Hintergrund der Erfindung
1. Fachgebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine rauscharme
Halbleiterlaservorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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Im allgemeinen müssen Halbleiterlaservorrichtung die in
Bildplattenabspielgeräten und anderen Einrichtungen verwendet
werden, sehr rauscharm sein. Halbleiterlaservorrichtung, die die
Erscheinung der Selbstpulsation nutzen, werden oft verwendet.
Wenn die Erscheinung der Selbstpulsation zur Anwendung kommt,
besitzt das Schwingungsspektrum Mehrfachwingungsarten.
Darüberhinaus wird die Spektralbandbreite jeder Längsschwingungsart
größer und dadurch werden die Eigenschaften der Rauscharmut
erhalten.
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Fig. 11 zeigt eine konventionelle Halbleiterlaservorrichtung.
Bei dieser Halbleiterlaservorrichtung weist die aktive Schicht
eine Quantenstruktur auf, um den Schwellenstrom der Schwingung
zu verringern. Die Halbleiterlaservorrichtung kann wie folgt
hergestellt werden. Auf die Ebene eines n-GaAs-Substrates 91
werden nacheinander eine n-GaAs-Pufferschicht 92, eine n-AlGaAs-
Überzugsschicht, eine AlGaAs-Lichtleitschicht 94 mit graduiertem
Index, eine aktive Quantenschicht 95, eine AlGaAs-
Lichtleitschicht 96 mit graduiertem Index, eine
p-AlGaAs-Überzugsschicht 97 und eine p-GaAs-Deckschicht 98 durch
Molekularstrahlepitaxie aufgewachsen. Die Al-Mol-Anteile in den
Lichtleitschichten 94 und 96 mit abgestuftem Index können sich zur
aktiven Schicht hin allmählich verringern.
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Als nächstes werden die p-AlGaAs-Überzugsschicht 97 und die p-
GaAs-Deckschicht 98 einer photolithografischen Behandlung
unterzogen, um mit Hilfe einer reaktiven Ionenstrahl-Ätztechnik
einen streifenförmigen Rippenteil 82 (Breite W&sub1; = 3 um) zu
bilden. Dann wird eine SiNx-Isolierschicht 99 auf der gesamten
Oberfläche der P-AlGaAs-Überzugsschicht 97 und auf den
seitlichen Stirnflächen der p-GaAs-Deckschicht 98 gebildet. Danach
werden eine p-Elektrode 80 und eine n-Elektrode 81 auf der
oberen Fläche der p-GaAs-Deckschicht 98 bzw. auf der rückseitigen
Fläche des n-GaAs-Substrates 91 gebildet. Daraus ergibt sich die
Halbleiterlaservorrichtung.
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Bei dieser Halbleiterlaservorrichtung wird die Differenz im
effektiven Brechungsindex zwischen dem Bereich unterhalb des
streifenförmigen Rippenteils 82 und den daran angrenzenden
Bereichen gering, weil die Summe der Dicken d der
p-AlGaAs-Überzugsschicht 97 und der AlGaAS-Lichtleitschicht 96 mit
graduiertem Index an beiden Seiten des streifenförmigen Rippenteils auf
einen großen Wert festgesetzt ist. Weiterhin kann der
Schwellenstrom der Schwingung verringert werden, weil die aktive Schicht
eine Quantenquellstruktur aufweist. Weil jedoch der
Indexleitmechanismus bei dieser Halbleiterlaservorrichtung schwach ist,
sind die Kennwerte des erhaltenen Laserstrahls gleich denen
eines Laserstrahls, der durch einen Verstärkungsleitmechanismus
ausgestrahlt wird. Daher ist der Grad des Astigmatimus extrem
hoch, größer als 30 um.
Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegende Erfindung wird eine
Halbleiterlaservorrichtung vorgesehen, bestehend aus einem Halbleitersubstrat und
einer Mehrschichtkristallstruktur auf dem Substrat, wobei die
Mehrschicht-Kristallstruktur eine erste Überzugsschicht, eine
aktive Quantenschicht für die Laserschwingung und eine zweite
Überzugsschicht mit einem streifenförmigen Rippenteil für die
Strominjektion enthält und die Halbleiterlaservorrichtung eine
Facette an einem und eine Facette am anderen Ende aufweist;
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in der die Differenz des effektiven Brechungsindexes zwischen
einem Bereich unterhalb des streifenförmigen Rippenteils und den
anderen an diesen Bereich angrenzenden Bereichen in einer oder
mehreren ersten Flächen größer ist, als in einer zweiten Fläche,
wobei die erste Fläche oder jede der ersten Flächen an eine der
Facetten bzw. an die jeweilige der Facetten angrenzt.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Dicke der zweiten
Überzugsschicht außerhalb des streifenförmigen Rippenteils in
einer oder mehreren ersten Flächen kleiner als in der zweiten
Fläche.
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In noch einer bevorzugten Ausführung ist die Breite des
streifenförmigen Rippenteils in einer oder mehreren ersten Flächen
größer als in der zweiten Fläche.
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In noch einer bevorzugten Ausführung besteht die o.g.
Halbleiterlaservorrichtung weiterhin aus einer auf dem streifenförmigen
Rippenteil ausgebildeten Deckschicht, in der die Dicke der
Deckschicht in einer oder mehreren der ersten Flächen kleiner als in
der zweiten Fläche und die Entfernung zwischen der aktiven
Schicht und der Deckschicht über den gesamten streifenförmigen
Rippenteil konstant ist.
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Somit ist der Gegenstand der hierin beschriebenen Erfindung
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(1) eine Halbleiterlaservorrichtung mit
Raumscharmutseigenschaften, mit einem geringen Schwellenstrom und einem kleinen
Grad von Astigmatismus und (2) eine Halbleiterlaservorrichtung
vorzusehen, die leicht herzustellen ist, obwohl sie
Rauscharmutseigenschaften, geringen Schwellenstrom und einen kleinen
Grad von Astigmatismus aufweist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen besser verständlich und ihre zahlreichen
Ziele und Vorteile werden Fachleuten besser vor Augen geführt.
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Fig. 1a ist eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen
Halbleiterlaservorrichtung.
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Fig. 1b und 1c sind Schnitte durch die Hauptlaserflächen bzw.
die Schwingungsartstabilisierungsfläche der
Halbleiterlaservorrichtung von Fig. 1a.
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Fig. 1d ist eine Ansicht von oben auf die Fläche, auf der bei
der Herstellung der Halbleiterlaservorrichtung gemäß Fig. 1a die
Resistmaske gebildet wird.
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Fig. 2a und 2b sind Teilschnitte, die das Verhältnis zwischen
der Strominjektionsbreite und der Fleckgröße des ausgesendeten
Lichtes in der Halbleiterlaservorrichtung von Fig. 1a zeigen.
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Fig. 3a und 3b sind schematische Darstellungen der
Lichtstärkeverteilungen in der Hauptlaserfläche bzw. in der
Schwingungsartstabilisierungsfläche der Halbleiterlaservorrichtung
nach Fig. 1a.
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Fig. 4 a zeigt eine andere Halbleiterlaservorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung von oben.
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Fig. 4b und 4d sind Schnitte, die die Schnittkonfigurationen in
der Hauptlaserfläche bzw. in der
Schwingungsartstabilisierungsfläche der Halbleiterlaservorrichtung nach Fig. 4 a zeigen.
