DE69400237T2

DE69400237T2 - Halbleiterlaserdioden und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE69400237T2
Application number: DE69400237T
Authority: DE
Inventors: Josephus Petrus Weterings
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1993-02-22
Filing date: 1994-02-15
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2014-02-16
Also published as: EP0613222A1; EP0613222B1; DE69400237D1; JPH06252511A; US5430751A

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterdiodenlaser mit einem Halbleiterkörper mit einem Substrat eines ersten Leitungstyps und einer sich darauf befindenden Halbleiterschichtstruktur, die eine zwischen zwei Mantelschichten angeordnete aktive Schicht hat und einen pn-Übergang, mit dem in einem streifenförmigen aktiven Gebiet der aktiven Schicht bei genügender Stromstärke in Durchlaßrichtung elektromagnetische Strahlung erzeugt werden kann, wobei eine Endfläche des streifenförmigen aktiven Gebiets gekrümmt ist, um eine Linse gegebener Stärke zu bilden. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung solcher Diodenlaser.
Solche Diodenlaser werden unter anderem als Komponenten in Lese- und/oder Schreibköpfen von Informationsverarbeitungseinrichturigen wie Laserdruckern, Strichcodelesern und in Lese- und/oder Schreibeinrichtungen für optische Aufzeichnungsträger wie CD-(Audio-) und CD-ROM-(Daten-)Platten verwendet, und als Sender in Systemen für optische Kommunikation über Glasfasern. In den letztgenannten Systemen kann der Halbleiterdiodenlaser auch als Verstärker aufgebaut sein. Dementsprechend wird unter "Laser" in der vorliegenden Anmeldung ausdrücklich auch ein Leserverstärker verstanden.
Solch ein Diodenlaser ist aus JP(A) 3-119.782 bekannt, veröffentlicht in Patent Abstracts of Japan, Bd. 15, Nr.323 (E-1101) [4851] 16. August 1991. Die Stärke (P) der Linse wird durch die Gleichung P = Δn/R bestimmt, wobei Δn der Brechzahlunterschied zwischen dem aktiven Gebiet 3 und dem umgebenden Medium, d.h. Luft, und R der Krümmungsradius der gekrümmten Endfläche ist. Der genannte Brechzahlunterschied beträgt ungefähr 2,5, nämlich ungefähr 3,5 - 1. Eine in der Praxis übliche Linsenstärke entspricht einem Krümmungsradius R, der zwischen ungefähr 10 und ungefähr 300 µm liegt, häufig zwischen 20 und 50 µm.
Ein Nachteil der bekannten Einrichtung ist, daß bei Verwendung von Lesern mit einem aktiven Gebiet mit gekrümmter Endfläche im Vergleich zu vergleichbaren Lesern mit ebener Endfläche häufig eine Zunahme des Startstroms beobachtet wird. Solch eine Zunahme ist natürlich unerwünscht.
Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiterdiodenlaser zu verschaffen, der den genannten Nachteil nicht hat oder zumindest in viel geringerem Maße, und der dementsprechend keine oder nahezu keine Zunahme des Startstroms aufweist, wenn als Endfläche des aktiven Gebietes eine gekrümmte Fläche verwendet wird.
Erfindungsgemäß ist ein Halbleiterdiodenlaser der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Endfläche mit einer Deckschicht aus einem Material mit einer sich von der des aktiven Gebiets unterscheidenden Brechzahl bedeckt ist, und die Brechzalil des Materials der Deckschicht und der Krümmungsradius der Endfläche so gewahlt sind, daß die Streuung der erzeugten elektromagnetischen Strahlung an der gekrümmten Endfläche bei der gegebenen Linsenstärke minimal ist. Die Erfindung beruht unter anderem auf den folgenden Erkenntnissen. Eine gekrümmte Endfläche, die häufig durch Ätzen gebildet wird, ist im Vergleich zu einer normalerweise durch Spaltung gebildeten ebenen Endfläche etwas rauh. Wegen dieser Rauheit erfolgt an der gekrümmten Endfläche eine Streuung der erzeugten Strahlung, welche Streuung eine Ursache für die Zunahme des Startstroms ist. Diese Streuung ist wegen des Brechzahlunterschieds zwischen dem Halbleitermaterial der aktiven Schicht und den Umgebungen (Luft oder Stickstoff) ziemlich groß. Anbringen einer Deckschicht auf der gekrümmten Endfläche mit einer Brechzahl, die näher bei der des aktiven Gebiets liegt, unterdrückt die Streuung. Auch ist die Krümmung der Endfläche eingerichtet, die Linsenstärke in der erfindungsgemäßen Diode gemäß der genannten Gleichung für die Linsenstärke zu erhalten. Für einen verhältnismäßig kleinen Brechzahlunterschied zwischen der Deckschicht und der aktiven Schicht bedeutet dies, daß die gekrümmte Endfläche einen verhältnismäßig kleinen Krümmungsradius, d.h. eine stärkere Krümmung hat. Sowohl konkave als auch konvexe Krümmungen können verwendet werden. Die Krümmung der Endfläche kann sowohl in lateraler Richtung (parallel zum aktiven Gebiet) als auch Querrichtung (senkrecht zum aktiven Gebiet) vorhanden sein.
