DE4130536A1 - Laserdiode fuer sichtbares licht - Google Patents

Laserdiode fuer sichtbares licht

Info

Publication number
DE4130536A1
DE4130536A1 DE4130536A DE4130536A DE4130536A1 DE 4130536 A1 DE4130536 A1 DE 4130536A1 DE 4130536 A DE4130536 A DE 4130536A DE 4130536 A DE4130536 A DE 4130536A DE 4130536 A1 DE4130536 A1 DE 4130536A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
crystal
gainp
laser diode
algainp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE4130536A
Other languages
English (en)
Inventor
Tatsuya Kimura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE4130536A1 publication Critical patent/DE4130536A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/223—Buried stripe structure
    • H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • H01S5/32325—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm red laser based on InGaP

Landscapes

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

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserdiode für sichtbares Licht und im besonderen auf eine Laserdiode für sichtbares Licht, bei der ein Anhäufen von Zink in einer aktiven undotierten GaInP-Schicht, das an einer Grenzfläche zwischen einer p-Kristallschicht und der aktiven undotierten GaInP-Schicht vorkommen kann, unterdrückt ist.
Fig. 7 ist eine Querschnittsdarstellung, die den Aufbau einer herkömmlichen Laserdiode für sichtbares Licht zeigt. Wie Fig. 7 zeigt ist eine n-GaAs-Pufferschicht 12 auf einem n-GaAs- Substrat 11 angeordnet. Eine n-AlGaInP-Überzugsschicht 13 ist auf der n-GaAs-Pufferschicht 12 angeordnet. Eine undotierte aktive GaInP-Schicht 14 ist auf der n-AlGaInP-Überzugsschicht 13 angeordnet. Eine p-AlGaInP-Lichtleiterschicht 15 ist auf der undotierten aktiven GaInP-Schicht 14 angeordnet. Eine p- GaInP-Ätzstoppschicht 10 ist auf der p-AlGaInP-Wellenleiter­ schicht 15 angeordnet. Eine p-AlGaInP-Überzugschicht 17 ist auf der p-GaInP-Ätzstoppschicht 16 angeordnet. Eine p-GaInP- Schicht 18 ist auf der p-AlGaInP-Überzugsschicht 17 angeord­ net. Eine p-GaAs-Kontaktschicht 20 ist auf der p-GaInP- Schicht 18 angeordnet. Ein Vorwärts-Mesa-Streifen ist über die p-AlGaInP-Überzugsschicht 17, p-GaInP-Schicht 18 und einen Teil der p-GaAs-Kontaktschicht 20 gebildet. Eine n- GaAs-Stromsperrschicht 19 ist auf der p-GaInP-Ätzstoppschicht 16, den Vorwärts-Mesa-Streifen eingrabend, gebildet.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungsprozesses gegeben.
Zuerst werden eine n-GaAs-Pufferschicht 12, eine n-AlGaInP- Überzugsschicht 13, eine undotierte GaInP-Schicht 14, eine p- AlGaInP-Lichtleiterschicht 15, eine p-GaInP-Ätzstoppschicht 16, eine p-AlGaInP-Überzugsschicht 17, eine p-GaInP-Schicht 18 und eine p-GaAs-Deckschicht 20a aufeinanderfolgend auf ein n-GaAs-Substrat 11 durch MoCVD (metallorganische Gasphasenab­ scheidung, erster Kristallwachstumsprozeß) aufgewachsen. Nachfolgend wird unter Nutzung herkömmlicher photolithogra­ phischer Techniken ein Streifenmuster gebildet, und die p- GaAs-Deckschicht 20a, die p-GaInP-Schicht 18 und die p- AlGaInP-Überzugsschicht 17 werden unter Nutzung des Streifen­ musters als Maske zur Bildung einer Mesa geätzt. Danach wird durch MoCVD eine n-GaAs-Stromsperrschicht 19 in dem durch das Ätzen gebildeten Graben aufgewachsen (zweiter Kristallwachs­ tumsprozeß), und eine p-GaAs-Kontaktschicht 20 als oberste Schicht wird durch MOCVD aufgewachsen (dritter Kristallwachs­ tumsprozeß). Hier ist die p-GaAs-Deckschicht 20a mit der p- GaAs-Kontaktschicht 20 im dritten Wachstumsprozeß verschmol­ zen, wie durch die gepunktete Linie an der p-GaAs-Kontakt­ schicht 2o in Fig. 7 gezeigt ist.
Bei der aus mehreren Kristallen aufgebauten Laserdiode für sichtbares Licht nach Fig. 7 ist es wichtig, daß das Substrat kristallin ist und die epitaxialen Schichten in Gitteranpas­ sung miteinander stehen, um die Erzeugung von Kristalldefek­ ten und eine Verschlechterung der Oberflächenhomologität zu verhindern. Die Gitterkonstante des GaAs-Substrates soll also so weit als möglich mit den Gitterkonstanten der Kristall­ schichten des GaInP- und AlGaInP-Systems übereinstimmen. Um eine verbesserte Laserdiode für sichtbares Licht herzustel­ len, ist es als ideal anzusehen, das Verhältnis zwischen den Gitterkonstanten des GaAs-Substrates und der (Al)GaInP-Kri­ stallschichten, d. h. die Gitterfehlanpassung (Δa/a, wobei a die Gitterkonstante von GaAs und Δa die Differenz zwischen den Gitterkonstanten des GaAs und der Kristallschicht ist) Null anzunähern, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Es ist als not­ wendig anzusehen, die Gitterfehlanpassung im Bereich von ± 0,001 zu halten. Mit diesem Ziel wurde eine Reihe von Vor­ schlägen unterbreitet, wie die Gitterkonstanten des GaAs-Sub­ strates