlepitaxie usw. verwendet werden.

Beispiel 7

Um für eine konventionelle GaAlAs/GaAs-System-BH-Halbleiterlaservorrichtung eine Laserschwingung mit kurzer Wellenlänge zu erreichen, muß der Al-Anteil in der Zusammensetzung groß sein (0,4 oder mehr), was Schwierigkeiten beim Epitaxialwachstum der eingebetteten Schichten verursacht. Dies ist deshalb der Fall, weil dann, wenn der Al-Anteil in der Zusammensetzung der Plattierschichten 0,4 oder mehr ist, die Befeuchtung der Seitenwände der Mesa durch eine Ga-Lösung beim Wachsen der eingebetteten Schichten reduziert ist. Folglich ist es schwierig, eine BH- Laservorrichtung herzustellen, die durch Schwingung einen Laserstrahl mit kurzer Wellenlänge erzeugt. Aus denselben Gründen ist es auch schwierig, eine VSIS-Laservorrichtung herzustellen, die durch Schwingung einen Laser kurzer Wellenlänge erzeugt.
Dieses Beispiel sorgt für eine Halbleiterlaservorrichtung, bei welcher eine Vielzahl von (i) Schichten mit hohem spezifischem Widerstand außerhalb der Mesa eingebettet werden und bei welcher der einbettende Bereich durch eine Mehrschichtstruktur gebildet wird, die einen umgekehrt vorgespannten PIN-Übergang enthält. Wenn eine Vielzahl von schichten mit hohem spezifischem Widerstand für die eingebetteten Schichten verwendet wird, wie in Fig. 4(B) gezeigt, dann ist der Winkel e der ersten eingebetteten Schicht mit hohem spezifischem Widerstand 111 gegenüber der Seitenwand der Mesa 10 klein genug, damit die zweite eingebettete Schicht mit hohem spezifischem Widerstand 112 an der Seitenkante gezüchtet werden kann, so daß die Seitenwände der Mesa 10, die die Endflächen der aktiven Schicht 3 einschließen, vollständig von den eingebetteten schichten 111 und 112 eingebettet werden können. Wenn andererseits eine einzige Schicht mit hohem spezifischem Widerstand als eingebettete Schicht verwendet wird, wie in Fig. 4(A) gezeigt, dann wird, selbst obwohl der Wachstumszeitraum für die eingebettete Schicht mit hohem spezifischem Widerstand 111 auf einen längeren Wert festgelegt wird, die eingebettete Schicht mit hohem spezifischem Widerstand 111 nicht so gezüchtet, daß sie die ganzen Seitenwände der Mesa 10 einbetten.
Die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels wird in Fig. 3 gezeigt. Sie wird wie folgt hergestellt: Auf einem p-GaAs-Substrat 1 wird eine n-GaAs-Stromblockierschicht 6 gezüchtet, gefolgt von der Bildung eines V-Streifenkanals 7 mit einer Breite von 7,5 um in dem Substrat durch die Stromblockierschicht 6. Dann wird auf der Stromblockierschicht 6, die den V-Kanal 7 einschließt, eine p-Ga1-yAlyAs-Plattierschicht 2 (y = 0,8), eine aktive Ga1-xAlxAs-Schicht 3 (x = 0,3), eine n-Ga1-yAlyAs-Plattierschicht 4 (y = 0,8) und eine m-GaAs-Deckschicht 5 nacheinander gezüchtet. Nuten werden dann mittels einer Ätztechnik von der Deckschicht 5 bis zur Stromblockierschicht 6 gebildet, was zu einer Mesa 10 führt, bei der die Breite W der aktiven Schicht 3 6 um ist. Danach werden die Nuten mit einer i-Ga1-zAlzAs- Schicht 111 (z = 0,8), einer i-Ga1-zAlzAsSchicht 112 (z = 0,8), einer p-GaAs-Schicht 113 und einer n-GaAs-Schicht 114 in jener Reihenfolge mittels Flüssigphasenepitaxie gefüllt. Da nun der Anteil an Al bei der Plattierschicht 2 einen so hohen Wert wie 0,8 hat, kann die erste