In einer Hauptausführungsform ist die Endfläche in lateraler Richtung gekrümmt und umfaßt die Deckschicht ein Halbleitermaterial, das eine Brechzahl hat, die kleiner ist als die Brechzahl des aktiven Gebiets. Die Herstellung des Diodenlasers bleibt verhältnismäßig einfach, weil die Deckschicht ein Halbleitermaterial umfaßt. Im Prinzip kann die Brechzahl der Deckschicht auch größer sein als die des aktiven Gebiets. In der Praxis bedeutet dies jedoch, daß die Bandlücke der Deckschicht kleiner ist als die Bandlücke des aktiven Gebiets, wodurch die erzeugte Strahlung in der Deckschicht absorbiert wird, was häufig unerwünscht ist. Die Krümmung in lateraler Richtung kann entweder zu einer Konkav- oder einer Konvexlinse führen. Im ersten Fall wird das austretende Strahlungsbündel eher kreisförmig als elliptisch (Hauptachse senkrecht zur aktiven Schicht), so wie im Fall ohne Linse. Daher können externe Kompenenten, wie externe Linsen, einfacher und preiswerter sein. Im letzteren Fall wird das austretende Strahlungsbündel anfangs bei kleineren Linsenstärken noch stärker elliptisch. Daher kann der Einkopplungswirkungsgrad beispielsweise in eine Faser geringen Durchmessers größer sein. Bei größeren Linsenstärken wird die Form des Strahlungsbündels bei einem etwas größeren Abstand auch für eine Konvexlinse mehr kreisförmig Dies hat den oben für eine Konkavimse erläuterten Vorteil. Schließlich ist ein Vorteil, daß eine solche laterale Krümmung mit Hilfe von Masken und durch Ätzen in verhältnismäßig einfacher Weise verschafft werden kann.
Ein wesentlicher Vorteil wird im Vergleich zu den bekannten Dioden bereits erhalten, wenn der Brechzahlunterschied zwischen dem aktiven Gebiet und der Deckschicht (Schicht) unter 2 liegt, wobei ein Krümmungsradius kleiner als 10 µm gewählt wird. Bessere Ergebnisse werden erhalten, wenn der Brechzahlunterschied zwi schen dem aktiven Gebiet und der Deckschicht kleiner als list, wobei ein Krümmungsradius kleiner als 5 µm gewählt wird. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn der Brechzahlunterschied zwischen dem aktiven Gebiet und der Deckschicht kleiner als 0,5 ist, beispielsweise ungefähr 0,3, wobei ein Krümmungsradius kleiner als 2,5 µm, beispielsweise ungefähr 1,5 µm, gewählt wird.
Die Deckschicht umfaßt vorzugsweise ein Halbleitermaterial, das mit dem einer der Mantelschichten identisch ist. Dies vereinfacht die Herstellung noch weiter. Dies gilt insbesondere, wenn die Diode (der Laser) vom sogenannten "vergrabenen Rippen"- oder "vergrabenen Hetero"-Typ ist. In diesem Fall befindet sich das aktive Gebiet in einem mesaförmigen Streifen, zu dessen beiden Seiten sich eine weitere, laterale Mantelschicht befindet. Wenn die Deckschicht das gleiche Halbleitermaterial umfaßt wie die weitere, laterale Mantelschicht, können beide Schichten in einem einzigen Prozeßschritt aufgebracht werden, was die Fertigung kostengünstig macht. Besonders günstige Abwandlungen umfassen einen Diodenlaser vom DFB(= Disctributed Feed Back)-Typ, enthalten eine strahlungslenkende Schicht und sind im InP/InGaAsP- Materialsystem gebildet, in dem die Deckschicht eine Spaltfläche umfaßt, die mit einem Antireflexionsüberzug bedeckt ist. Im Fall von DFB-(oder DBR-)Diodenlasern, insbesondere Laserverstärkern, ist für eine wirksame Unterdrückung der FP(= Fabry Perot)- Moden eine sehr geringe Spiegekeflexion erforderlich. Ein hierfür notwendiger Antireflexionsüberzug kann viel einfacher und wirksamer auf einer ebenen Spiegelfläche als auf einer gekrümmten Fläche aufgebracht werden. Daher wird die der Diode abgewandte Seite der Deckschicht in dieser Abwandlung mit Hilfe einer Spaltfläche gebildet.