und der (Al)GaInP-Kristallschicht miteinander zur Verringerung der Gitterfehlanpassung soweit wie möglich in Übereinstimmung gebracht werden können. Beispielsweise ist in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 1-2 02 880 eine Laserdiode für sichtbares Licht beschrieben, bei der die Gitterfehlanpassung der n-Überzugsschicht vorab auf die posi­ tive Seite (Δa/a: 0,0005 bis 0,001) zu verschieben und damit die Gitterfehlanpassung in der p-Überzugsschicht zu verrin­ gern ist. Andererseits ist in der japanischen veröffentlichten Patentanmeldung 2-1 56 522 beschrieben, daß eine AlGaInP- Schicht mit guter Kristallqualität durch Differenzierung der Kristallwachstumstemperatur oder des Zusammensetzungsverhält­ nisses (V/III-Verhältnisses) der eingesetzten Elemente am Ende des Herstellungsprozesses während der Herstellung einer Mehrschicht-Halbleiterschicht des AlGaInP/GaAs-Systems auf einem GaAs-Substrat gegenüber dem Anfangszeitpunkt erhalten wird. Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2- 2 54 715 beschreibt, daß die Gitterkonstante einer Kristall­ schicht des AlGaInP-Systems durch unterschiedliche Wahl ihrer Wachstumstemperaturen in Übereinstimmung mit der der GaAs- Pufferschicht gebracht wird.
Die herkömmliche Laserdiode für sichtbares Licht, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist, wird durch drei Kristallaufwachsprozesse, einen ersten Kristallwachstumsprozeß vor der Herstellung einer Mesa, einen zweiten Kristallwachstumsprozeß nach Herstellung der Mesa und einen dritten Kristallwachstumspro­ zeß zur Herstellung einer Kontaktschicht, erzeugt. Fig. 9 zeigt Zn-Profile der Zn-Dotierung in entsprechenden Kristall­ schichten, die mittels Sekundärionen-Massenspektroskopie (im folgenden als SIMS bezeichnet) erhalten wurden, für die in Fig. 7 gezeigte herkömmliche Laserdiode für sichtbares Licht. Genauer gesagt, zeigt Fig. 9(a) ein durch SIMS gewonnenes Zn- Profil entsprechender Schichten am Ende des ersten Wachstums­ prozesses, und Fig. 9(b) zeigt ein durch SIMS gewonnenes Zn- Profil für entsprechende Schichten am Ende des dritten Wachs­ tumsprozesses. Wie Fig. 9 zeigt, fällt an der Grenzfläche zwischen der undotierten aktiven GaInP-Schicht 14 und der p- AlGaInP-Lichtleiterschicht 15 nach dem ersten Wachstumsprozeß das Zn-Profil steil ab, während an der Grenzfläche zwischen der undotierten aktiven GaInP-Schicht 14 und der p-AlGaInP- Lichtleiterschicht 15 nach dem dritten Wachstum Zn angehäuft ist. Die herkömmliche Laserdiode für sichtbares Licht wird durch eine Mehrzahl von Kristallwachstumsprozessen erzeugt, und auch wenn sich keine Diffusion von Verunreinigungen in die aktive Schicht nach dem ersten Wachstumsprozeß zeigt, diffundiert die Verunreinigung mitunter durch Einflüsse wie das Aufheizen des Substrates in die aktive Schicht, während das Wachstum im zweiten und dritten Wachstumsprozeß voran­ schreitet. Insbesondere Zn als p-Dotierung wird an der Grenz­ fläche zwischen der p-Kristallschicht und der undotierten ak­ tiven GaInP-Schicht anormal angehäuft, und dies wirft das Problem einer weitgehenden Verschlechterung der Lasercharak­ teristiken auf.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die oben er­ wähnten Probleme zu lösen, und hat als Aufgabe die Bereit­ stellung einer Laserdiode für sichtbares Licht, bei der die Diffusion von Zn in die undotierte aktive GaInP-Schicht un­ terdrückt und damit das Anhäufen von Zn an der Grenzfläche zwischen den p-Kristallschicht und der undotierten aktiven GaInP-Schicht verhindert wird.
Weitere Wirkungen und Vorteile der Erfindung werden aus der im folgenden gegebenen genauen Beschreibung deutlich.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird zum Zeit­ punkt des ersten Kristallwachstumsprozesses für die auf­ einanderfolgend wachsenden Kristallschichten des GaInP/AlGaInP-Systems auf dem GaAs-Substrat mindestens eine der Schichten unter den Kristallschichten so aufgewachsen, daß die Gitterfehlanpassung mit dem GaAs in einem Bereich von 2×10-3-1×10-2 oder -5×10-3 -2×10-3 ist, und danach werden die nachfolgenden Kristallwachstumsprozesse ausge­ führt, wodurch eine Laserdiode für sichtbares Licht herge­ stellt wird.
Die Gitterkonstanten der Kristallschichten des GaInP/AlGaInP- Systems, die auf dem GaAs-Substrat gebildet werden, werden also angemessen größer (oder kleiner) als die Gitterkonstante von GaAs gemacht. Die Kristallverzerrung hat einen solchen angemessenen Betrag, daß keine nennenswerten Kristalldefekte im Kristall induziert werden, und dadurch wird Zn im Kristall einem Druck ausgesetzt und die Diffusion von Zn in die aktive undotierte GaInP-Schicht unterdrückt.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren.
Von den Figuren zeigen:
Fig. 1(a) und 1(b) eine Querschnittsdarstellung bzw. eine perspektivische Darstellung, die eine Laserdiode nach einer ersten Ausführungsform zeigen;
Fig. 2(a) und 2(b) Diagramme, die die Beziehung zwi­ schen der relativen Intensität (x) des Zn-Profils und der Gitterfehlan­ passung (Δa/a), gemessen durch SIMS, bei der ersten Ausführungsform zeigen;
Fig. 3 eine Darstellung, die den Betrag der Gitterfehlanpassung entsprechender Schichten einer Laserdiode bei der ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 4 eine Darstellung, die ein durch SIMS gewonnenes Zn-Profil für die ent­ sprechenden Schichten der Laserdiode bei der ersten Ausführungsform zeigt;
Fig. 5 eine Darstellung, die Gitterfehlan­ passung entsprechender Schichten einer Laserdiode bei einer zweiten Ausführungsform zeigt;
Fig. 6 eine Darstellung, die die Gitter­ fehlanpassung entsprechender Schich­ ten einer Laserdiode nach einer dritten Ausführungsform zeigt;
Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen Laserdiode;
Fig. 8 eine Darstellung, die die Gitter­ fehlanpassung entsprechender Schich­ ten der herkömmlichen Laserdiode zeigt; und
Fig. 9 eine Darstellung, die ein durch SIMS gewonnenes Zn-Profil für die ent­ sprechenden Schichten der herkömmli­ chen Laserdiode zeigt.
Wie Fig. 1 zeigt, ist eine n-GaAs-Pufferschicht 2 auf einem GaAs-Substrat 1 angeordnet. Eine n-AlGaInP-Überzugsschicht 3 ist auf der n-GaAs-Pufferschicht 2 angeordnet. Eine undo­ tierte aktive GaInP-Schicht 4 ist auf der n-AlGaInP-Überzugs­ schicht 3 angeordnet. Eine p-AlGaInP-Lichtleiterschicht 5 ist auf der undotierten aktiven GaInP-Schicht 4 angeordnet. Eine p-GaInP-Ätzstoppschicht 6 ist auf der p-AlGaInP-Lichtleiter­ schicht 5 angeordnet. Eine p-AlGaInP-Überzugsschicht 7 ist auf der p-GaInP-Ätzstoppschicht 6 angeordnet. Eine p-GaInP- Schicht 8 ist auf der p-AlGaInP-Überzugsschicht 7 angeordnet. Eine p-GaAs-Kontaktschicht 10 ist auf der p-GaInP-Schicht 8 angeordnet. Ein Vorwärts-Mesa-Streifen ist über die p- AlGaInP-Überzugsschicht 7, die p-GaInP-Schicht 8 und einen Teil der GaAs-Kontaktschicht 10 gebildet. Eine n-GaAs-Strom­ sperrschicht ist auf der Ätzstoppschicht 6 zum Eingraben des Vorwärts-Mesa-Streifens gebildet.
Im folgenden wird eine Beschreibung des Herstellungsverfah­ rens des Halbleiterlasers gegeben.
Zuerst werden in einen Reaktor Trimethylindium (TMI) als Ausgangsmaterialgas für In, Triethylgallium (TEG) als Aus­ gangsmaterialgas für Ga, Trimethylaluminium (TMA) als Aus­ gangsmaterialgas für Al, Arsin (AsH3) als Ausgangsmaterialgas für As, Diethylzink als Ausgangsmaterialgas für Zn (den p-Do­ tanten) und Silan (SiH4) als Ausgangsmaterialgas für Si (den n-Dotanten) eingeleitet,und das Zusammensetzungsverhältnis (das Zufuhrmengenverhältnis) der Gase wird entsprechend Ta­ belle 1 gesteuert, während durch MOCVD die Kristallschichten für die Laserdiode aufwachsen. Die Aufwachstemperatur ist 675°C, und der Druck im Reaktor beträgt 150 Torr. Es werden eine n-GaAs-Pufferschicht 2 von 0,5 µm Dicke, eine n-AlGaInP- Überzugsschicht 3 von 1,0 µm Dicke, eine aktive undotierte GaInP-Schicht 4 von 0,07 µm Dicke, eine p-AlGaInP-Lichtlei­ terschicht 5 von 0,25 µm Dicke, eine p-GaInP-Ätzstoppschicht 6 von 50 Å Dicke, eine p-AlGaInP-Überzugsschicht 7 von 0,7 µm Dicke, eine p-GaInP-Schicht 8 von 0,1 µm Dicke und eine p- GaAs-Deckschicht 10a von 0,4 µm Dicke aufeinanderfolgend auf ein GaAs-Substrat 1 aufgewachsen (erster Kristallwachstums­ prozeß).
Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen der Kristallzusammen­ setzung jeder Kristallschicht und dem Verhältnis der Zufuhr­ menge der Materialgase beim Wachstum der Kristallschichten im Vergleich zur herkömmlichen Technologie:
Tabelle 1
Wie in Tabelle 1 gezeigt, werden die Zufuhrmengen des TMA- Gases und des TMI-Gases verringert, und das Verhältnis der Zufuhrmenge des DEZ-Gases als Ausgangsgas des p-Dotanten zur Gesamtmenge der eingeleiteten Gase wird erhöht, wodurch die Gitterkonstante der p-AlGaInP-Schicht vergrößert wird. Die Zufuhrmenge des TEG-Gases wird verringert, um die Gitterkon­ stante der p-GaInP-Schicht zu vergrößern.