i-GaAs-Schicht 111 nicht entlang der gesamten Seitenwände der Mesa 10 gezüchtet werden. Das Wachstum der ersten i-GaAlAs-Schicht 111 endet an oder eben vor den Seitenwänden der p-Plattierschicht 2. Jedoch ist der Winkel der ersten i-GaAlAs-Schicht 111 gegenüber den seitenwänden der Mesa 10 klein genug, daß die i-GaAlAs-Schicht 112 an dieser Kante gezüchtet werden kann, so daß die Seitenwände der Mesa 10 vollkommen durch die erste und die zweite Schicht 111 und 112 eingebettet werden können.
Dann wird das Substrat 1 einer Ätzbehandlung ausgesetzt, um die Dicke der Halbleiterscheibe auf ungefähr 100 um zu justieren. Die Oberseite der eingebetteten Schicht 114 und die Rückseite des Substrats 1 werden dann einer Aufdampfbehandlung mit metallischen Materialien aus Au-GE-Ni beziehungsweise aus Au-Zn ausgesetzt und einer Wärmebehandlung unterzogen, um eine n-Seitenelektrode 8 aus einer Au-Ge-Ni-Legierung beziehungsweise eine p- Seitenelektrode 9 aus einer Au-Zn-Legierung zu bilden, wonach dann ein Aufspalten und Anreißen folgt, um eine Laservorrichtungseinheit zu bilden, die eine innere Resonatorlänge von ungefähr 250 um und eine Breite von ungefähr 300 um hat. Die Kristallflächen werden mit Al&sub2;O&sub3; beschichtet. Die Einheit wird dann mit Hilfe eines Lötmaterials, wie beispielsweise in in einer solchen Art und Weise auf einer Kupferplatte montiert, daß die Stirnseite der n-Seitenelektrode 8 zur Kupferplatte zeigt, was zu einer VSIS-Halbleiterlasereinheit dieser Erfindung führt.
Die i-eingebetteten Schichten des Einbettungsbereichs, die aus einer PNIPN-Struktur zusammengesetzt sind, funktionieren, um den Stromfluß dadurch zu verhüten. Dies ist deshalb der Fall, weil dann, wenn diese Laservorrichtung vorwärts vorgespannt ist, der NIP-Übergang als umgekehrte Vorspannung arbeitet und seine Durchschlagspannung infolge dieser i-Schichten hoch wird. Darüberhinaus kann ein Kriechstrom, der von den Seitenwänden der Mesa zu den eingebetteten Schichten fließt, minimiert werden, weil die eingebetteten Schichten aus Substanzen von hohem spezifischem Widerstand hergestellt sind.
Die Schwingungs-Wellenlänge dieser BH-VSIS-Laservorrichtung war nur 700 nm, und der Schwellenstrom davon betrug nur ungefähr 30 mA, was einer schwellenstromdichte von 2 kA/cm² entspricht.
Der Schwellenstrom einer anderen BS-VSIS-Laservorrichtung, die durch Schwingung einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 750 nm erzeugte, welche in demselben Prozeß wie dem dieses Beispiels hergestellt wurde, betrug 20 mA.
Wie vorstehend erwähnt, kann die BH-VSIS-Laservorrichtung dieses Beispiels eine Laserschwingung bei einer kurzen Wellenlänge bei einem niedrigen Schwellenstrompegel erreichen. Die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels ist nicht auf die vorstehend erwähnte BH-VSIS-Laservorrichtung begrenzt, sondern ist natürlich auch auf eine gewöhnliche BH-Laservorrichtung anwendbar. Darüberhinaus ist sie nicht auf die GaAlAs-System-Laservorrichtung beschränkt, sondern ist auch auf InGaAsP-System- oder In- GaAIP-System-Laservorrichtungen anwendbar. Die Kristallwachstumstechnik ist nicht auf die Flüssigphasenepitaxie beschränkt, sondern ist auch auf metall-organisches Aufdampfen, Dampfphasenepitaxie, Molekularstrahlepitaxie usw. anwendbar.