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterdiodenlasers, wobei eine Halbleiterschichtstruktur auf einem Substrat eines ersten Leitungstyps vorhanden ist, mit einer zwischen zwei Mantelschichten liegenden aktiven Schicht und mit einem pn-Übergang, mit dem in einem streifenförmigen aktiven Gebiet der aktiven Schicht bei genügender Stromstärke in Durchlaßrichtung des pn-Ubergangs elektromagnetische Strahlung erzeugt werden kann, wobei eine Endfläche des streifenförmigen aktiven Gebiets gekrümmt ist, um eine Linse gegebener Stärke zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Endfläche mit einer Deckschicht aus einem Material mit einer sich von der des aktiven Gebiets unterscheidenden Brechzahl bedeckt ist, und die Brechzahl des Materials der Deckschicht und der Krümmungsradius der Endfläche so gewählt werden, daß die Streuung der erzeugten elektromagnetischen Strahlung an der gekrümmten Endfläche bei der gegebenen Stärke der Linse minimal ist. Die besonders interessanten erfindungsgemäßen Einrichtungen werden mit einem solchen Verfahren erhalten.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß nach Anbringen einer Maske mittels Ätzen ein streifenförmiger Mesa in der Halbleiterschichtstruktur gebildet wird, welcher Mesa zumindest die obere Mantelschicht und die aktive Schicht umfaßt, wobei die Endfläche gebildet und mit einer Krümmung versehen wird, woraufhin in einem einzigen Abscheidungsschritt zu beiden Seiten des streifenförmigen Mesa eine weitere Mantelschicht ge bildet wird und gegen die gekrümmte Endfläche an die Deckschicht angebracht wird und schließlich mittels Spaltung getrennte Dioden erhalten werden, wobei eine Spaltfläche durch die Deckschicht hergestellt wird. Die Laser vom vergrabenen Hetero-Typ, die in der Praxis interessant sind, werden mit einem solchen Verfahren in sehr einfacher Weise erfindungsgemäß mit Linsen versehen. Die gewühschte Krümmung der Endfläche wird in einfacher Weise dadurch erhalten, daß dem entsprechenden Abschnitt der Maske die gewünschte Krümmung oder Form gegeben wird. Somit können in einfacher Weise konvexe oder konkave Krümmungen erhalten werden. Eventuelles Unterätzen, das beim Ätzen des Mesa auftreten kann, kann bei der Bildung konvexer Krümmungen einfach dadurch verhindert werden, daß die Form der Maske angepaßt wird, d.h. eine mehr rechteckige Form der Maske gewählt wird. Dieses Verfahren ist weniger geeignet, um konkave Krümmungen zu erhalten, wenn Unterätzen beim Ätzen des Mesa auftritt. Dies ist einer der Fälle, bei denen eine im folgenden beschriebene Abwandlung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft verwendet werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird nach Anbringen einer ersten Maske mittels Ätzen ein streifenlörmiger Mesa in der Halbleiterschichtstruktur gebildet, welcher Mesa zumindest einen Abschnitt der oberen Manteischicht umfaßt, woraufhin in einem Abscheidungsschritt zu beiden Seiten des Mesa eine weitere (laterale) Mantelschicht angebracht wird und anschließend nach Anbringen einer zweiten Maske am Ort des Mesa eine Öffnung in die Halbleiterschichtstruktur geätzt wird, wodurch zumindest die obere Mantelschicht und die aktive Schicht entfernt werden und die Endfläche des Mesa geformt und mit einer Krümmung versehen wird, woraufhin mit Hilfe eines weiteren Abscheidungsschritts gegen die Endfläche an die Deckschicht angebracht wird und schließlich mittels Spaltung getrennte Dioden erhalten werden, wobei eine Spaltfläche durch die Deckschicht hergestellt wird. Einrichtungen vom vergrabenen Rippen- oder vom vergrabenen Hetero-Typ, die in der Praxis sehr interessant sind, werden mit einem solchen Verfahren in einfacher Weise erfindungsgemäß mit Linsen versehen. Die (laterale) Krümmung wird dadurch erhalten, daß die zweite Maske mit geeigneten Öffnungen versehen ist: Wenn die Öffnungen die Form einer Sanduhr haben, wird eine konvexe Krümmung erhalten. Wenn die Öffnungen kreisförmig sind, wird eine konkave Krümmung erhalten. Insbesondere im letzten Fall ist die resultierende konkave Krümmung verhältnismäßig unempfindlich gegenüber dem Auftreten von Unterätzen.