Danach wird auf der p-GaAs-Deckschicht 10a eine etwa SiO2 aufweisende dielektrische Schicht gebildet, und die dielek­ trische Schicht wird unter Nutzung von Photolithograhie und Ätzen in eine Streifenkonfiguration strukturiert. Dann werden unter Nutzung des streifenförmigen Musters als Maske die p- GaAs-Deckschicht 10a, die p-GaInP-Schicht 8 und die AlGaInP- Überzugsschicht 7 geätzt, um einen Mesa-Streifen zu bilden. Dann wird auf dem durch das Ätzen gebildeten Graben eine n- GaAs-Stromsperrschicht 9 aufgewachsen. Dieses selektive Kri­ stallwachstum wird unter Nutzung des streifenförmigen Musters als Maske durch eine MOCVD bei einer Aufwachstemperatur von 700°C und einen Druck im Reaktor von 76 Torr durchgeführt (zweiter Kristallwachstumsprozeß). Nach Entfernung des strei­ fenförmigen Musters wird durch MOCVD bei einer Aufwachstempe­ ratur von 600°C und einem Druck im Reaktor von 76 Torr als oberste Schicht eine p-GaAs-Kontaktschicht 10 von 3,0 µm Dicke aufgewachsen (dritter Kristallwachstumsprozeß). Danach wird auf der p-GaAs-Kontaktschicht 10 eine p-Elektrode 21 und auf der rückseitigen Oberfläche des GaAs-Substrates 1 eine n- Elektrode 22 gebildet. Die p-GaAs-Deckschicht 10a wird mit der p-GaAs-Kontaktschicht 10 verschmolzen, wie durch die ge­ punktete Linie bei der p-GaAs-Kontaktschicht 10 in Fig. 1 ge­ zeigt ist.
Bei der auf diese Weise erhaltenen Halbleiter-Mehrschicht­ struktur für sichtbares Licht weist jede Schicht eine Gitter­ fehlanpassung (Δa/a) auf, wie in Fig. 3 gezeigt, und das durch SIMS für die entsprechenden Schichten gewonnene Zn-Pro­ fil ist in Fig. 4 gezeigt.
Aus den Fig. 3 und 4 wird klar, daß die p-AlGaInP-Lichtlei­ terschicht 5, die p-GaInP-Schicht 6 und die p-AlGaInP-Schicht 7 eine Gitterfehlanpassung (Δa/a) von etwa 2,0×10-3 zei­ gen, die p-GaInP-Schicht S eine Gitterfehlanpassung (Δa/a) von etwa 2,8×10-3 zeigt und im Kristall eine geeignete Ver­ zerrung (Verspannung) erzeugt wird, wodurch die Diffusion von Zn in die aktive undotierte GaInP-Schicht 4 unterdrückt wird.
Bei der Laserdiode für sichtbares Licht nach dieser Ausfüh­ rungsform zeigen die p-AlGaInP-Lichtleiterschicht 5, die p- GaInP-Schicht 6 und die p-AlGaInP-Schicht 7, die durch den ersten Kristallwachstumsprozeß aufgewachsen werden, eine Git­ terfehlanpassung (Δa/a) von etwa 2,0×10-3, und die p-GaInP- Schicht 8 zeigt eine Gitterfehlanpassung (Δa/a) von etwa 2,8 ×10-3. Auf das Zink im Kristall wird durch die im Kristall erzeugte Verzerrung eine mechanische Spannung angelegt, und wenn die nachfolgenden Kristallwachstumsprozesse durchgeführt werden, diffundiert das Zink nicht in die undotierte aktive GaInP-Schicht 4, wodurch eine Anhäufung von Zink an der Grenzfläche zwischen der p-AlGaInP-Lichtleiterschicht 5 und der undotierten aktiven GaInP-Schicht 4 unterdrückt werden kann.
Die Fig. 2(a) und 2(b) zeigen die Beziehung zwischen der re­ lativen Intensität (x) des Zn-Profils an der Grenzfläche zwi­ schen der aktiven GaInP-Schicht und der p-AlGaInP-Kristall­ schicht mittels SIMS und der Gitterfehlanpassung (die hier positiv ist) zwischen der GaAs-Schicht und der p-AlGaInP-Kri­ stallschicht. Wie aus Fig. 2(b) deutlich wird, fällt die re­ lative Intensität (x) schnell ab, wenn die Gitterfehlanpas­ sung (Δa/a) 1×10-3 übersteigt, und wenn die Gitterfehlan­ passung 2×10-3 oder mehr ist, ist die relative Intensität (x) nahezu Null. Das heißt wenn die Gitterfehlanpassung (Δa/a) 2×10-3 oder mehr ist,wird im Kristall eine Kristall­ verzerrung (-verspannung) von einem solchen Betrag erzeugt, daß die Diffusion des Zn in die undotierte aktive GaInP- Schicht unterdrückt wird.
Andererseits wird, wenn die Kristallverzerrung im Kristall zu groß ist, so daß die Gitterfehlanpassung größer als 1×10-2 oder kleiner als -5×10-3 ist, obgleich das Anhäufen von Zn unterdrückt wird, die Oberflächenhomologie stark verschlech­ tert, und es kommt zu Verschlechterungen der Lasercharakteri­ stiken. Es ist daher wichtig, die Gitterfehlanpassung in einem Bereich von 2×10-3 bis 1×10-2 oder -5×10-3 bis -2×10-3 einzustellen, um eine Laserdiode für sichtbares Licht zu erhalten, bei der das Anhäufen von Zn in der undotierten aktiven GaInP-Schicht unterdrückt ist, der Einfluß von Kri­ stalldefekten verringert ist, und bei der es keine wesentli­ che Verschlechterung der Lasercharakteristiken gibt.
Da, wenn die Gitterfehlanpassung in einem Bereich von -2×10-3 bis 2×10-3 liegt, keine für das Ausüben von Spannungen auf das Zn im Kristall hinreichende Kristallverspannung er­ zeugt wird, kommt es dann zu einer Anhäufung von Zn in der undotierten aktiven GaInP-Schicht, und die Lasercharakteri­ stiken verschlechtern sich infolgedessen.
Im folgenden wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Der grundsätzliche Schichtaufbau der Laserdiode für sichtba­ res Licht nach der zweiten Ausführungsform ist derselbe wie der der in Fig. 1(a) gezeigten ersten Ausführungsform. Bei dieser zweiten Ausführungsform sind die Zufuhrmengen der Gase TMI, TEG, TMA, PH3, As, DEZ, SiH4 beim ersten MOCVD-Kristall­ wachstumsprozeß so gesteuert, wie in Tabelle 2 gezeigt. Dies heißt, daß tendentiell, wenn der relative Anteil des TMI- Gases erhöht wird, die Gitterkonstante und damit auch die Gitterfehlanpassung (Δa/a) wachsen. Weiterhin verringert sich, wenn die relativen Anteile des TEG-Gases und des TMA- Gases erhöht werden, die Gitterkonstante, und dann verringert sich auch die Gitterfehlanpassung (Δa/a). Bei dieser zweiten Ausführungsform werden die Verhältnisse der Zufuhrmengen der Gase nach Tabelle 2 gesteuert, und die anderen Aufwachsbedin­ gungen sind dieselben wie bei der ersten Ausführungsform. Eine Laserdiode für sichtbares Licht wird durch aufeinander­ folgendes Ausführen des ersten Kristallwachstumsprozesses, des zweiten Kristallwachstumsprozesses, Nachbildung der Mesa und des dritten Kristallwachstumsprozesses erzeugt, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.