Beispiel 8

Dieses Beispiel liefert ein Verfahren für die Herstellung einer BH-VSIS-Laservorrichtung, die keine n-GaAs-Stromblockierschicht hat. Entsprechend diesem Verfahren wird, wenn das Substrat eines vom p-Typ ist, ein NIPN- übergang in der Laservorrichtung aufgebaut, und wenn das Substrat vom n-Typ ist, ein PINP-Übergang in der Laservorrichtung aufgebaut. Der umgekehrt vorgespannte NIP- oder PIN-Übergang funktioniert, um den Stromfluß von der Mesa zum Einbettungsbereich zu verhüten.
Fig. 5 zeigt eine BH-VSIS-Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels, welche wie folgt hergestellt wird: Auf einem p-GaAs- Substrat 1 wird ein V-Streifenkanal 7 gebildet. Dann wird auf dem Substrat 1 eine p-GaAlAs-Plattierschicht 2, eine aktive p- oder n-GaAlAs- (GaAs-) Schicht 3, eine n-GaAlAs-Plattierschicht 4 und eine n&spplus;-GaAs-Deckschicht 5 nacheinander mittels Flüssigphasenepitaxie gezüchtet, was zu einer Mehrschichtstruktur für eine Laserschwingung führt. Der vorstehend erwähnte Prozeß ist der erste Kristallwachstumsprozeß. Dann werden Nuten mittels einer Ätztechnik von der Deckschicht 5 bis zum Substrat 1 gebildet, was zu einer Mesa 10 führt, die dem V-Kanal 7 positioniert ist. Dann wird der zweite Kristall-Wachstumsprozeß für die Bildung von eingebetteten Schichten in den Nuten unter Anwendung der Flüssigphasenepitaxie wie folgt ausgeführt: Eine erste eingebettete Schicht 211, die eine von dem Substrat 1 verschiedene Polarität hat, wird auf dem Substrat 1 gezüchtet, wird aber nicht über die aktive Schicht 3 hinaus gezüchtet. Eine solche Regulierung des Wachstums der ersten Schicht 211 kann durch Herabsetzen des Übersättigungsgrades der Kristallwachstumslösung erreicht werden. Dann wird eine zweite eingebettete Schicht 212 (d. h. eine i-Schicht mit hohem spezifischem Widerstand) unter Verwendung eines undotierten GaAlAs-Kristalls gezüchtet, das einen ausreichend hohen Anteil von Al in der Zusammensetzung hat, wonach dann das Züchten einer dritten eingebetteten Schicht 213, die dieselbe Polarität wie das Substrat 1 hat und einer vierten eingebetteten Schicht, die eine von dem Substrat 1 verschiedene Polarität hat, in dieser Reihenfolge, folgt. Der Wachstumszeitraum für die erste, zweite und dritte eingebettete Schicht 211, 212 und 213 ist kurz, so daß sie nicht über der Deckschicht 5 gezüchtet werden können. Der Wachstumszeitraum für die vierte eingebettete Schicht 214 ist lang genug, um über der Deckschicht 5 zu züchten. Die Oberseite der vierten eingebetteten Schicht 214 ist flach. Die erste eingebettete Schicht 211 wird vorzugsweise aus einem GaAlAs-Kristall hergestellt, welcher Laserstrahlen nicht absorbiert, so daß das Einschalt-Phänomen bei der pnipn- (oder npinp-) Struktur unterdrückt werden kann. Die dritte eingebettete Schicht 213 kann aus einem GaAs- oder GaAlAs-Kristall hergestellt werden. Die vierte eingebettete Schicht 214 wird vorzugsweise aus einem GaAs-Kristall hergestellt, was zu einem reduzierten Ohm'schen Widerstand führt.
Die sich ergebende BH-VSIS-Laservorrichtung erzeugte durch Schwingung einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 830 nm bei einem Schwellenstrom von 20 mA, welcher derselbe ist, wie der Schwellenstromwert einer BH-VSIS-Laservorrichtung, die eine Stromblockierschicht hat.
Die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels ist nicht auf die vorstehend erwähnte BH-VSIS-Laservorrichtung beschränkt, sondern ist natürlich auch auf eine gewöhnliche BH-Laservorrichtung anwendbar. Darüberhinaus ist sie nicht auf die GaAIAs-System-Laservorrichtung beschränkt, sondern ist auch auf die In- GaAsP-System- oder InGaAlP-System-Laservorrichtungen anwendbar. Die Kristallwachstumstechnik ist nicht auf Flüssigphasenepitaxie beschränkt, sondern ist auch auf metall-organisches Aufdampfen, Dampfphasenepitaxie, Molekularstrahlepitaxie usw. anwendbar.