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Fig. 4c und 4e sind schematische Darstellungen der
Lichtstärkeverteilungen in der Hauptlaserfläche bzw. in der
Schwingungsartstabilisierungsfläche der Halbleiterlaservorrichtung
nach Fig. 4a.
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Fig. 5a und 5b sind Schnitte, die die Schnittkonfigurationen der
Hauptlaserfläche bzw. der Schwingungsartstabilisierungsfläche
einer anderen Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen.
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Fig. 6 ist eine Ansicht, die eine weitere
Halbleiterlaservorrichtung von oben zeigt.
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Fig. 7a und 7b sind Schnitte, die die Schnittkonfigurationen in
der Hauptlaserfläche bzw. in der
Schwingungsartstabilisierungsfläche einer noch anderen Halbleiterlaservorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigen.
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Fig. 8a bis 8d sind Teilschnitte, die die Herstellung der
Halbleiterlaservorrichtung gemäß Fig. 7a und 7b zeigen.
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Fig. 9a und 9b sind Schnitte, die die Schnittkonfigurationen der
Hauptlaserfläche bzw. der Schwingungsartstabilisierungsfläche
einer anderen Halbleiterlaservorrichung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigen.
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Fig. 10 ist eine Ansicht, die die Fläche zeigt, in der bei der
Herstellung der Halbleiterlaservorrichtung gemäßn Fig. 9a und 9c
die Resistmaske gebildet wird.
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Fig. 11 ist ein Schnitt durch eine konventionelle
Halbleiterlaservorrichtung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Beispiel 1
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Fig. 1a zeigt eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem
vorliegenden Beispiel. Die Fig. 1b zeigt eine Schnittkonfiguration der
Vorrichtung in der Hauptlaserfläche 13 innerhalb der Facette.
Fig. 1c zeigt eine Schnittkonfiguration der Vorrichtung in der
Schwingungsartstabilisierungsfläche 14 nahe der Facette. Diese
Halbleiterlaservorrichtung wurde wie folgt hergestellt. Auf der
Ebene eines n-GaAs-Substrates 1 wurden mittels
Molekularstrahlepitaxie eine n-GaAs-Pufferschicht 2 (0,5 um dick), eine erste n-
Al0,5Ga0,5As-Überzugsschicht 3 (1,2 um dick),
eineAlxGa1-xAs-Lichtleitschicht 4 mit graduiertem Index (0,15 um dick; x = 0,5 bis
0,3), eine aktive Al0,1Ga0,8As-Quantenschicht 5 (0,01 um dick),
eine AlxGa1-xAs-Lichtleitschicht 6 (0,15 um dick); x = 0,3 bis
0,5), eine zweite p-Al0,5Ga0,5As-Überzugsschicht 7 (1,2 um dick)
und eine p-GaAs-Deckschicht 8 (0,5 um dick) nacheinander
aufgewachsen. Die Al-Mol-Anteile in den Lichtleitschichten mit den
graduierten Indices konnten sich in Richtung der aktiven Schicht
5 allmählich von 0,5 auf 0,3 verringern.
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Als nächstes wurden die Resistmaskenstreifen mit einer Breite W&sub1;
parallel zueinander auf der p-GaAs-Deckschicht 8 gebildet. Die
Teilung zwischen den Streifen entspricht der Breite W der
herzustellenden Halbleiterlaservorrichtung. Danach wurden die zweite
Überzugsschicht 7 und die Deckschicht 8 in allen Flächen, außer
in den Streifenflächen mit einer Breite W&sub1; mittels einer
reaktiven Ionenstrahl-Ätztechnologie geätzt. Diese Ätztechnologie
reduzierte die kombinierte Dicke d&sub0; der Lichtleitschicht 6 und
der zweiten Überzugsschicht 7 bis auf 0,55 um. Der
streifenförmige Rippenteil 12 wurde so gebildet, daß seine Breite W&sub1; auf der
Seite, die der aktiven Schicht 5 am nächsten lag, 2,5 um
beträgt. Die Resistmaskenstreifen wurden dann entfernt und auf dem
streifenförmigen Rippenteil 12 und der Oberfläche der zweiten
Überzugsschicht 7 auf der Fläche, die der Hauptlaserfläche 13
entspricht, wurde eine neue Resistmaske gebildet. Unter Annahme
einer Resonatorlänge L und einer Tiefe in Resonatorrichtung der
Schwingungsstabilisierungsfläche in der in Fig. 1c gezeigten
Schnittkonfiguration von r, wurde die neue Resistmaske in der
Fläche der Länge 2L - 2r zwischen den streifenförmigen
Rippenteilen 12 gebildet, wie durch die Schraffur in Fig. 1d gezeigt
ist. Die Teilung der Flächen 2L-2r beträgt 2L. Bei diesem
Beispiel betrug r = 30 mu und L = 250 um.
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Als nächstes wurde eine reaktive Ionenstrahl-Ätztechnologie
angewendet, um die zweite Überzugsschicht 7 so zu ätzen, daß die
kombinierte Dicke d&sub1; dieser Schichten in der Fläche, in der die
vorhergehenden Resistmasken nicht gebildet wurden, 0,25 um
betrug. Daraus ergaben sich die streifenförmigen Rippenteile 12a
und 12b.
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Nach der Bildung der streifenförmigen Rippenteile 12a und 12b
wurde die Resistmaske beseitigt. Darauf wurde die
SiNx-Isolierschicht 9 über die gesamte Oberfläche der zweiten
Überzugsschicht 7 und der Deckschicht 8 als eine Isolierschicht mittels
chemischer Plasmadampfablagerung (CVD) gebildet. Die
SiNx-Isolierschicht 9 auf der oberen Stirnfläche der streifenförmigen
Teile 12a und 12b wurde selektiv mittels Photolitografie
beseitigt. Danach wurden eine p-Elektrode 10 und eine n-Elektroder 11
auf der oberen Stirnfläche der Deckschicht 8 bzw. auf der
rückseitigen Stirnfläche des Substrates 1 gebildet. Abschließend
wurde der Wafer mittels eines Spaltverfahrens in Chips
aufgeteilt, um die Halbleiterlaservorrichtungen zu erzeugen.
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Die Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels besitzt eine
Quanten-Quell-Struktur in der aktiven Schicht 5 und weist
weiterhin eine separate Begrenzungs-Hexterostruktur (GRIN-SCH) auf,
in der die Lichtleitschichten 4 und 6 mit graduiertem Index auf
jeder Seite der aktiven Schicht 5 gebildet werden, so daß der
Schwingungs-Schwellenstrom reduziert wird.
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Bei der Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels tritt
Selbstpulsation in der Hauptlaserfläche 13 wie folgt auf. Der
Strom wird vom Rippenteil 12a durch die zweite Überzugsschicht
7 und die Lichtleitschicht 6 in die aktive Schicht 5 injiziert.