Tabelle 2
Bei dieser zweiten Ausführungsform weist beim ersten Kri­ stallwachstumsprozeß die p-AlGaInP-Lichtleiterschicht 5 eine Gitterfehlanpassung (Δa/a) von etwa 2,2×10-3 auf, wie in Fig. 5 gezeigt, und in der p-AlGaInP-Lichtleiterschicht 5 wird eine Kristallverspannung erzeugt, wodurch die Diffusion von Zn in die undotierte aktive GaInP-Schicht 4 unterdrückt wird.
Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Der grundsätzliche Schichtaufbau der Laserdiode für sichtbares Licht nach der dritten Ausführungsform ist derselbe wie der nach der in Fig. 1(a) gezeigten ersten Aus­ führungsform. Bei dieser dritten Ausführungsform werden im ersten Kristallwachstumsprozeß die GaAs-Pufferschicht 2, die AlGaInP-Überzugsschicht 3 und die aktive GaInP-Schicht 4 bei 700°C aufgewachsen und mit dem Beginn des Wachstums der p- AlGaInP-Lichtleiterschicht 5 wird die Aufwachstemperatur auf 650°C verringert. Die Aufwachstemperatur wird bei 650°C ge­ halten, bis der erste Aufwachsprozeß beendet ist. Die übrigen Aufwachsbedingungen sind dieselben wie die bei der ersten Ausführungsform. Eine Laserdiode für sichtbares Licht wird durch Ausführen des zweiten Kristallwachstumsprozesses und des dritten Kristallwachstumsprozesses nach Bildung der Mesa auf ähnliche Weise erzeugt wie bei der ersten Ausführungs­ form. Fig. 6 zeigt die Gitterfehlanpassung (Δa/a) des auf diese Weise erhaltenen Halbleiterlasers, und aus Fig. 6 wird deutlich, daß die Gitterfehlanpassung (Δa/a) innerhalb der p-AlGaInP-Lichtleiterschicht 5 graduell ansteigt und in der p-GaInP-Atzstoppschicht 6, der p-AlGaInP-Überzugsschicht 7 und der p-GaInP-Schicht 8 etwa 2,0×10-3 ist.
Bei dem Halbleiterlaser nach der dritten Ausführungsform wächst während des ersten Kristallaufwachsprozesses die Git­ terfehlanpassung (Δa/a) in der p-AlGaInP-Lichtleiterschicht 5 schrittweise an, und die p-GaInP-Ätzstoppschicht 6, die p- AlGaInP-Überzugsschicht 7 und die p-GaInP-Schicht 8 zeigen eine Gitterfehlanpassung (Δa/a) von etwa 2,0×10-3. Damit wird eine Kristallverspannung im Kristall erzeugt, wodurch die Diffusion von Zn in die undotierte aktive GaInP-Schicht unterdrückt wird.
Beim Halbleiterlaser nach dieser Ausführungsform ist die Git­ terfehlanpassung (Δa/a) der p-AlGaInP-Lichtleiterschicht 5, die benachbart zur undotierten GaInP-Schicht 4 ist,in dem der undotierten aktiven GaInP-Schicht 4 am unmittelbarsten be­ nachbarten Bereich klein, und sie wird mit der Entfernung von der aktiven Schicht 4 größer. Damit gibt es an der Grenzflä­ che zwischen der undotierten aktiven GaInP-Schicht 4 und der p-AlGaInP-Lichtleiterschicht 5 keine großen Kristallverspan­ nungen, die negative Einflüsse haben könnten.
Bei der ersten Ausführungsform ist eine Einrichtung zur Erhö­ hung des Anteils des DEZ-Gases im Ausgangsgas des ersten Kri­ stallaufwachsprozesses vorgesehen, bei der zweiten Ausfüh­ rungsform ist eine Einrichtung zum Steuern des Zusammen­ setzungsverhältnisses des TMA, TMI und TEG im Ausgangsgas des ersten Kristallwachstumsprozesses vorgesehen, und in der dritten Auführungsform ist eine Einrichtung zur Veränderung der Aufwachstemperatur während des ersten Kristallwachstums­ prozesses vorgesehen. Diese Einrichtungen/Mittel können auch miteinander kombiniert wirken.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Laserdiode für sichtbares Licht dadurch erhalten, daß nacheinander auf einem GaAs-Substrat durch einen ersten Kristallwachstumsprozeß Kri­ stallschichten des GaInP- bzw. AlGaInP-Systems aufgewachsen werden und danach nachfolgende Kristallwachstumsprozesse aus­ geführt werden, wobei mindestens eine Schicht der Kristall­ schichten des GaInP- bzw. AlGaInP-Systems, die durch den er­ sten Kristallwachstumsprozeß erhalten werden, so gebildet wird, daß sie eine Gitterfehlanpassung im Bereich von 2×10-3 bis 1×10-2 oder -5×10-3 bis -2×10-3 aufweist. Dadurch wird eine geeignete Kristallverspannung (-verzerrung) in den anderen Kristallschichten außerhalb der undotierten aktiven GaInP-Schicht erzeugt, und die Diffusion von Zn in die undotierte aktive GaInP-Schicht wird unterdrückt. Im Ergebnis dessen weist die Laserdiode für sichtbares Licht keine erhebliche Verschlechterung der Lasercharakteristiken auf.