In einer weiteren Abwandlung wird eine periodische Veränderung der Brechzahl innerhalb des Verstärkungsprofils der aktiven Schicht und in der Längsrichtung des streifenförmigen aktiven Gebiets vorgesehen. Dadurch werden Laser vom DFB- oder DBR-Typ erhalten, was besonderes bei Glasfaserkommunikationssystemen vorteilhaft genutzt werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch und in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterdiodenlasers.
Fig. 2 schematisch und im Querschnitt entlang der Linie II-II die Diode von Fig. 1,
Fig. 3 schematisch und in Draufsicht die Diode von Fig. 1 in einem Schritt der Herstellung mit Hilfe einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 4 und 5 schematisch und in Draufsicht eine Abwandlung der Diode von Fig. 1 in aufeinanderfolgenden Schritten der Herstellung mit Hilfe einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Figuren sind schematisch und nicht maßstabsgetreu, wobei der Deutlichkeit halber die Abmessungen in Richtung der Dicke besonders stark übertrieben sind.
Fig. 1 zeigt schematisch und in perspektivischer Ansicht einen erfindungs gemäßen Halbleiterdiodenlaser. Ein schematischer Querschnitt des Lasers von Fig. 1 entlang der Linie II-II wird in Fig. 2 gezeigt. Der Laser von Fig. 1 umfaßt einen Halbleiterkörper 10 mit einem Substrat 1 von einem ersten, hier dem n-Leitungstyp, das mit einer Metallschicht 8 versehen ist, auf der sich eine Halbleiterschichtstruktur mit einer (siehe Fig. 2) zwischen zwei Mantelschichten 2, 4 angeordneten aktiven Schicht 3 und mit einem pn-Übergang befindet, hier zwischen den Mantelschichten 2 und 4, die vom ersten und von einem zweiten, entgegengesetzten Leitungstyp sind, hier dem n- bzw. p- Typ. Bei genügender Stromstärke in Durchlaßrichtung kann mit dem pn-Übergang innerhalb eines unter dem auf der oberen Fläche mit 30 bezeichneten Streifen liegenden streifenförmigen aktiven Gebiets 3A der aktiven Schicht 3 elektromagnetische Strahlung erzeugt werden. Eine der Endflächen 20 des streifenförmigen aktiven Gebiets 3A ist so gekrümmt, daß sie eine Linse einer gewissen Stärke bildet. Die gekrümmte Endfläche 20 ist erfindungsgemäß mit einer Deckschicht 9 aus einem Material mit sich von der der aktiven Schicht 3 unterscheidender Brechzahl bedeckt, wobei die Brechzahl des Materials der Deckschicht 9 und der Krümmungsradius der Endfläche 20 so gewählt werden, daß die Streuung der erzeugten Strahlung bei der gekrümmten Endfläche 20 bei der gegebenen Linsenstärke minimal ist. Im Vergleich zu der bekannten, nicht mit einer Deckschicht versehenen, Diode ist der Startstrom der erfindungsgemäßen Diode wegen der kleinen Streuung nicht oder zumindest nahezu nicht erhöht. Die Brechzahl der Deckschicht 9 ist hier kleiner als die der aktiven Schicht 3, und die Endfläche 20 ist hier lateral gekrümmt. Absorption der erzeugten Strahlung in der Deckschicht 9 wird dadurch vermieden, und es wird eine Linze erhalten, die dem aus der Diode austretenden Strahlungsbündel ein mehr kreissymmetrisches Profil gibt, das für viele Anwendungen von großem Vorteil ist. Eine merkbare Abnahme der Streuung wird bereits gefunden, wenn der Brechzahlunterschied zwischen der aktiven Schicht 33 und der Deckschicht 9 kleiner als ungefähr 2 ist. Dies geht mit einem Krümmungsradius kleiner oder gleich 10 µm einher, um eine in der Praxis brauchbare Linsenstärke zu erhalten. Bessere Ergebnisse werden mit einem Brechzahlunterschied kleiner 1 und einem Krümmungsradius kleiner 5 µm erhalten und nach bessere Ergebnisse, wenn der Brechzahlunterschied kleiner als 0,5 und der Krümmungsradius kleiner als 2,5 µm ist. In dem vorliegenden Beispiel ist die Brechzahl der Deckschicht 9 ungefähr 3,2 und die Brechzahl der aktiven Schicht 3 ungefähr 3,5, und somit der Unterschied 0,3, wobei der Krümmungsradius der Endfläche 20 hier ungefähr 1 µm beträgt.