Da die kombinierte Dicke der Lichtleitschicht 6 und der zweiten
Überzugsschicht 7 etwa 0,55 um beträgt, breitet sich der Strom
relativ wenig aus, so daß die Breite der Strominjektion in die
aktive Schicht 5 (d.h. die Breite, die Verstärkung erzeugt) fast
gleich der Breite W&sub1; des Strominjektionsweges des Rippenteils 12
a ist (d.h. die Breite, in der der Strom auf der Seite des
Rippenteils 12a austritt, die der aktiven Schicht 5 am nächsten
liegt). Wenn die aktive Schicht 5 mit der gleichen Dicke
gebildet wurde, wie bei einer konventionellen
Halbleiterlaservorrichtung mit Doppel-Heterostruktur, könnte keine Reduzierung des
Schwingungs-Schwellenstromes, wie bei einer
Quanten-Quell-Struktur, erreicht werden. Darüberhinaus ist die Differenz Δn des
effektiven Brechungsindexes zwischen dem Bereich unterhalb des
Rippenteils 12a und den daran angrenzenden Bereichen äußerst
gering (etwa 1 x 10&supmin;³ in diesem Beispiel), weil die kombinierte
Dicke der Lichtleitschicht 6 und der zweiten Überzugsschicht 7
mit Ausnahme des Rippenteils 12a etwa 0,55 um beträgt. Daher
ist, wenn der Träger in die aktive Schicht 5 zwecks einer
Laserschwingung injiziert wird, die Differenz des effektiven
Brechungsindexes zwischen dem Bereich unterhalb des Rippenteils 12a
und den daran angrenzenden Bereichen im wesentlichen durch die
Reduzierungswirkung des Brechungsindexes auf Grund des Trägers
eliminiert. Somit ist die Begrenzung des Lichtes auf den Bereich
unterhalb des Rippenteils 12a äußerst gering. Die Reduzierung
des Brechungsindexes auf Grund dieser Trägerinjektion wird durch
die Trägerdichte bestimmt, die für die Laserschwingung
erforderlich ist. Die für die Laserschwingung erforderliche Trägerdichte
variiert in Abhängigkeit von der Struktur nahe der aktiven
Schicht, der Resonatorlänge, des Reflexionsvermögens der
Facetten und anderer Faktoren. Es hat sich bestätigt, daß, wenn die
Differenz des effektiven Brechungsindexes zwischen dem Bereich
des Rippenteils 12a und den daran angrenzenden Bereichen 1
x 10&supmin;&sup4;
bis 5 x 10&supmin;³ beträgt, die Differenz im effektiven Brechungsindex
dazwischen bei Betrieb des Lasers äußerst gering wird. Daraus
ergibt sich Selbstpulsation. Das ist auch aus der Tatsache
verständlich, daß die Reduzierung des Brechungsindexes auf Grund
der Trägerinjektion bei einer konventionellen
Halbleiterlaservorrichtung etwa 1 bis 2 x 10&supmin;³ beträgt (H.C. Casey. Jr., M.B.
Panish, in Heterostrukturlaser, S. 31). Da der Leitmechanismus
schwach und die Lichtabsorption in der aktiven Schicht 5 gering
ist, wird die Lichtverteilungsbreite größer als die Breite, in
der der Strom in die aktive Schicht injiziert wird. Bei einer
konventionellen Halbleiterlaservorrichtung mit der in der Fig.
1b gezeigten Schnittkonfiguration über die gesamte Länge des
Resonators, hat es sich bestätigt, daß die Lichtverteilungsbreite
5 bis 6 um betrug, d.h. etwa das Doppelte der Breite des
streifenförmigen Rippenteils 12a. In einem Falle, in dem die
Breite der Verstärkungsfläche und die Lichtverteilungsfläche
stark differieren, treten durch die Wechselwirkung von Träger
und Licht in der Schwingungsfläche Schwankungen in der
Trägerdichte und in der Lichtverteilung auf. Das führt zu einer
Selbstpulsation.
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Wenn die Breite der Strominjektion größer ist als die
Lichtverteilungsbreite, wird der Lichtleitmechanismus durch die
Selbstfokussierung stärker, so daß die Lichtverteilungsbreite nicht
größer wird, daher muß die Strominjektionsbreite geringer sein
als die Lichtverteilungsbreite.
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Die Strominjektionsbreite ist, mit Ausnahme des Rippenteils 12a,
hauptsächlich von der Trägerdichte n der zweiten Überzugsschicht
7 und von der kombinierten Dicke d&sub0; der Lichtleitschicht 6 und
der zweiten Überzugsschicht 7 abhängig. Das bedeutet, daß die
Stromausbreitung kleiner wird, wenn sowohl die Trägerdichte n
als auch die kombinierte Dicke d&sub0; kleiner werden.
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Die Lichtverteilungsausbreitung ist, mit Ausnahme des
Rippenteils 12a, hauptsächlich von der kombinierten Dicke d&sub0; der
Lichtleitschicht 6 und der zweiten Überzugsschicht 7 abhängig.
Wenn die Dicke d&sub0; größer wird, wird das Verhältnis der
kombinierten Dicke der Lichtleitschicht 6 und der zweiten
Überzugsschicht 7, einschließlich des Rippenteils 12a, zur kombinierten
Dicke d&sub0; der Lichtleitschicht 6 und der zweiten Überzugsschicht
7, mit Ausnahme des Rippenteils 12a, größer. Daraus ergibt sich
ein kleinere Differenz Δn des effektiven Brechungsindexes
zwischen dem Bereich unterhalb des Rippenteils 12a und den daran
angrenzenden Bereichen. Wenn die Differenz Δn des effektiven
Brechungsindexes in einem bestimmten Maße klein wird, wird der
Lichtleitmechanismus deutlich schwach und die
Lichtverteilungsausbreitung wird sofort größer.
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Daher sollte die Dicke d&sub0; gering sein, um eine kleine
Strominjektionsbreite zu erreichen und die Dicke d&sub0; sollte groß sein, um
eine große Lichtverteilungsausbreitung zu erreichen. Das
bedeutet, daß es einen Bereich für die optimale Dicke d&sub0; gibt, um
diesen beiden Forderungen zu genügen. Es hat sich bestätigt, daß
eine Dicke d&sub0; von 0,2 bis 0,8 um wünschenswert ist. Es hat sich
weiterhin bestätigt, daß Selbstpulsation erreicht werden kann,
wenn die Differenz Δn des effektiven Brechungsindexes im Bereich
von 1 x 10&supmin;&sup4; bis 5 x 10&supmin;³ liegt. Bei diesem Beispiel ist es
günstig, wenn die Trägerdichte n der zweiten Überzugsschicht 7
gleich oder kleiner als 1 x 10¹&sup8;cm&supmin;³ ist.
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Die Breite W&sub1; für den Stromaustritt aus dem Rippenteil 12a (d.h.
die Breite des Strominjektionsweges) beeinflußt die Breite der
Strominjektion in der aktiven Schicht und ist ein wichtiger
Faktor bei der Erreichung von Selbstpulsation. Wie in Fig. 2a
und 2b gezeigt ist, ist die Breite, in der der Strom tatsächlich
in die aktive Schicht 5 injiziert wird, durch W&sub1; + 2Wc
dargestellt. Wc ist die Breite, in der sich der Strom auf der einen
Seite ausbreitet, während er die Lichtleitschicht 6 und die
zweite Überzugsschicht 7 mit der kombinierten Dicke d&sub0; passiert.
In gleicher Weise wird die Lichtverteilung durch W&sub1; + 2W&sub0;
dargestellt. W&sub0; ist die Breite, in der sich die Lichtverteilung auf
der einen Seite von der Breite W&sub1; des Strominjektionsweges
ausbreitet. Wie man aus einem Vergleich von Fig. 2a und 2b erkennen
kann, ändern sich die Breiten Wc und W&sub0; , auch wenn sich die
Breite W&sub1; verändert, so daß das Verhältnis der
Lichtverteilungsbreite zur Strominjektionsbreite (W&sub1; + 2W&sub0;)/(W&sub1;+ 2Wc) größer wird,
wenn W&sub1; kleiner wird. Das führt zu einer verstärkten
Wechselwirkung zwischen Träger und Licht. Daher gilt, je kleiner die
Breite W&sub1; des Strominjektionsweges, desto vorteilhafter ist das für
das Erreichen von Selbstpulsation. Mit anderen Worten, es ist
günstig die Strom-injektionsbreite W&sub1; des Rippenteils 12 in dem
Maße klein zu machen, wie das keine übermäßig negative Einflüsse
auf andere Kennwerte der Halbleiterlaservorrichtung zeigt. Bei
der Halbleiterlaservorrichtung dieses Beispiels hat es sich
bestätigt, daß es günstig ist, daß der W&sub1;-Wert 0,5 bis 4 um
beträgt.
