DE69727608T2

DE69727608T2 - Halbleiterlaservorrichtung und zugehöriges Entwurfsverfahren

Info

Publication number: DE69727608T2
Application number: DE69727608T
Authority: DE
Inventors: Nobuhiko Hayashi; Daisuke Hirakata-shi Ide; Akira Hirakata-shi Ibaraki
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1996-03-28
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: EP0798832A2; CN1169047A; CN1096729C; EP0798832A3; DE69727608D1; KR970068066A; EP0798832B1; TW342545B; CN1427516A; CN1255913C; KR100468170B1; US5960019A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung und ein Verfahren zum Konstruieren derselben.
In jüngsten Jahren sind Halbleiterlaservorrichtungen umfassend erforscht und entwickelt worden, die mit geringem Betriebsstrom betrieben werden können. Im IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS (Bd. 1, Nr. 2, 102–109 (1995)) wurde berichtet, dass der Betriebsstrom bei einer Halbleiterlaservorrichtung, die durch einen reellen bzw. reellen Brechungsindex geführt ist und eine transparente Stromblockierungsschicht verwendet, gesenkt werden kann.
Bei einer solchen durch einen reellen Brechungsindex geführten Halbleiterlaservorrichtung wird angenommen, dass sich eine Transversalmode stabilisiert, wenn eine reellen Brechungsindexdifferenz in einem gewissen Ausmaß groß ist. Im oben angeführten Artikel beträgt die reelle Brechungsindex-Differenz etwa 5 × 10^–3.
Bei der oben erwähnten durch einen reellen Brechungsindex geführten Halbleiterlaservorrichtung mit transparenter Stromblockierungsschicht ist es jedoch schwierig, bei fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung eine höhere Lichtausgangsleistung zu erzielen.
Zudem kann bei der oben erwähnten durch einen reellen Brechungsindex geführten Halbleiterlaservorrichtung der Verlust innerhalb eines Hohlraums verringert werden, wodurch eine hohe Lichtausgangsleistung möglich ist. Wenn die Halbleiterlaservorrichtung in einem optischen Aufnehmer als Lichtquelle für eine wiederbeschreibbare Bildplatte wie eine magnetooptische Platte oder eine Phasenänderungsplatte verwendet wird, ist jedoch die Erzeugung einer höheren Lichtausgangsleistung erforderlich. Darüber hinaus ist es beim Beschreiben mit einer mehr als vierfachen Geschwindigkeit in Bezug auf die Ausgangsleistung der Laservorrichtung erwünscht, dass die maximale Lichtausgangsleistung nicht weniger als 70 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung beträgt und eine horizontale Strahldivergenz θ_H in horizontaler Richtung nicht kleiner als 6,5° ist, um die Rauscheigenschaften oder dergleichen zu reduzieren, wenn die Halbleitervorrichtung vom optischen Aufnehmer getragen wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleiterlaservorrichtung, die eine hohe Lichtausgangsleistung in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung erzeugen kann, sowie ein Verfahren zum Konstruieren derselben bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleiterlaservorrichtung, die die maximale Lichtausgangsleistung in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung und eine horizontale Strahldivergenz θ_H in der horizontalen Richtung erhöhen kann, sowie ein Verfahren zum Konstruieren derselben bereitzustellen.
Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mantelschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht, eine Mantelschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps sowie eine Stromblockierungsschicht, die eine streifenförmige Öffnung mit einer vorbestimmten Breite aufweist, um einen Stromweg zu beschränken und den Stromweg zu bilden, und die einen größeren Bandabstand aufweist als die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und einen kleineren Brechungsindex aufweist als die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps in dieser Reihenfolge, wobei die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps einen ebenen Abschnitt und einen streifenförmigen Rippenabschnitt auf dem ebenen Abschnitt aufweist, wobei der Rippenabschnitt in der Öffnung der Stromblockierungsschicht angeordnet ist, wobei die Stromblockierungsschicht so geformt ist, dass sie die Deckfläche des ebenen Abschnitts und die Seitenfläche des Rippenabschnitts bedeckt, und eine Differenz Δn zwischen einem reellen bzw. reellen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der der Öffnung entspricht (d. h. ein Bereich in einem Licht emittierenden Bereich, der der Öffnung gegenüberliegt, oder/und ein Bereich im Licht emittierenden Bereich, der die Öffnung einschließt), und einem reellen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der beiden Seiten der Öffnung entspricht (d. h. ein Bereich im Licht emittierenden Bereich, der beiden Seiten der Öffnung gegenüberliegt, oder/und ein Bereich im Licht emittierenden Bereich, der beide Seiten der Öffnung einschließt), und die Breite W [μm] der Öffnung die folgende Beziehung erfüllen: Δn ≥ 2 × 103, W ≤ –1,6 × 103 × Δn + 9,3 und W ≥ 3,0
In diesem Fall wird eine sogenannte Steghohlleiter-Halbleiterlaservorrichtung bereitgestellt. Die Breite des Rippen- bzw. Stegabschnitts kann in einem Abstand von der aktiven Schicht entfernt mit zunehmendem Abstand abnehmen.
Bei der Halbleiterlaservorrichtung kann eine hohe Lichtausgangsleistung bei niedrigem Betriebsstrom und in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung erhalten werden. Es ist beispielsweise möglich, eine Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 100 mW zu erhalten.
Da der Unterschied Δn zwischen den reellen Brechungsindices nicht weniger als 2 × 10^–3 wird eine vom reellen Brechungsindex geführten Struktur problemlos aufrechterhalten. Da die Breite W der Öffnung nicht weniger als 3,0 μm ausmacht, wird eine hohe Zuverlässigkeit erzielt.
Noch bevorzugter erfüllen der Unterschied Δn zwischen den reellen Brechungsindices und die Breite W der Öffnung folgende Beziehung: W ≤ –1,5 × 103 × Δn + 8,55