Die Breite des aktiven Gebeits 3A ist ungefähr 2 µm, was der Breite des Mesa 11A entspicht. Die Deckschicht 9 umfaßt vorzugsweise ein Halbleitermaterial, wie in dem vorliegenden Beispiel, wodurch die Herstellung der Diode einfach bleibt. Die Diode ist hier vom sogenannten "vergrabenen Hetero"-Typ, und die Deckschicht 9 umfaßt das gleiche Material wie eine weitere, laterale Mantelschicht 5, die zu beiden Seiten des Mesa 11A vorhanden ist. Die Mantelschichten 1, 4, 5 und die Deckschicht 9 umfassen in diesem Fall InP. Die strahlungslenkende Mantelschicht 2 umfaßt InGaAsP. Die Mantelschichten 2 und 4 sind vom n- bzw. p-Leitungstyp und jeweils ungefähr 1 µm dick, während die laterale Mantelschicht 5 und die Deckschicht 9, die in diesem Beispiel vorteilhaft in ein und demselben Prozeßschritt aufgebracht werden, hochohmiges InP umfassen und ungefähr 3 µm dick sind. Diese letztgenannte Dicke entspricht der Höhe des streifenförmigen Mesa 11A, der außer den Mantelschichten 2, 4 und der aktiven Schicht 3 auch eine Mantelschicht 1 aus einem ungefähr 1 µm dicken Abschnitt des Substrats aus n-InP umfaßt. Die aktive Schicht 3 hat eine Dicke von ungefähr 0,15 µm und umfaßt InGaAsP, entsprechend einer Emissionswellenlänge von ungefähr 1,5 µm. Ein Gitter - nicht abgebildet - ist an der Oberseite der Mantelschicht 2 senkrecht zum aktiven Gebiet 3A vorgesehen, so daß der Diodenlaser in diesem Beispiel vom DFB-Typ ist. Es ist äußerst wünschenswert, daß eine solche Diode im SLM (= Single Longitudinal Mode) arbeitet. Daher sind die Ebenen 50 und 60, die das streifenförmige aktive Gebiet 3A an der Außerseite in dessen Längsrichtung begrenzen, hier mit einem Antireflexionsüberzug 51, 61 bedeckt, der beispielsweise 1/4-λ-Hafniumoxid umfaßt, während sich in der Mitte des Gitters (in der Zeichnung nicht abgebildet) ein sogenannter 1/4-λ-Phasensprung befindet. Die Ebenen 50 und 60 werden mittels Spaltung durch die Deckschicht 9 gebildet.
Eine Kontaktschicht 6, hier aus p-InGaAsP, liegt über dem streifenförmigen Mesa 11A und der lateralen Mantelschicht 5. Oben darauf befindet sich eine leitende Schicht 7, die ebenso wie die leitende Schicht 8 mit einem Anschlußleiter (nicht abgebildet) versehen ist, mit dem der Diode Strom zugeführt werden kann, der sich hauptsächlich in dem streifenförmigen aktiven Gebiet 3A konzentriet. Die bei der Ebene 50 austretende Strahlung steht für die Nutzung zur Verfügung. Diese Strahlung wird beispielsweise in eine Glasfaser in einem System für optische Glasfaserkommunikation geleitet. Wegen des nahezu kreissymmetrischen Querschnitts der austretenden Strahlung kann diese in einfacher Weise und mit verhältnismäßig preiswerten Mitteln, wie z.B. einer konvexen Linse, in die Glasfaser eingekoppelt werden.