Beispiel 9

Im allgemeinen sind bei der Herstellung einer BH-Laservorrichtung die Seitenwände der Mesa der Atmosphäre solange ausgesetzt, bis eingebettete Schichten auf beiden Seiten der Mesa eingebettet sind, nachdem die Mesa gebildet ist, was zu einem dünnen Oxidfilm auf den Seitenwänden der Mesa führt (d. h. auf der Oberfläche des GaAlAs-Kristalls). Dementsprechend werden, wenn die eingebetteten Schichten auf beiden Seiten der Mesa eingebettet werden, auf welchen ein solcher Oxidfilm gebildet worden ist, die Kristallgitter an der Grenzfläche zwischen jeder Seitenwand der Mesa und jeder eingebetteten Schicht nur unvollständig miteinander verkettet, was zu einem Übergang mit Gitterverzerrung an der Grenzfläche führt. Insbesondere das nichtstrahlende Rekombinationszentrum, welches an den Endflächen der aktiven Schicht an den Seitenwänden der Mesa gebildet wird, verursacht eine Verzerrung bei der Laservorrichtung.
Dieses Beispiel liefert ein Verfahren für die Herstellung einer BH-VSIS-Laservorrichtung, welche kein nichtstrahlendes Rekombinationszentrum hat, welches möglicherweise an den Endflächen der aktiven Schicht an den Seitenwänden der Mesa gebildet werden kann.
Das Verfahren dieses Beispiels ist dadurch gekennzeichnet, daß die Endflächen der aktiven Schicht an den Seitenwände der Mesa eben vor dem Aufwachsen von eingebetteten Schichten abgeschmolzen werden. Im allgemeinen wird, wenn eine Ga1-xAlxAs-Kristallfläche mit einer Ga-Nichtsättigungslösung in Berührung kommt, ein Abschmelzen der Kristallfläche bei einer Zunahme des Al- Anteils x in der Zusammensetzung des Ga1-xAlxAs-Kristalls schwierig. Insbesondere tritt, wenn der Wert von · 0,3 oder mehr ist, ein Abschmelzen nicht auf.
Dieses Beispiel wurde unter Nutzung des vorstehend erwähnten Phänomens ausgeführt. Eine BH-VSIS-Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels wird wie folgt geliefert:
Wie in Fig. 6(A) gezeigt, wird auf einem p-GaAs-Substrat 1 eine Streifenmesa 101, die eine Breite von 5 um und eine Höhe von ungefähr 0,5 um hat, unter Verwendung eines Ätzmittels (H&sub2;O:H&sub2;O&sub2;:H&sub2;SO&sub4; = 50 : 2 : 1) gebildet. Dann wird eine n-GaAs-Stromblockierschicht 6 auf dem Substrat 1 durch Flüssigphasenepitaxie in einer solchen Art und Weise gebildet, daß die Dicke des Teils der Stromblockierschicht 6, die der Mesa 101 entspricht, ungefähr 0,6 um wird. Die Oberfläche der Stromblockierschicht 6 wird flach.
Dann wird, wie in Fig. 6(B) gezeigt, ein V-Streifenkanal 7, der eine Breite w von 4,5-5 um hat, in dem Substrat 1 durch die Stromblockierschicht 6 gebildet. Dann wird auf der Stromblokkierschicht 6, die den V-Kanal 7 einschließt, eine p-GaAlAs- Plattierschicht 2, eine aktive GaAlAs-Schicht 3 und eine n-GaA- lAs-Plattierschicht 4 nacheinander bei 800 ºC durch Flüssigphasenepitaxie gezüchtet, was zu einem Doppel-Heterostruktur-Mehrschichtkristall führte. Die Anteilsverhältnisse von Al bei der Zusammensetzung betragen 0,4 beziehungsweise 0,5.