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Beim vorliegenden Beispiel ist der Indexleitmechanismus der
Hauptlaserfläche 13, die in Fig. 1b gezeigt ist, äußerst
schwach. Bei einer konventionellen Halbleiterlaservorrichtung
mit der in Fig. 1b gezeigten Schnittstruktur über die gesamte
Länge des Resonators tritt das Problem des Astigmatismus auf,
das bei einer Halbleiterlaservorrichtung mit einer
Indexleitstreifenstruktur nicht anzutreffen ist. Um den Grad des
Astigmatismus bei diesem Beispiel klein zu gestalten, wird innerhalb
30 um tief von der Facette, wie in Fig. 1c gezeigt ist, die
kombinierte Dicke d&sub1; der Lichtleitschicht 6 und der zweiten
Überzugsschicht 7, mit Ausnahme des Rippenteils 12a, auf etwa
0,25 um vergrößert. Wie vorher erläutert wurde, hat der
Injektionsträger eine Reduzierwirkung auf den Brechungsindex während
des Laserbetriebes. Weil jedoch die Dicke der zweiten
Überzugsschicht 7, mit Ausnahme des streifenförmigen Rippenteils 12a, in
Facettennähe gering ist, kann eine große Differenz im effektiven
Brechungsindex aufrechterhalten werden. Die Differenz des
effektiven Brechungsindexes, die erforderlich ist, um die
Reduzierwirkungen des Brechungsindexes zu vermeiden, differiert je
nach struktur der Halbleiterlaservorrichtung. Sie ist gleich
oder größer als 1 x 10&supmin;³ und typischerweise 5 x 10&supmin;³ bis 1 x 10&supmin;².
Unter Verwendung einer solchen Konfiguration kann der
Indexleitmechanismus nur in der Schwingungsartstabilisierungsfläche 14
nahe der Fascette verstärkt werden und der Grad des
Astigmatismus kann kleiner gehalten werden.
Beispiel 2
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Bei der Konfiguration des vorhergehenden Beispiels können selbst
dann noch andere Probleme auftreten, wenn der Grad des
Astigmatismus kleiner gehalten werden kann. Fig. 3a und 3b zeigen die
Lichtstärkeverteilungen in der Hauptlaserfläche 13 bzw. in der
Schwingungsartstabilisierungsfläche 12. Wegen der großen Dicke
der zweiten Überzugsschicht 7 in der Hauptlaserfläche 13, wird
die Lichtverteilungsausbreitung größer, wie in Fig. 3c gezeigt
wird, und vergrößert sich auf eine Breite von 5 bis 6 um, wie
bereits vorher bemerkt wurde. In der
Schwingungsartstabilisierungsfläche 14 wird jedoch wegen der geringen
Dicke der zweiten Überzugsschicht 7 die
Lichtverteilungsausbreitung kleiner, 2,5 bis 3 um, wie in Fig. 3b gezeigt ist. Da die
Schwingungsart des Wellenleiterlichtes in diesem beiden Flächen
differiert, tritt auf Grund des Schwingungsartunterschiedes an
der Schnittstelle zwischen den beiden Flächen ein Verlust auf.
Dieser Verlust bewirkt eine Erhöhung des
Schwingungs-Schwellenstromes. Der Schwingungs-Schwellenstrom der in Fig. 1a bis 1c
gezeigten Halbleiterlaservorrichtung ist 10 bis 20 mA größer als
der Schwingungs-Schwellenstrom einer konventionellen
Halbleiterlaservorrichtung mit der in Fig. 1b gezeigten
Schnittkonfiguration über die gesamte Fläche in
Resonatorrichtung. Dieser Anstieg des Schwingungs-Schwellenstromes wird
größer, wenn die aktive Schicht eine Quanten-Quell-Struktur
aufweist, verbunden mit einer separaten Begrenzungs-Heterostruktur
(GRIN-SCH) oder SCH mit graduiertem Index.
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Fig. 4a ist eine Ansicht einer anderen
Halbleiterlaservorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung von oben. Fig. 4b und 4d
sind Schnitte entlang den Linien B-B bzw. D-D von Fig. 4a, die
die Hauptlaserfläche 13 und die
Schwingungsartstabilisierungsfläche 14 zeigen. Diese Halbleiterlaservorrichtung wurde wie
folgt hergestellt. Auf die Ebene eines n-GaAs-Substrates 1
wurden mittels Molekularstrahlepitaxie aufeinanderfolgend eine n-
GaAs-Pufferschicht 2 (etwa 1 um dick), eine erste
n-AlGaAs-Überzugsschicht 3 (1,2 um dick), eine AlGaAs-Lichtleitschicht 4 mit
graduiertem Index (0,2 um dick), eine aktive AlGaAs-
Quantenquellschicht 5 (7 nm (70 Å) dick), eine
AlGaAs-Lichtleitschicht 6 mit graduiertem Index (0,2 um dick), eine zweite p-
AlGaAs-Überzugsschicht 7 (1,2 um dick) und eine
p-GaAs-Deckschicht 8 (0,6 um dick) aufgewachsen. Die Al-Mol-Anteile der
Lichtleitschichten 4 und 6 konnten sich allmählich in Richtung
zur aktiven Schicht 5 hin verringern.