Der beschriebene Halbleiterdiodenlaser wird mit einem erfindungsgemäßen Verfahren in folgender Weise hergestellt. Das Verfahren geht aus von einem Substrat 1 aus n-InP mit einer Dicke von ungefähr 360 µm, einer (100)-Orientierung und einer Dotierungskonzentration von beispielsweise 5 x 10¹&sup8; Atomen pro cm³. Das Substrat kann gleichzeitig als Mantelschicht in dem InP/InGaAsP-Materialsystem dienen, und in dem vorliegenden Beispiel ist das Substrat 1 gleichzeitig die erste Mantelschicht 1. Ein Beugungsgitter, in der Zeichnung nicht abgebildet, mit einer Gitterkonstanten von ungefähr 240 nm wird in das Substrat 11 geätzt. Hierzu wird erst eine Photolackschicht mit einer Dicke von ungfähr 100 nm auf der oberen Fläche angebracht. Mittels holographischer Belichtung wird ein Rastermuster in dieser Photolackschicht gebildet, wobei die 363,8-nm-Linie eines Argon-Lasers verwendet wird. Dieses Muster wird als Maske in einem Ätzprozeß verwendet, bei dem in die obere Fläche des Substrats ein Muster aus parallelen Rillen geätzt wird, beispielsweise mit Hilfe einer Lösung aus Bromwasserstoff (HBr) und Brom (Br&sub2;) in Wasser in einer Zusammensetzung von H&sub2;O: HBR : Br&sub2; = 60 : 30 : 1 Volumenteile. Nach Entfernung des Photolacks wird in diesem Beispiel eine ungefähr 0,15 µm dicke Schicht 2 mit der Zusammensetzung In0,72ga0,28As0,60P0,40 (λ = 1,3 µm) mit Hilfe einer Aufwachstechnik, hier mit LPE (= Liquid Phase Epitaxy) aufgebracht, wobei diese Schicht die Rillen in dem Substrat 1 vollständig auffüllt. Dann werden, nach eventuell erst einer dünnen strahlungslenkenden Schicht, eine ungefähr 0,15 µm dicke aktive Schicht 3 aus nicht absichtlich dotiertem In0,57Ga0,43As0,91P0,09 (λ = 1,55 µm) und eine zweite Mantelschicht 4, hier eine ungefähr 0,10 µm dicke InP-Schicht 4 mit einer Dotierung von 5 x 10¹&sup7; Zn Atome/cm³, aufgebracht.
Nachdem die Einrichtung aus der Aufwachsanlage entnommen worden ist, wird eine Maskierungsschicht aus Siliciumdioxid (SiO&sub2;) aufgebracht, beispielsweise durch Zerstäuben. Dann wird die Maskierungsschicht zum größten Teil in üblicher Weise entfernt (siehe Fig. 3), wobei sich eine streifenförmige Maske 11 ergibt, die ungefähr 2 µm breit und ungefähr 600 µm lang ist und deren Enden 21 mit einer Krümmung mit einem Radius von ungefähr 1 µm versehen ist. Anschließend werden die Halbleiterschichtstruktur und ein dünner, d.h. ungefähr 1 µm dicker Abschnitt des Substrats 1 durch Ätzen, hier RIE (= Reactive Ion Ätzen) außerhalb der Maske 11 entfernt, so daß ein Mesa 11A (see Fig. 2) gebildet wird. Nach Reinigung in üblicher Weise wird die erhaltene Struktur wieder in eine erfindungsgemaße Aufwachsanlage gebracht, und die laterale Mantelschicht 5 und die Deckschicht 9, die hier beide hochohmiges InP umfassen, wer den lokal in einem einzigen selektiven Aufwachsprozeß aufgebracht, hier mit Hilfe von MOVPE (= Metal Organic Vapour Phase Epitaxy) und mittels der Maske 11. Die Brechzahl der Deckschicht 9 wird geringfügig kleiner gemacht als die der aktiven Schicht 3, und die Brechzahl der Deckschicht 9 und die Krümmung der Endfläche 20 des Mesa 11A werden so gewählt, daß die Streuung der erzeugten Strahlung bei der gekrümmten Endfläche 20 des Mesa 11A für die gegebene Linsenstärke - die durch den Brechzahlunterschied und die Krümmung bestimmt wird - minimal ist.
Nach Entfernung aus der Aufwachsanlage und Entfernung der Maske 11 wird die Einrichtung wieder in die (MOVPE-)Aufwachsanlage gesetzt, und eine ungefähr 1 µm dicke leitende Schicht 6 aus p-InGaAsP mit einer Dotierung von ungefähr 1 x 10¹&sup9; At./cm³ wird über die gesamte obere Fläche aufgebracht.
Nachdem die so erhaltene Struktur aus der Aufwachsanlage genommen worden ist, werden Metallschichten 7 und 8 von üblicher Zusammensetzung, auf denen elektrische Verbindungen hergestellt werden können, in üblicher Weise an der Oberund Unterseite des Halbleiterkörpers 100 aufgebracht. Danach wird das Substrat an den in Fig. 3 mit AA und BB bezeichneten Stellen gespalten und werden die resultierenden Streifen beispielsweise durch Zerstäuben oder Gasphasenabscheidung mit einem Antireflexionsüberzug 51, 61 aus beispielsweise Hafniumoxid versehen. Schließlich werden durch Spaltung an den in Fig. 3 mit CC bezeichneten Stellen einzelne Dioden erhalten.