Claims (10)

1. Laserdiode für sichtbares Licht mit
Kristallschichten des GaInP-/AlGaInP-Systems, darunter eine undotierte aktive GaInP-Schicht (4), die durch einen ersten Kristallwachstumsprozeß aufeinanderfolgend auf einem GaAs- Substrat aufgewachsen sind,
einer durch Ätzen vorbestimmter Abschnitte der Kristall­ schichten gebildeten streifenförmigen Mesa,
Kristallschichten des GaInP-/AlGaInP-Systems, die durch auf­ einanderfolgende Kristallwachstumsprozesse gebildet sind, wo­ bei mindestens eine der durch den ersten Kristallwachstums­ prozeß gebildeten Kristallschichten eine Gitterfehlanpassung im Bereich von 2×10-3 bis 1×10-2 oder -5×10-3 bis -2×10-2 gegenüber GaAS aufweist.
2. Laserdiode für sichtbares Licht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallschicht mit der genannten Gitterfehlanpassung gegenüber GaAs eine p-GaInP-Kristall­ schicht (6) ist.
3. Laserdiode für sichtbares Licht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kristallschicht mit der genannten Gitterfehlanpassung gegenüber GaAs eine p-AlGaInP-Kristall­ schicht (3, 5) ist.
4. Laserdiode für sichtbares Licht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Kristallschicht mit der genannten Git­ terfehlanpassung gegenüber GaAs eine Mehrfachschicht aus GaInP- und/oder AlGaInP-Kristallschichten (3, 5, 6, 7) ist.
5. Laserdiode für sichtbares Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der undotierten akti­ ven GaInP-Schicht (4) benachbarte p-Kristallschicht eine p- AlGaInP-Lichtleiterschicht (5) ist.
6. Laserdiode für sichtbares Licht nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine p-GaInP-Ätzstoppschicht (6) und eine p-AlGaInP-Überzugsschicht (7) aufeinanderfolgend auf der p- AlGaInP-Lichtleiterschicht (5) gebildet sind.
7. Laserdiode für sichtbares Licht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorwärts-Mesa-Streifenteil in einer Vorwärts-Mesa-Konfiguration gebildet ist.
8. Laserdiode für sichtbares Licht nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterfehlanpassung der p-AlGaInP-Lichtleiterschicht (5) ausgehend von der Grenz­ fläche zur undotierten aktiven GaInP-Schicht (4) zunehmend erhöht wird.
9. Laserdiode für sichtbares Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Gitterfehlanpas­ sung aufweisende Kristallschicht durch Steuern des Verhält­ nisses der Zufuhrmenge der Gase, die beim ersten Kristall­ wachstumsprozeß in den Reaktor eingeleitet werden, erzeugt ist.
10. Laserdiode für sichtbares Licht nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Gitterfehlan­ passung aufweisende Kristallschicht durch Verändern der Wachstumstemperatur im Reaktor während des ersten Kristall­ wachstumsprozesses erzeugt ist.
DE4130536A 1991-04-16 1991-09-13 Laserdiode fuer sichtbares licht Ceased DE4130536A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3112543A JP2863648B2 (ja) 1991-04-16 1991-04-16 可視光半導体レーザ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE4130536A1 true DE4130536A1 (de) 1992-10-22