Dann werden, wie in Fig. 6(C) gezeigt, Nuten durch eine Ätztechnik unter Verwendung des vorstehend erwähnten Ätzmittels von der n-GaAlAs-Plattierschicht 4 bis zur n-GaAs-Stromblockierschicht 6 gebildet, was zu einer Streifenmesa 10 führt. Die Dicke des Mehrschichtkristalls ist nicht einheitlich über den gesamten Bereich davon, und dementsprechend ist die Tiefe der Nuten ebenfalls nicht einheitlich über den gesamten Bereich davon. Deshalb besteht die Möglichkeit, daß die Dicke des geätzten Teils der Stromblockierschicht 6 übermäßig dünn wird. Um das Problem zu beseitigen, wird die Stromblockierschicht von vornherein mit einer ausreichend großen Dicke gebildet. Zu diesem Zweck wird die vorstehend erwähnte Mesa 101 auf dem Substrat 1 gebildet, bevor die Stromblockierschicht auf dem Substrat gezüchtet wird.
Die Breite W der aktiven Schicht 3 innerhalb der Mesa 10 wird auf einen um 0,1-1 um größeren Wert festgesetzt, als die Breite w des V-Kanals 7. Bei diesem Beispiel ist W = 5-6 um. Dann wird als erster Schritt eines Wachstumsprozesses der eingebetteten Schichten, wie in Fig. 6(D) gezeigt, eine undotierte erste Ga1-zAlzAs-eingebettete Schicht 311 (z = 0,8) auf der Stromblockierschicht 6 durch eine erste Ga-Lösung gezüchtet. Der Übersättigungsgrad der Ga-Lösung wird auf 3 ºC oder weniger eingestellt, und dementsprechend erreicht das Wachstum der GaA- lAs-Schicht 311 die Seitenwände der Mesa 10 nicht, so daß die Endflächen der aktiven Schicht 3 nicht durch die GaAlAs-Schicht 311 abgedeckt werden können.
Dann unterliegen, wenn die Halbleiterscheibe mit einer zweiten Ga-Lösung in Kontakt gebracht wird, die ein ungesättigtes As enthält, nur die Endflächen der aktiven Schicht 3, die einen verhältnismäßig geringen Al-Anteil in der Zusammensetzung haben, einem Abschmelzen, doch unterliegen andere Bereiche niemals einem Abschmelzen, weil die nicht zur aktiven Schicht 3 gehörenden Bereiche aus GaAlAs-Schichten hergestellt sind, die einen Anteil von 0,4 oder mehr in der Zusammensetzung haben. Das Ergebnis ist, daß der Oxidfilm, der sich auf den Endflächen der aktiven Schicht befindet, entfernt wird. Danach wird, wie in Fig. 6(E) gezeigt, eine nichtdotierte zweite Ga1-zAlz-AS-eingebettete Schicht 312 z = 0,8) durch Flüssigphasenepitaxie unter Verwendung einer dritten Ga-Lösung gezüchtet. Die vorstehend erwähnte erste und zweite eingebetteten Schicht 311 und 312 funktionieren als Schichten mit hohem spezifischem Widerstand (d. h. als i-Schichten). Dann wird eine Ge-dotierte dritte p- GaAs-eingebettete Schicht 313 unter Verwendung der dritten Ga- Lösung und eine Te-dotierte vierte n-GaAs-eingebettete Schicht 314 unter Verwendung einer vierten Ga-Lösung gezüchtet. Diese eingebetteten Schichten 313 und 314 werden nicht über der Oberfläche der n-GaAIAs-Plattierschicht 4 gezüchtet.