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Als nächstes wurden die streifenförmigen Rippenteile 12a und
12b, die als Strominjektionsweg dienen, mit Hilfe der
Photolitografie gebildet. Um die streifenförmigen Rippenteile 12a und
12b in der Form zu bilden, wie sie in Fig. 4b bzw. 4d
dargestellt ist, wurde eine Fotoresistmaske in zwei abwechselnden
Flächen mit der Länge 2L - 2r und der Breite W&sub1; und der Länge 2r
und der Breite W&sub2; mit der Teilung 2L gebildet, so daß 1,5W&sub2; ≤ W&sub2;
≤ 4W&sub1;. Hierin ist L die Resonatorlänge der
Halbleiterlaservorrichtung und r ist die Tiefe in Resonatorrichtung der
Schwingungsartstabilisierungsfläche 14. Bei diesem Beispiel wurde die
Breite W&sub1; auf einen Wert von etwa 2,5 um festgelegt und die
Breite W&sub2; auf einen Wert von etwa 6 um. Die zweite
Überzugsschicht 7 und die Deckschicht 8 wurden dann in allen Flächen,
mit Ausnahme der vorher genannten abwechselnden Streifenflächen,
nach einer reaktiven Ionenstrahlätztechnik
geätzt, um die Rippenteile 12a und 12b zu bilden. Dieses Ätzen
veringerte die kombinierte Dicke d&sub0; der Lichtleitschicht 6 und
der zweiten Überzugsschicht 7 auf etwa 0,55 um. Eine zusätzliche
Fotoresistmaske wurde an beiden Seiten der Fläche mit der Länge
2L - 2r und der Breite W&sub1; gebildet, wo die vorhergehende
Fotoresistmaske
bereits gebildet war. Darauf wurde ein reaktives
Ionenstrahlätzen durchgeführt, so daß die kombinierte Dicke d&sub1; der
Lichtleitschicht 6 und der zweiten Überzugsschicht 7 auf beiden
Seiten der Fläche mit der Länge 2r und der Breite W&sub2; 0,25 um
wurde. Dann wurde die Fotoresistmaske entfernt und durch Plasma
CVD (chemische Aufdampfung) wurde eine SiNx-Isolierschicht 9
gebildet. Die SiNx-Schicht 9 auf der oberen Stirnfläche der
Rippenteile 12a und 12b wurde durch Photolitografie oder eine
ähnliche Technik entfernt. Die Gesamtdicke des Wafers wurde dann
durch Polieren der rückseitigen Stirnfläche des Substrates 1 auf
einen Wert von etwa 100 um gebracht und eine p-Elektrode 10
sowie eine n-Elektrode 11 wurden auf der oberen Stirnfläche der
Deckschicht 8 bzw. auf der rückseitigen Stirnfläche des
Substrates 1 gebildet. Der Wafer wurde dann durch Spalten in Chips mit
einer Länge L unterteilt. Die Trennung erfolgt in der Mitte der
Fläche mit einer Länge 2r und der Fläche mit einer Länge 2L
- 2r. In der auf diese Weise hergestellten
Halbleiterlaservorrichtung wird die Fläche mit dem streifenförmigen Rippenteil 12b mit
der Länge r und der Breite W&sub2; zur
Schwingungsartstabilisierungsfläche 14 und die Fläche mit dem streifenförmigen Rippenteil 12a
mit der Länge L - r und der Breite W&sub1; wurde zur Hauptlaserfläche
13.
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In der in der Fig. 4b gezeigten Hauptlaserfläche 13 ist die
kombinierte Dicke d&sub0; der Lichtleitschicht 6 und der zweiten
Überzugsschicht 7, mit Ausnahme des Rippenteils 12a, groß, so
daß die Differenz des effektiven Brechungsindexes zwischen dem
Bereich unterhalb des Rippenteils 12a und den daran angrenzenden
Bereichen klein ist. Daher wird der Lichtleitmechanismus schwach
und die Lichtverteilungsausbreitung ist groß. Die Breite W&sub1; des
Rippenteils 12a ist kleiner als die Lichtverteilungsbreite, so
daß, wie in der Fig. 4c gezeigt, die Lichtverteilungsbreite
größer wird als die Breite, die durch die Verstärkung in der
aktiven Schicht 5 erhalten wird. Die Halbleiterlaservorrichtung
dieses Beispiels erlangt, wie vorher beschrieben,
Selbstpulsation.
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Bei diesem Beispiel ist die kombinierte Dicke d&sub1; der
Lichtleitschicht 6 und der zweiten Überzugsschicht 7, mit Ausnahme des
Rippenteils 12b in der Schwingungsartstabilisierungsfläche 14
klein, so daß die Differenz des effektiven Brechungsindexes
zwischen dem Bereich unterhalb des Rippenteils 12b und den daran
angrenzenden Bereichen groß ist. Wenn die Differenz des
effektiven Brechungsindexes großer wird, wird der Indexleitmechanismus
stärker, so daß der Grad des Astigmatismus kleiner gehalten
werden kann. Weiter wird, da die Breite W&sub2; des Rippenteils 12b
groß gemacht wird und die Dicke der zweiten Überzugsschicht 7 im
Rippenteil 12b auf einen entsprechend großen Wert festgesetzt
wurde, die Lichtverteilung in der
Schwingungsartstabilisierungsfläche 14 nicht kleiner und ist etwa gleich der Lichtverteilung
in der in Fig. 4e dargestellten Hauptlaserfläche 13. Daher wird
der Verlust auf Grund einer Differenz in den
Lichtschwingungsarten zwischen der Hauptlaserfläche 13 und der
Schwingungsartstabilisierungsfläche 14 fast vollständig aufgehoben. Auf diese
Weise kann der Grad des Astigmatismus klein gehalten werden,
während der Schwingungs-Schwellenstrom gering ist. Das
Verhältnis zwischen der Breite W&sub1; des Rippenteils 12a und der Breite W&sub2;
des Rippenteils 12b beträgt vorzugsweise 1,5W&sub1; ≤ W&sub2; ≤ 4W&sub1;. Wenn
W&sub2;kleiner ist als 1,5W&sub1;, besitzt eine Veränderung der Breite des
Rippenteils keine Wirkung. Wenn W&sub2;größer ist als 4W&sub1;, tritt
sofort eine Verbreitung einer Schwingungsart höherer Ordnung auf
und es kann keine gute Strahlform erhalten werden.
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Bei diesem Beispiel betrug der Schwingungs-Schwellenstrom 10 bis
15 mA und der Grad des Astigmatismus war kleiner als 3 um.
Beispiel 3
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Fig. 5a und 5b zeigen Schnittkonfigurationen in der
Hauptlaserfläche bzw. in den Schwingungsartstabilisierungsfläche einer
anderen Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung.
Die Halbleiterlaservorrichtung wurde wie folgt
hergestellt. Auf der Ebene eines n-GaAs-Substrates 1 wurden eine n-
GaAs-Pufferschicht 2, eine erste n-AlGaAs-Überzugsschicht 3,
eine aktive AlGaAs-Mehrfach-Quantenquell-Schicht 15
(Quellschicht 10 nm (100 Å) dick, 5 Schichten; Grenzschicht: 3,5 nm
(35 Å) dick, 4 Schichten), eine zweite p-AlGaAs-Überzugsschicht
7 und eine p-GaAs-Deckschicht 8 nacheinander durch
Molekularstrahlepitaxie aufgewachsen. Beim vorliegenden Beispiel wurde
die zweiten Überzugsschicht 7 mit Bereichen unterschiedlicher
Dicke durch das Ausbilden von zwei Nuten 16 auf jeder Seite der
Rippenteile 12a und 12b gebildet. Die Bereiche außerhalb der
Nuten 16 wurden nicht entfernt. Die Breite der beiden Nuten
wurde gering gehalten und die Nuten wurden tief ausgeführt, um
die in Fig. 5b dargestellte Schnittkonfiguration in beiden
Schwingungsartstabilisierungsflächen nahe den Facetten zu
erhalten. Nach dem Bilden einer SiNx-Isolierschicht 9 wurde eine p-
Elektrode 10 und eine n-Elektrode 11 auf der oberen Stirnfläche
der Rippenteile 12a und 12b bzw. auf der rückwärtigen
Stirnfläche des Substrates 1 gebildet. Bei Belassung der Fläche
außerhalb der Nuten 16, wie vorher beschrieben, kann die Oberfläche
gegenüber der Seite des Substrates 1 als Montagefläche verwendet
werden. Eine Montage in dieser Weise ergibt bessere
Strahlungskennwerte und die Ausgangleistungskennwerte sowie die
Zuverlässigkeit werden verbessert.