Family

ID=14589283

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE4130536A Ceased DE4130536A1 (de) 1991-04-16 1991-09-13 Laserdiode fuer sichtbares licht

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5189680A (de)
JP (1) JP2863648B2 (de)
DE (1) DE4130536A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19532761A1 (de) * 1994-09-05 1996-03-07 Mitsubishi Electric Corp Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschicht, Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers und Halbleiterlaser

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5297158A (en) * 1991-04-22 1994-03-22 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor laser device including a gallium-aluminum arsenic compound
FR2684805B1 (fr) * 1991-12-04 1998-08-14 France Telecom Dispositif optoelectronique a tres faible resistance serie.
JPH05211372A (ja) * 1992-01-14 1993-08-20 Nec Corp 半導体レーザの製造方法
JPH06296060A (ja) * 1993-04-08 1994-10-21 Mitsubishi Electric Corp 半導体可視光レーザダイオードの製造方法
JPH0794833A (ja) * 1993-09-22 1995-04-07 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザおよびその製造方法
US5379312A (en) * 1993-10-25 1995-01-03 Xerox Corporation Semiconductor laser with tensile-strained etch-stop layer
JP3316062B2 (ja) * 1993-12-09 2002-08-19 株式会社東芝 半導体発光素子
JP3135109B2 (ja) * 1995-10-02 2001-02-13 シャープ株式会社 半導体発光素子
JPH1187831A (ja) * 1997-09-02 1999-03-30 Sony Corp 半導体発光素子、光ピックアップ装置ならびに光記録および／または再生装置
JP2002094181A (ja) * 2000-09-14 2002-03-29 Sony Corp 半導体レーザ素子及びその作製方法
US6911229B2 (en) * 2002-08-09 2005-06-28 International Business Machines Corporation Structure comprising an interlayer of palladium and/or platinum and method for fabrication thereof
JP4262549B2 (ja) * 2003-07-22 2009-05-13 シャープ株式会社 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP4091529B2 (ja) * 2003-11-20 2008-05-28 ローム株式会社 半導体レーザ
JP2006032437A (ja) * 2004-07-12 2006-02-02 Sony Corp 半導体レーザおよびこれを用いた光装置
US8571080B2 (en) * 2009-12-02 2013-10-29 Massachusetts Institute Of Technology High efficiency slab-coupled optical waveguide laser and amplifier