Dann wird die Rückseite des Substrats 1 einer Ätzbehandlung unterzogen, um die Dicke der Halbleiterscheibe auf ungefähr 100 um zu justieren. Die Oberseite des gezüchteten Kristalls und die Rückseite des Substrats 1 werden einer Aufdampfungsbehandlung mit Metallmaterialien aus Au-Ge-Ni beziehungsweise Au-Zn unterzogen, um eine n-Seitenelektrode aus einer Au-Ge-Ni-Legierung beziehungsweise eine p-Seitenelektrode aus einer Au-Zn-Legierung zu bilden, wonach ein Aufspalten und Anreißen folgt, um eine Laservorrichtungseinheit zu bilden, die eine interne Resonatorlänge von 250 um und eine Breite von 300 um hat.
Dann werden die Kristallflächen mit einem Al&sub2;O&sub3;-Film überzogen, der eine Dicke von λ/2 hat (wobei λ die Wellenlänge ist). Die Einheit wird dann mit Hilfe eines Lötmaterials, wie beispielsweise in in einer solchen Art und Weise montiert, daß die Stirnseite der n-Seitenelektrode zur Kupferplatte zeigt, was zu einer BH-VSIS-Halbleiterlaservorrichtung führt.
Bei der BH-VSIS-Halbleiterlaservorrichtung funktioniert die i- Schicht (d. h. die Schicht mit hohem spezifischem Widerstand) des Einbettungsbereichs, der einen PNIPN-Übergang bildet, dazu, den Strom zu blockieren. Das heißt, wenn die Laservorrichtung vorwärts vorgespannt ist, funktioniert der NIP-Übergang als umgekehrte Vorspannung, und die Durchschlagspannung wird als Folge dieser i-Schicht hoch. Dieses Phänomen kann durch das folgende Experiment beobachtet werden: Die Mesa wurde von der Laservorrichtung entfernt, und es wurde die Durchschlagspannung des eingebetteten Bereichs gemessen. Die Spannung belief sich auf den hohen Wert 9 Volt. Es wurde auch beobachtet, daß ein Kriechstrom, der von den Seitenwänden der Mesa zu den eingebetteten Bereichen fließt, infolge der Schicht mit hohem spezifischem Widerstand klein war.
Die Schwingungs-Wellenlänge der vorstehend erwähnten BH-VSIS- Laservorrichtung betrug 830 nm, und der Schwellenstrom davon betrug ungefähr 20 mA, was einer Schwellenstromdichte von 1,3 kA/cm² entspricht. Darüberhinaus zeigte ein Alterungsprozeß für diese BH-VSIS-Laservorrichtung, der bei 50 ºC mit 5 mW Ausgangsleistung ausgeführt wurde, daß eine Erhöhung beim Treiberstrom über 1500 Stunden oder mehr nicht beobachtet wurde. Diese Langlebensdauer-Charakteristik der BH-VSIS-Laservorrichtung resultiert aus dem Merkmal des Verfahrens dieses Beispiels, daß die Endflächen der aktiven Schicht an den Seitenwänden der Mesa durch die eingebetteten Schichten eingebettet werden, nachdem sie einem Abschmelzen unterliegen.
Die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels ist nicht auf die vorstehend erwähnte BH-VSIS-Laservorrichtung beschränkt, sondern ist natürlich auch auf eine gewöhnliche BH-Laservorrichtung anwendbar. Darüberhinaus ist sie nicht auf die GaAlAs-System-Laservorrichtung beschränkt, sondern ist auch auf InGaAsP- System- oder InGaAlP-System-Laservorrichtungen anwendbar. Die Kristallwachstumstechnik ist nicht auf Flüssigphasenepitaxie beschränkt, sondern ist auch auf metall-organisches Aufdampfen, Dampfphasenepitaxie, Molekularstrahlepitaxie usw. anwendbar.