Beispiel 4
-
Fig. 6 ist ein Ansicht von oben auf eine noch andere
Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die
Schnittkonfigurationen in der Hauptlaserfläche 13 und in der
Schwingungsartstabilisierungsfläche 14 dieser
Halbleiterlaservorrichtung sind die gleichen, die in Fig. 4b bzw. 4d gezeigt
wurden. Beim vorliegenden Beispiel wird zwischen den beiden
Flächen 13 und 14 eine Zwischenfläche 17 mit einer
Schnittkonfiguration vorgesehen, die sich allmälich von der
Schnittkonfiguration
der Hauptlaserfläche 13 zu der der
Schwingungsartstabilisierungsfläche 14 verändert. Die Existenz der
Zwischenfläche 17 macht den Übergang von der Lichtschwingungsart in der
Hauptlaserfläche 13 zu der Schwingungsart in der
Schwingungsartstabilisierungsfläche 14 weich.
Beispiel 5
-
Bei der Herstellung der Halbleiterlaservorrichtung gemäß Fig. 1a
mußte die Bildung der Resistmaske genau in der schraffierten
Fläche der Fig. 1d erfolgen. Die in der
Schwingungsartstabilierungsfläche 14 nahe der Facette gebildete Resistmaske, die
teilweise zum Rippenteil 12b wurde, mußte besonders präzise
positioniert werden. Wenn diese Positionierung nicht genau ausgeführt
wird, wird die Form des Rippenteils 12a verformt, die
Halbleiterlaserkennwerte werden negativ beeinflußt und der
Produktionsausstoß sinkt ebenfalls. Um die Position der Resistmaske genau
zu steuern, muß die Photomaske, die bei der Bildung der
Resistmaske verwendet wird, genau positioniert werden. Da die
Photomaske mit hoher Genauigkeit positioniert werden muß, ist das
Verfahren äußerst kompliziert.
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Fig. 7a und 7b sind Schnitte, die Schnittkonfigurationen in der
Hauptlaserfläche bzw. in der Schwingungsartstabilisierungsfläche
einer noch anderen Halbleiterlaservorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigen, welche die vorher erwähnten Probleme
löst. Die Halbleiterlaservorrichtung wurde wie folgt
hergestellt. Auf die Ebene eines n-GaAs-Substrates 1 wurden
nacheinander mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie eine
n-GaAs-Pufferschicht 2 (1 um dick), eine erste n-AlGaAs-Überzugsschicht 3
(1,2 um dick), eine AlGaAs-Lichtleitschicht 4 mit graduiertem
Index (0,2 um dick), eine Einzel-AlGaAs-Quanten-Quellschicht 5
(7 nm (70 Å) dick), eine AlGaAs-Lichtleitschicht 6 mit
graduiertem Index (0,2 um dick), eine zweite p-AlGaAs-Überzugsschicht 7
(1,2 um dick) und eine p-GaAs-Deckschicht 8 (Dicke c&sub0; = 0,5 um)
aufgewachsen. Die Al-Mol-Anteile in den Lichtleitschichten 4 und
6 mit graduierten Indices konnten sich in Richtung zur aktiven
Schicht 5 verringern.
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Als nächstes wurde zur Ausbildung der Rippenteile der Ätzschritt
vollzogen. Fig. 8a zeigt die Schnittkonfiguration nach
Ausführung des vorher beschriebenen Aufwachsschrittes. Die Tiefe der
Schwingungsartstabilisierungsfläche nahe der Facette bei der in
Fig. 7b dargestellten Schnittkonfiguration ist r (20 um) und die
Resonatorlänge der Halbleiterlaservorrichtung ist L (250 um).
Als erstes wurden die Resistmaskenstreifen mit der Breite 2L
- 2r auf der gesamten Oberfläche der Deckschicht 8 mit einer
Teilung von 2L gebildet. Danach wurde die Deckschicht 8 durch eine
reaktive Ionenstrahlätztechnologie geätzt, um streifenförmige
Nuten 24 mit einer Breite von 2r (40 um) und einer Tiefe c (0,3
um) zu bilden. Fig. 8b zeigt eine Schnittkonfiguration nach der
Herausbildung der Streifennuten 24. Weil die Dicke der
Deckschicht 8 0,5 um betrug, wurden die streifenförmigen Nuten 24
nur in der Deckschicht 8 gebildet. Nach dem Entfernen der
Resistmaskenstreifen wurden neue Resistmaskenstreifen mit einer
Breite W&sub1; (2 um) in rechten Winkeln zu den streifenförmigen Nuten
24 mit einer Teilung W (300 um) gebildet. Die Breite W&sub1; dieser
Resistmaskenstreifen entspricht den Breiten der Rippenteile 12a
und 12b, die später zu bilden sind. Die Teilung W ist die Breite
der hergestellten Halbleiterlaservorrichtung. Die Resistmaske,
die durch Schraffur in Fig. 1d dargestellt wird und die bei der
Herstellung der Halbleiterlaservorrichtung gemäß Fig. 1a
verwendet wurde, mußte mit genauer Positionierung gebildet werden.
Im Gegensatz dazu erfordert die Halbleiterlaservorrichtung
dieses Beispiels keine solche genaue Positionierung der
Resistmaske.
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Als nächstes wurde das Ätzen bis auf eine Tiefe, daß die zweite
Überzugsschicht 7 erreicht wird, nach einer reaktiven
Ionenstrahlätztechnologie durchgeführt. Die Rippenteile 12a und 12b
wurden durch dieses Ätzen gebildet. Fig. 8c und 8d zeigen die
Schnittkonfigurationen in Richtung des Rippenstreifens für die
Fläche, in der die Rippenteile 12a und 12b gebildet wurden bzw.
für die Fläche auf jeder Seite der Rippenteile 12a und 12b. Nach
Entfernung der Resistmaske wurde ein SiNx-Isolierschicht 9 durch
chemische Aufdampfung von Plasma (CVD) gebildet. Die
SiNx-Isolierschicht 9 auf der oberen Stirnfläche der Rippenteile 12a und
12b wurde durch Photolithografie oder eine andere Technik
entfernt. Die rückseitige Stirnfläche des Substrates 1 wurde
solange poliert, bis die Dicke des Wafers etwa 100 um betrug. Dann
wurde eine p-Elektrode 10 und eine n-Elektrode 11 auf der oberen
Stirnseite der Rippenteile 12a und 12b bzw. auf der
rückwärtigen Stirnseite des Substrates 1 gebildet. Der Wafer wurde dann
durch Spalten in Chips mit einer Länge L unterteilt. Es wurde,
wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 8c und 8d angezeigt,
eine Trennung in der Mitte der Fläche der Nuten 24 und der
Fläche der Länge 2l - 2r durchgeführt. Bei der auf diese Weise
hergestellten Halbleiterlaservorrichtung wird die Länge r zur
Schwingungsartstabilisierungsfläche nahe der Facette und die
Fläche L - r wird zur Hauptlaserfläche.