Fig. 4 und 5 zeigen schematisch und in Draufsicht eine Abwandlung der Diode von Fig. 1 in aufeinanderfolgenden Schritten der Herstellung mit Hilfe einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein erster Unterschied zu dem oben beschriebenen Verfahren besteht in der Wahl der Maske 11. In dieser Ausführungsform wird als Maske 11 eine ununterbrochene streifenförmige Maske 11 gewählt (siehe Fig. 4). Nach Ätzen des streifenförmigen Mesa 11A wird die erhaltene Struktur in eine erfindungsgemäße Aufwachsanlage gesetzt, und die laterale Mantelschicht 5, die hier hochohmiges InP umfaßt, wird in einem (selektiven) Abscheidungsschritt, hier MOVPE, mit Hilfe der Maske 11 aufgebracht. Nach Entfernung aus der Aufwachsanlage wird eine zweite Maske 31 auf die Halbleiterschichtstruktur aufgebracht, welche Maske am Ort des Mesa 11A Öffnungen hat, in diesem Fall kreisförmige Öffnungen. Danach werden Öffnungen 31 durch die Öffnungen 31 in die Halbleiterstruktur geätzt, wobei zumindest die obere Mantelschicht 4 und die aktive Schicht 3 dadurch entfernt werden, während die Endfläche 20 des Mesa geformt und mit einer Krümmung versehen wird, hier einer konkaven Krümmung. Nach Entfernung der Maske 31 verläuft die weitere Herstellung wie oben für die erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Diese zweite Ausführungsform eines Verfahrens eignet sich für alle Arten von Lasern, einschließlich denen vom vergrabenen Rippen- sowie denen vom vergrabenen Hetero-Typ, und das Verfahren ist auch geeignet, um konkave sowie konvexe Endflächen zu erhalten. Dieses Verfahren ist jedoch am meisten geeignet, um Dioden mit konkav gekrümmten Endflächen zu erhalten, weil der nachteilige Einfluß eines eventuellen Unterätzeffekts auf eine konkave Krümmung der Endfläche bei diesem Verfahren verhältnismäßig klein ist.
Die Erfindung beschräkkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen, sondern für den Fachkundigen sind im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen und Varianten möglich. So können verschiedene Dicken, verschiedene Halbleitermaterialien oder andere Zusammensetzungen als die in den Ausführungsbeispielen genannten verwendet werden. Es sei insbesondere bemerkt, daß die Erfindung auch in den GaAs/AlGaAs- und InGaP/InAlGaP-Materialsystemen verwendet werden kann. Es sei weiterhin bemerkt, daß die Erfindung nicht nur in der in dem Ausführungsbeispiel beschriebenen SIPBH( = Semi Insulating Planar Buried Hetero)-Struktur, sondern auch in anderen Laserstrukturen wie der DCPBH(= Double Channel Planar Buried Hetero)- Struktur verwendet werden kann. Die Erfindung kann auch mit großem Vorteil in Laserstrukturen vom - vergrabenen oder nicht vergrabenen - Rippen-Typ genutzt werden. Es ist selbst nicht notwendig, daß das aktive Gebiet von einem Mesa gebildet oder mit gebildet wird. Die Erfindung kann beispielsweise vorteilhaft in einem sogenannten Oxidstreifenlaser verwendet werden. Schließlich sei bemerkt, daß in einem erfindungsgemäßen Verfahren statt LPE und MOVPE alternative Aufwachstechniken wie VPE (= Vapour Phase Epitaxy) oder MBE (= Molecular Beam Epitaxy) verwendet werden können. Anstelle von Kombinationen von Aufwachsprozessen - wie in dem aufgeführten Beispiel - kann häufig auch ein identischer Aufwachsprozeß für die verschiedenen Abscheidungsschritte verwendet werden.

Claims

1. Halbleiterdiodenlaser mit einem Halbleiterkörper (10) mit einem Substrat (1) eines ersten Leitungstyps und einer sich darauf befindenden Halbleiterschichtstruktur, die eine zwischen zwei Manteischichten (1, 4) angeordnete aktive Schicht (3) hat und einen pn-Ubergang, mit dem in einem streifenförmigen aktiven Gebiet (3A) der aktiven Schicht (3) bei genügender Stromstärke in Durchlaßrichtung elektromagnetische Strahlung erzeugt werden kann, wobei eine Endfläche (20) des streifenförmigen aktiven Gebiets (3A) gekrümmt ist, um eine Linse gegebener Stärke zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Endfläche (20) mit einer Deckschicht (9) aus einem Material mit einer sich von der des aktiven Gebiets (3A) unterscheidenden Brechzahli bedeckt ist, und die Brechzahl des Materials der Deckschicht (9) und der Krümmungsradius der Endfläche (20) so gewählt sind, daß die Streuung der erzeugten elektromagnetischen Strahlung an der gekrümmten Endfläche (20) bei der gegebenen Linsenstarke minimal ist.

2. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche (20) in lateraler Richtung gekrümmt ist und die Deckschicht (9) ein Halbleitermaterial umfaßt, das eine Brechzahl hat, die kleiner ist als die Brechzalil des aktiven Gebiets (3A).

3. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechzahlunterschied zwischen dem aktiven Gebiet (3A) und der Deckschicht (9) kleiner als 2 und der Krümmungsradius der gekrümmten Endfläche (20) kleiner als 10 µm ist.

4. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechzahlunterschied zwischen dem aktiven Gebiet (3A) und der Deckschicht (9) kleiner als 1 und der Krümmungsradius der gekrümmten Endfläche (20) kleiner als 5 µm ist.

5. Halbleiterdiodenlaser nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechzahlunterschied zwischen dem aktiven Gebiet (3A) und der Deckschicht (9) kleiner als 0,5 und der Krümmungsradius der gekrümmten Endfläche (20) kleiner als 2,5 µm ist.

6. Halbleiterdiodenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Halbleiterdiode ein Laser vom vergrabenen Rippen-Typ oder vom vergrabenen Hetero-Typ ist und das Material der Deckschicht (9) das gleiche ist wie das Material einer weiteren lateralen Mantelschicht (5).

7. Halbleiterdiodenlaser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Halbleiterdiode ein Laser vom DFB-Typ ist und die aktive Schicht (3) und eine strahlungslenkende Mantelschicht (2) InGaAsP umfassen, daß die anderen Manteischichten (1, 4, 5) und die Deckschicht (9) InP umfassen und daß die Deckschicht (9) an der von der Diode am weitesten entfernten Seite durch eine mit einem Antireflexionsüberzug (51) versehene Spaltfläche (50) begrenzt wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterdiodenlasers, wobei eine Halbleiterschichtstruktur auf einem Substrat (1) eines ersten Leitungstyps vorhanden ist, mit einer zwischen zwei Mantelschichten (1, 4) liegenden aktiven Schicht (3) und mit einem pn-Übergang, mit dem in einem streifenförmigen aktiven Gebiet (3A) der aktiven Schicht (3) bei genügender Stromstärke in Durchlaßrichtung des pn-Übergangs elektromagnetische Strahlung erzeugt werden kann, wobei eine Endfläche (20) des streifenförmigen aktiven Gebiets (3A) gekrümmt ist, um eine Linse gegebener Stärke zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümmte Endfläche (20) mit einer Deckschicht (9) aus einem Material mit einer sich von der des aktiven Gebiets (3A) unterscheidenden Brechzahl bedeckt ist, und die Brechzahl des Materials der Deckschicht (9) und der Krümmungsradius der Endfläche (20) so gewählt werden, daß die Streuung der erzeugten elektromagnetischen Strahlung an der gekrümmten Endfläche (20) bei der gegebenen Stärke der Linse minimal ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Anbringen einer Maske (11) mittels Ätzen ein streifenförmiger Mesa (11A) in der Halbleiterschichtstruktur gebildet wird, welcher Mesa zumindest die obere Mantelschicht (4) und die aktive Schicht (3) umfaßt, wobei die Endfläche (20) gebildet und mit einer Krümmung versehen wird, woraufhin in einem einzigen Abscheidungsschritt zu beiden Seiten des streifenförmigen Mesa (11A) eine weitere Mantelschicht (5) gebildet wird und gegen die gekrümmte Endfläche (20) an die Deckschicht (9) angebracht wird und schließlich mittels Spaltung getrennte Dioden erhalten werden, wobei eine Spaltfläche (50) durch die Deckschicht (9) hergestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Anbringen einer ersten Maske (11) mittels Ätzen ein streifenförmiger Mesa (1 1A) in der Halbleiterschichtstruktur gebildet wird, welcher Mesa zumindest einen Abschnitt der oberen Manteischicht (4) umfaßt, woraufhin in einem Abscheidungsschritt zu beiden Seiten des Mesa (11A) eine weitere Manteischicht (5) angebracht wird und anschließend nach Anbringen einer zweiten Maske (31) am Ort des Mesa (11A) eine Öffnung in die Halbleiterschichtstruktur geätzt wird, wodurch zumindest die obere Manteischicht (4) und die aktive Schicht (3) entfernt werden und die Endfläche (20) des Mesa geformt und mit einer Krümmung versehen wird, woraufhin mit Hilfe eines weiteren Abscheidungsschritts gegen die Endfläche (20) an die Deckschicht (9) angebracht wird und schließlich mittels Spaltung getrennte Dioden erhalten werden, wobei eine Spaltfläche (50) durch die Deckschicht (9) hergestellt wird.