Claims

1. Halbleiterlaser mit:

einem Halbleitersubstrat (1);

ein streifenförmiger Kanal (7), der in dem Substrat (1) gebildet ist,

einer Streifenmesa (10), die auf dem Kanal (7) gebildet ist und eine aktive Schicht (3) einschließt,

wobei der wirksame Brechungsindex der Streifenmesa (10) in Querrichtung parallel zur Ebene der aktiven Schicht (3) von der Mitte des Streifens zu seinen Außenseiten abnimmt, und wobei aufgrund des Streifenkanals (7) die Außenseite davon einen Laserstrahl absorbiert, der in der aktiven Schicht (3) erzeugt wird, und auf diese Weise einen optischen Wellenleiter einschließlich der aktiven Schicht bildet; und

mit einem eingebetteten Bereich, der die Mesa (10) umgibt;

dadurch gekennzeichnet, daß der eingebettete Bereich eine Anzahl von eingebetteten Schichten (11-13; 15; 17; 111-113; 211-213) mit einem umgekehrt-vorgespannten PIN-Übergang enthalten, und als Teil oder zusätzlich zu dem letzteren eine i-Schicht (11; 112; 212; 312), die die freiliegenden Seitenflächen der aktiven Schicht (3) überdeckt.

2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, wobei der eingebettete Bereich eine Stromblockierschicht (6) aufweist, die auf dem Substrat (1) gebildet ist.

3. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, wobei die i-Schicht (11), die mit der aktiven Schicht (3) an den Seitenwänden der Streifenmesa (10) in Kontakt gelangt, einen spezifischen Widerstand von 0,1 Ωcm oder mehr hat.

4. Halbleiterlaser nach Anspruch 3, wobei die i-Schicht (11) eine undotierte oder Ge-dotierte Ga1-zAlzAs-Schicht ist, die ein Al-Zusammensetzungsverhältnis z von 0,5 bis 1,0 hat.

5. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle eingebetteten Schichten (11-13) einen spezifischen Widerstand von 0,1 Ωcm oder mehr haben.

6. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Breite der aktiven Schicht (3) innerhalb der Streifenmesa (10) gleichmäßig ist von einer Seitenfläche des Lasers zur anderen.

7. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Breite der aktiven Schicht (3) innerhalb der Streifenmesa (10) größer als die des Streifenkanals (7) in der Nähe der Seitenflächen des Lasers und nahezu gleich wie der des Streifenkanals innerhalb der Seitenflächen des Lasers ist. (Fig. 2)

8. Halbleiterlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abschnitt des Kanals (7) eine abgeschnittene V- Form hat.

9. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers mit den Schritten:

Bilden eines streifenförmigen Kanals (7) in einem Halbleitersubstrat (1);

epitaktisches Wachsen eines Mehrschichtkristalls mit einer aktiven Schicht (3) auf dem Substrat;

Wegätzen von Teilen des mehrschichtigen Kristalls an beiden Seiten des Kanals (7) zur Bildung einer Streifenmesa (10) auf dem Teil, der dem Streifenkanal (7) entspricht; und

epitaktisches Wachsen eines eingebetteten Bereichs einschließlich einer Anzahl von eingebetteten Schichten (11- 13) an der Stelle der geätzten Bereiche zum Abdecken der Seitenflächen der Mesa (10), wobei diese Schichten (11-13) einen umgekehrt-vorgespannten PIN-Übergang und, als Teil oder zusätzlich zu dem letzteren, eine i-Schicht (11) aufweist, die die freiliegenden Seitenflächen der aktiven Schicht (3) überdecken,

wobei der Kanal (7) und der mehrschichtige Kristall in einer derartigen Weise gebildet werden, daß der wirksame Brechungsindex der Streifenmesa (10) in Querrichtung parallel zur Ebene der aktiven Schicht (3) von der Mitte des Streifens zu seinen äußeren Seiten abnimmt, und zwar aufgrund des Streifenkanals (7), dessen Außenseite einen Laserstrahl absorbiert, der von der aktiven Schicht (3) erzeugt wird und auf diese Weise einen optischen Wellenleiter bildet, der die aktive Schicht einschließt.

10. Verfahren nach Anspruch 9 und mit dem Schritt der Bildung einer Stromblockierschicht (6) auf dem Substrat (1) vor dem Aufwachsen des mehrschichtigen Kristalls.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei das epitaktische Aufwachsen des eingebetteten Bereichs durch Flüssigphasenepitaxie stattfindet und die Flächen der aktiven Schicht (3) an den Seitenwänden der Streifenmesa (10), die in Kontakt mit der zum Wachsen der Schichten dienenden Lösung kommen, abgeschmolzen werden, wenn der mehrschichtige Einbettungskristall außerhalb der Streifenmesa (10) gewachsen wird.