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Beim vorher beschriebenen Herstellungsverfahren wurde die
Schwingungsartstabilisierungsfläche gebildet und darauf wurde
ein Ätzen durchgeführt, um die Rippenteile 12a und 12b zu
bilden. Diese Reihenfolge kann jedoch durch Bilden der
Schwingungsartstabilisierungsfläche nach dem Ätzen umgekehrt werden,
um die Rippenteile 12a und 12b zu bilden. Nachfolgend wird ein
solcher umgekehrten Herstellungsprozeß beschrieben. Nach
Durchführung der gleichen Schritte wie oben beschrieben zur Bildung
der in Fig. 8a dargestellten Mehrschicht-Kristallstruktur,
wurden die Resistmaskenstreifen mit der Breite W&sub1; (2 um) auf der
Deckschicht 8 mit einer Teilung W (300 um) gebildet. Die Breite
W&sub1; entspricht der Breite der Rippenteile 12a und 12b, die Später
zu bilden sind. W ist die Breite der hergestellten
Halbleiterlaservorrichtung. Darauf wurde ein Ätzen nach unten bis zur
Erreichung der zweiten Überzugsschicht 7 nach einer reaktiven
Ionenstrahlätztechnologie durchgeführt und dadurch die
streifenförmigen
Rippenteile 12a und 12b gebildet. Nach dem Entfernen der
Resistmaskenstreifen wurden neue Resistmaskenstreifen mit der
Teilung 2L auf den streifenförmigen Flächen der Breite 2L - 2r
gebildet, die die Rippenteile 12a und 12b in rechten Winkeln
schneiden. Die Fläche, auf der die Resistmaskenstreifen nicht
gebildet wurden, wurden später zur
Schwingungsartstabilisierungsfläche. Die oberste Schicht des Rippenteils 12b in dieser
Fläche wurde die Deckschicht 8 und die oberste Schicht in der
Fläche außerhalb des Rippenteils 12b wurde zur zweiten
Überzugsschicht 7. Darauf wurde nach einer reaktiven
Ionenstrahlätztechnik das Ätzen durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wurde die
Deckschicht 8 im Rippenteil 12b geätzt, während in der Fläche
außerhalb des Rippenteils 12b die zweite Überzugsschicht 7 geätzt
wurde. Nach dem Entfernen der Resistmaskenstreifen wurde die in
Fig. 7a und 7b gezeigte Halbleiterlaservorrichtung nach den
gleichen Schritten, wie vorher beschrieben, erhalten.
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Wie vorher beschrieben, wurde die
Schwingungsartstabilisierungsfläche nahe der Facette an beiden Seiten der Rippenteile
12a und 12b zweimal geätzt, so daß das Verhältnis zwischen der
kombinierten Dicke d&sub1; der Lichtleitschicht 6 und der zweiten
Überzugsschicht 7 in der Schwingungsartstabilisierungsfläche und
der kombinierten Dicke d&sub0; der Lichtleitschicht 6 und der zweiten
Überzugsschicht 7 in der Hauptlaserfläche zu d&sub0; > d&sub1; wurde. Beim
vorliegenden Beispiel war die Dicke d&sub0; 0,55 um und die Dicke d&sub1;
betrug 0,25 um. Der Rippenteil 12a in der Hauptlaserfläche wurde
insgesamt nicht geätzt, so daß die Dicke der Deckschicht 8 in
dieser Fläche c&sub0; (0,5 um) blieb. Die Dicke c&sub1; der Deckschicht in
der Schwingungsartstabilisierungsfläche ist die Differenz
zwischen der Dicke c&sub0; der ursprünglichen Deckschicht 8 und der Tiefe
c der Nut 24 (d.h. c&sub1; = c&sub0; - c). Da c&sub0; 0,5 um betrug und c 0,3
um, war c&sub1; gleich 0,2 um. Weiterhin waren, da die zweite
Deckschicht 7 innerhalb der Rippenteile 12a und 12b nicht geätzt
wurde, die Dicke l&sub1; der zweiten Überzugsschicht 7 in der
Schwingungsartstabilisierungsfläche und die Dicke l&sub0; der zweiten
Überzugsschicht 7 in der Hauptlaserfläche einander gleich.
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In der Hauptlaserfläche der Halbleiterlaservorrichtung des
vorliegenden Beispiels wurde die kombinierte Dicke d&sub0; der
Lichtleitschicht 6 und der zweiten Überzugsschicht 7, mit
Ausnahme des Rippenteils 12a, auf einen großen Wert von 0,55 um
festgesetzt, so daß die Differenz im effektiven Brechungsindex
zwischen dem Bereich unterhalb des Rippenteils 12a und den daran
angrenzenden Bereichen klein ist. Daher ist der
Indexleitmechanismus schwach und die Lichtverteilungsausbreitung groß. Die
Breite W&sub1; des Rippenteils 12a wurde kleiner als die Breite der
Lichtverteilung festgelegt, so daß die Breite der
Lichtverteilung größer ist als die Breite, die durch die Verstärkung in der
aktiven Schicht 5 erhalten wird. Somit tritt in dieser Fläche
Selbstpulsation auf.
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In der Schwingungsartstabilisierungsfläche nahe der Facette ist
die kombinierte Dicke d&sub1; der Lichtleitschicht 6 und der zweiten
Überzugsschicht 7, mit Ausnahme des RippenteilS 12b, klein, so
daß die Differenz des effektiven Brechungsindexes zwischen dem
Bereich unterhalb des Rippenteils 12b und den daran angrenzenden
Bereichen groß ist. Wenn der effektive Brechungsindex groß wird,
wird der Indexleitmechanismus stark, so daß der Grad des
Astigmatismus klein gehalten werden kann.
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Die aktive Schicht 5 besitzt bei dieser
Halbleiterlaservorichtung eine Quanten-Quellstruktur, so daß der Schwingungs-
Schwellenstrom reduziert werden kann.
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Der Grad des Astigmatismus in der Halbleiterlaservorrichtung des
vorliegenden Beispiels war kleiner als 10 um und der
Schwingungs-Schwellenstrom betrug 15 bis 20 mA.
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Weiterhin kann, wie vorher beschrieben wurde, die Halbleiter
laservorrichtung des vorliegenden Beispiels durch das getrennte
Ätzen der Schwingungsartstabilisierungsfläche und des Ätzens zur
Bildung der Rippenteile 12a und 12b hergestellt werden. Daher
kann die schwierige Positionierung der Photomaske bei der
Bildung
der Resistmaske, wie das bei der Halbleiterlaservorrichtung
in der Fig. 1a erforderlich ist, vermieden werden.
Beispiel 6
-
Fig. 9a und 9b zeigen Schnittkonfigurationen in der
Hauptlaserfläche bzw. in der Schwingungsartstabilisierungsfläche einer
noch anderen Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei diesem Beispiel werden die beiden
streifenförmigen Nuten 23 auf jeder Seite der Rippenteile 12a und 12b
gebildet und die zweite Überzugsschicht 7 mit Bereichen
unterschiedlicher Dicke wurde durch Veränderung der Nutentiefe gebildet.
Die Bereiche außerhalb der Nuten 23 wurden nicht entfernt. Die
Tiefe der beiden Nuten 23 wurde größer gehalten, um die in Fig.