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0328134A2 (de) * 1988-02-10 1989-08-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Halbleiterlaser-Vorrichtung und Herstellungsverfahren für die Halbleiterlaser-Vorrichtung

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2645055B2 (ja) * 1988-02-09 1997-08-25 株式会社東芝 ダブルヘテロウェハ及びダブルヘテロ接合型半導体レーザ装置
EP0333418B1 (de) * 1988-03-14 1994-10-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Halbleiterlaser-Vorrichtung
JP2721185B2 (ja) * 1988-07-25 1998-03-04 株式会社東芝 リブ導波路型発光半導体装置
US4961197A (en) * 1988-09-07 1990-10-02 Hitachi, Ltd. Semiconductor laser device
JPH02156522A (ja) * 1988-12-08 1990-06-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置の製造方法
JPH02254715A (ja) * 1989-03-29 1990-10-15 Toshiba Corp 化合物半導体結晶層の製造方法
JP3115006B2 (ja) * 1990-05-07 2000-12-04 株式会社東芝 半導体レーザ装置
JP2669139B2 (ja) * 1990-10-24 1997-10-27 日本電気株式会社 半導体レーザ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0328134A2 (de) * 1988-02-10 1989-08-16 Kabushiki Kaisha Toshiba Halbleiterlaser-Vorrichtung und Herstellungsverfahren für die Halbleiterlaser-Vorrichtung

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOERMANS, M.J.B. et al.: Investigation of TE and TM Polarised Laser Emission in GaInP/ AlGaInP Lasers by Growth-Controlled Strain. In. GB-Z.: Electronics Letters, Vol. 26, No. 18, 1990, S. 1438-1439 *
BOUR, D.P., SHEALY, J.R.: Organometallic Vapor Phase Epitaxial Growth of (Al¶x¶Ga¶1-x¶)¶0,5¶ In¶0,5¶P and Its Heterostrucutres. In: US-Z.: IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 24, No. 9, 1988, S. 1856-1863 *
HASHIMOTO J. et al.: Effect of strained-layer structures on the threshold current density of AlGaInP / GaIuP visible lasers. In. US-Z.: Appl. Phys. Lett., Vol. 58, No. 9, 1991, S. 879-880 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19532761A1 (de) * 1994-09-05 1996-03-07 Mitsubishi Electric Corp Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterschicht, Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterlasers und Halbleiterlaser
US5763291A (en) * 1994-09-05 1998-06-09 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Method of making semiconductor laser

Also Published As

Publication number Publication date
US5189680A (en) 1993-02-23
JP2863648B2 (ja) 1999-03-03
JPH04317385A (ja) 1992-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69025842T2 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE69735078T2 (de) Herstellungsverfahren einer Lichtemittierende Vorrichtung
DE3779775T2 (de) Halbleiterlaser mit streifenfoermiger mesa-wellenleiterstruktur und dessen herstellungsverfahren.
DE68911322T2 (de) Epitaxiales Substrat für hochintensive LEDS und Herstellungsverfahren.
DE60128134T2 (de) Gallium nitrid materialen und verfahren zur herstellung von schichten dieser materialen
DE4130536A1 (de) Laserdiode fuer sichtbares licht
DE69533276T2 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtungen
DE69532055T2 (de) Halbleitervorrichtungen sowie ihre Herstellung unter Verwendung der Kristallorientierungsabhängigheit der Datierungs
DE60014097T2 (de) Nitrid-halbleiterschichtenstruktur und deren anwendung in halbleiterlasern
DE10114029A1 (de) III-V-Halbleiter und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19504117A1 (de) Quantenverdrahtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE69020717T2 (de) Verfahren zur Herstellung von selbststabilisierten Halbleitergittern.
DE19615179B4 (de) Verfahren zur Herstellung lichtemittierender Halbleiterbauelemente mit verbesserter Stabilität
DE3873283T2 (de) Verfahren, um eine halbleitervorrichtung mit einem ungeordneten uebergitter herzustellen.
DE4412027C2 (de) Verfahren zum Herstellen einer sichtbares Licht erzeugenden Halbleiter-Laserdiode
DE19882202B4 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE69630714T2 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und deren Herstellung
DE69101123T2 (de) Halbleiterlaser zum Erzeugen sichtbaren Lichts.
DE69934075T2 (de) Halbleiterlaservorrichtung und Herstellungsverfahren
DE2653532A1 (de) Zuechtungsverfahren fuer epitaktische halbleiterschichten
DE69400533T2 (de) Halbleiterlaser und Herstellungsverfahren
DE69838841T2 (de) II-VI HALBLEITERVORRICHTUNG MIT BeTe-PUFFERSCHICHT
DE3015422A1 (de) Verfahren zur herstellung einer elektrolumineszierenden halbleiteranordnung und durch dieses verfahren hergestellte elektrolumineszierende halbleiteranordnung
DE3888575T2 (de) Lichtemittierende Vorrichtung.
DE10134181B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden Nitrid-Halbleiters

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8131 Rejection