9b gezeigte Schnittkonfiguration in beiden
Schwingungsartstabilisierungsflächen nahe den Facetten zu erhalten. Auch die
Deckschicht 8 in den Rippenteilen 12b in der
Schwingungsartstabilisierungsfläche wurde vollständig entfernt. Diese
Halbleiterlaservorrichtung wurde wie folgt hergestellt. Auf die Ebene eines
n-GaAs-Substrates 1 wurden nacheinander durch
Molekularstrahlepitaxie eine n-GaAs-Pufferschicht 2, eine erste
n-AlGaAs-Überzugsschicht 3, eine aktive AlGaAs-Mehrfach-Quantenquellschicht
15 (Quellschicht 10 nm (100 Å) dick, 5 Schichten;
Grenzschicht:3,5 nm (35 Å) dick, 4 Schichten), eine zweite p-
AlGaAs-Überzugsschicht 7 (1,2 um dick) und eine
p-GaAs-Deckschicht 8 (Dicke c&sub0; = 0,3 um) aufgewachsen. Die aktive Schicht 15
des vorliegenden Beispiels besitzt eine
Mehrfach-Quantenquellstruktur. Es gibt jedoch keine Lichtleitschicht. Die Nuten 23
und die Rippenteile 12a und 12b wurden wie folgt gebildet. Die
Tiefe der Schwingungsartstabilisierungsfläche nahe den Facetten
mit der in Fig. 9b dargestellten Schnittkonfiguration ist r (20
um) und die Resonatorlänge der Halbleiterlaservorrichtung ist L
(250 um). Weiterhin ist, wie in Fig. 9a und 9b gezeigt ist, die
Breite des Bereiches , dort wo die beiden Nuten 23 und 23 und
die Rippenteile 12a und 12b gebildet wurden, W&sub3; (30 um) und die
Breite der Halbleiterlaservorrichtung ist W (300 um). Fig. 10
ist eine Ansicht der Fläche, auf der die Rippenteile 12a und 12b
und die Nuten 23 der Halbleiterlaservorrichtung des vorliegenden
Beispiels gebildet wurden. Zunächst wurde auf der Deckschicht 8
in allen Flächen, außer für die Rechteckflächen der Breite W&sub3; und
der Tiefe 2r, eine Resistmaske, angeordnet in einer Matrix,
gebildet. Die Teilung der Rechteckflächen in Richtung der Breite
ist W und die in Richtung der Tiefe ist L. Nur die GaAs-Schicht
wurde dann durch eine Naßätztechnologie geätzt, so daß die
Deckschicht 8 von der Rechteckfläche entfernt wurde. Durch
Verwendung der selektiven Ätztechnologie ist es nicht erforderlich,
die Ätzbedingungen präzise zu steuern. Dadurch wird die
Steuerung des Herstellungsprozesses vereinfacht. Als nächstes wurde
die Resistmaske entfernt und, wie durch die Schraffur in Fig.
10 dargestellt, eine neue Resistmaske mittels Photolitographie
sowohl in einem Streifen mit der Breite W&sub1; (2,5 um) auf jeder
Reihe der Rechteckflächen in Richtung der Tiefe und in einem
streifen mit der Breite W - W&sub3; zwischen den oben genannten Reihen
der Rechteckflächen, gebildet.
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Die Resistmaske jeder Reihe der Rechteckflächen wurde an einer
Position etwa in der Mitte jeder Rechteckseite mit der Breite W&sub3;
gebildet. Das Positionieren der Resistmaskenstreifen erfordert
nicht die große Genauigkeit, die bei der Herstellung der in Fig.
1a dargestellten Halbleiterlaservorrichtung erforderlich ist.
Dann wurde das Ätzen bis zu einer solchen Tiefe, daß die zweite
Überzugsschicht 7 erreicht wurde, mittels einer reaktiven
Ionenstrahlätztechnologie durchgeführt und somit die Nuten 23
gebildet. Da auf keiner der Rechteckflächen eine Deckschicht 8
vorhanden war, wurden die Nuten 23 in diesen Flächen so gebildet,
daß die Dicke d&sub1; der zweiten Überzugsschicht 7 0,25 um betrug,
wie in Fig. 9b dargestellt ist. Weiterhin wurden, da in den
Flächen, mit Ausnahme der Rechteckflächen, die Deckschicht 8
vorhanden war, die Nuten 23 in diesen Flächen gebildet, so daß
die Dicke d&sub0; der zweiten Überzugsschicht 7 0,55 um, wie in Fig.
9a gezeigt ist. Nach dem Entfernen der Resistmaske wurde eine
SiNx-Isolierschicht 9 durch chemisches Plasmaaufdampfen (CVD)
über die gesamte Fläche gebildet. Die SiNx-Isolierschicht 9 auf
der oberen Stirnfläche der Rippenteile 12a und 12b wurde durch
Photolithografie oder nach einem anderen Verfahren entfernt. Als
nächstes wurden eine p-Elektrode 10 und ein n-Elektrode 11
gebildet, wie in Fig. 9a und 9b gezeigt ist. Der Wafer wurde dann
in der Mitte jeder Rechteckseite mit der Tiefe 2r und in der
Mitte der Fläche W - W&sub3; geteilt, woraus sich die
Halbleiterlaservorrichtungen ergeben.
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Beim vorher angeführten Herstellungsprozeß wurde die
Schwingungsartstabilisierungsfläche gebildet und darauf wurde ein
Ätzen durchgeführt, um die Rippenteile 12a und 12b zu bilden.
Diese Reihenfolge kann jedoch durch Bilden der
Schwingungsartstabilisierungsfläche nach dem Ätzen zur Bildung der Rippenteile
12a und 12b umgekehrt werden. Nachfolgend wird ein solcher
umgekehrter Herstellungsprozeß beschrieben. Nachdem die gleichen
Schritte, die vorher erwähnt wurden, für die Bildung der
Mehrschicht-Kristallstruktur angewendet wurden, wurde in allen
Flächen, mit Ausnahme der streifenförmigen Flächen, die den beiden
später zu bildenden Nuten entsprechen, eine Resistmaske
gebildet. Die Teilung jeder Gruppe der beiden streifenförmigen
Flächen ist W (300 um). Danach wurde nach einer reaktiven
Ionenstrahlätztechnologie ein Ätzen bis herunter auf eine Dicke, bei
der die zweite Überzugsschicht 7 erreicht wird, durchgeführt und
dadurch die streifenförmigen Rippenteile 12a und 12b gebildet.
Darauf wurde die Resistmaske entfernt. In allen Flächen, mit
Ausnahmen der in einer Matrix angeordneten Rechteckflächen mit
der Breite W&sub3; und der Tiefe 2r, wurde eine neue Resistmaske
gebildet, wie in Fig. 10 dargestellt ist. Der Satz der
Rechteckseiten, die einander in Richtung der Tiefe gegenüberliegen,
entspricht den jeweiligen Seiten der beiden Nuten 23, die dem
Rippenteil 12b gegenüberliegen. Wie beim vorhergehenden
Herstellungsprozeß erläutert, erfordert die Photomaske, die für die
Bildung einer Resistmaske in allen Flächen, mit Ausnahme der in
einer Matrix angeordneten Rechteckflächen, verwendet wird, keine
extrem hohe Genauigkeit. Danach wurde nach einer reaktiven
Ionenstrahlätztechnologie oder nach einer Naßätztechnologie ein
Ätzen durchgeführt. In den Rechteckflächen wurde das Ätzen
durchgeführt, bis die gesamte Deckschicht 8 vom Rippenteil 12b
entfernt war und in den Nuten 23 bis die Dicke d&sub1; der zweiten
Überzugsschicht 0,25 um betrug. Nach dem Entfernen der
Resistmaske wurde die in Fig. 9a und 9b dargestellte
Halbleiterlaservorrichtung durch die gleichen Schritte, wie vorher beschrieben,
erhalten.
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Bei der Halbleiterlaservorrichtung des vorliegenden Beispiels
wurden die Rippenteile 12a und 12b durch Vorsehen der Nuten 23
gebildet, während die Fläche außerhalb der Nuten nicht geätzt
wurde. Bei Verwendung einer solchen Schnittkonfiguration, kann
die dem Substrat 1 gegenüberliegende Oberfläche als
Montagefläche verwendet werden. Eine Montage in dieser Weise ergibt
bessere Wärmestrahlungskennwerte und die Ausgangsleistungskennwerte
und die Zuverlässigkeit werden verbessert. Der Grad des
Astigmatismus betrüg 2 bis 8 um und der Schwingungs-Schwellenstrom 15
bis 20 mA.