In diesem Fall wird eine Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 150 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung erhalten.
Die Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps kann aus Al_xGa_1-xAs, die aktive Schicht aus Al_qGa_1-qAs (1 > x > q ≥ 0), die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps aus Al_yGa_1-yAs (y > q) und die Stromblockierungsschicht aus Al₂Ga_1-zAs bestehen.
Hierbei wird die Lichtausgangsleistung bei niedrigem Betriebsstrom und in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung erhalten. Es ist beispielsweise möglich eine Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 100 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung zu erhalten.
Der Unterschied Δn zwischen den reellen Brechungsindices kann durch Wählen des Al-Zusammensetzungsanteils z der Stromblockierungsschicht und der Dicke der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf beiden Seiten der Öffnung festgelegt werden.
Vorzugsweise beträgt der Al-Zusammensetzungsanteil x der Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der Al-Zusammensetzungsanteil y der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps nicht weniger als 0,4 und nicht mehr als 0,6.
Es wird bevorzugt, dass der Al-Zusammensetzungsanteil z der Stromblockierungsschicht höher ist als der Al-Zusammensetzungsanteil y der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps. Noch bevorzugter beträgt der Unterschied zwischen dem Al-Zusammensetzungsanteil z der Stromblockierungsschicht und der Al-Zusammensetzungsanteil y der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps nicht weniger als 0,02. In diesem Fall ist es möglich, problemlos einen geeigneten Unterschied zwischen den reellen Brechungsindices zu realisieren.
Der Al-Zusammensetzungsanteil z der Stromblockierungsschicht ist vorzugsweise nicht höher als 0,6. Folglich steigt die Kristallinität der Stromblockierungsschicht, wodurch auch die Kristallinität einer auf der Stromblockierungsschicht ausgebildeten Schicht erhöht wird. Dadurch ist es möglich, eine Halbleiterlaservorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitzustellen.
Es wird bevorzugt, dass die Stromblockierungsschicht zumindest eine Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps umfasst. In diesem Fall bestehen die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps in der Stromblockierungsschicht und die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps aus entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen, wodurch eine ausreichende Stromblockierung ermöglicht wird. Die Stromblockierungsschicht kann lediglich durch die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet werden.
Die Stromblockierungsschicht kann eine erste auf der aktiven Schicht ausgebildete Schicht und eine zweite auf der ersten Schicht ausgebildete Schicht umfassen, wobei die zweite Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp sein kann und die erste Schicht eine geringere Störstellenkonzentration als die zweite Schicht aufweisen kann. Hierbei kann verhindert werden, dass Störstellen von der Stromblockierungsschicht in die aktive Schicht verbreitet werden. Insbesondere wird bevorzugt, dass die erste Schicht eine nicht dotierte Schicht ist.
Wenn die Stromblockierungsschicht aus der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps besteht, kann die Störstellenkonzentration der Stromblockierungsschicht in einem Abstand von der aktiven Schicht entfernt mit abnehmendem Abstand sinken.
Eine weitere Schicht mit einer Dicke von nicht mehr als 300 Å, wie z. B. eine Ätzstopschicht, kann in der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps vorhanden sein, da die Differenz zwischen den reellen Brechungsindices kaum beeinträchtigt wird.
Zudem kann eine Stromblockierungsschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die Laserlicht absorbiert, auf der Stromblockierungsschicht bereitgestellt sein.
Es wird bevorzugt, dass die Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps auf einem Halbleitersubstrat des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet wird. Bei den AlGaAs-System-Halbleiterlaservorrichtungen wird vorzugsweise ein GaAs-Substrat verwendet.
Die aktive Schicht kann eine Einzelquantentopfstruktur aus einer einzelnen Quantentopfschicht, eine Mehrfachquantentopfstruktur durch abwechselndes Aufeinanderschichten von Quantentopfschichten und Sperrschichten oder eine Einzelschicht ohne Quanteneffekt aufweisen.
Die Mehrfachquantentopfstruktur der AlGaAs-System-Halbleiterlaservorrichtung kann Quantentopfschichten aus Al_qGa1-qAs (1 > x > q ≥ 0,1 > y > q ≥ 0) und Sperrschichten aus Al_qGa_1-qAs (x ≥ p > q, y ≥ p > q) umfassen.
Die Halbleiterlaservorrichtung erreicht vorzugsweise eine Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 100 mW in fundamentaler Trasnversalmoden-Laserstrahlung. Noch bevorzugter erzielt die Halbleiterlaservorrichtung eine Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 150 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserleistung.
Ein Verfahren zum Konstruieren einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Konstruieren einer Halbleiterlaservorrichtung, die eine Mantelschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps aus Al_xGa_1-xAs, eine aktive Schicht aus Al_qGa_1-qAs (1 > x > q ≥ 0), eine Mantelschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der aus Al_yGa_1-yAs (y > q) zusammengesetzt ist, und eine Stromblockierungsschicht umfasst, die eine streifenförmige Öffnung mit einer vorbestimmten Breite aufweist, um einen Stromweg zu beschränken und den Stromweg zu bilden, und die aus Al_zGa_1-zAs (1 ≥ z > y) in dieser Reihenfolge besteht, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: das Festsetzen einer Differenz Δn zwischen einem reellen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der der Öffnung entspricht, und einem reellen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der beiden Seiten der Öffnung entspricht, und der Breite W der Öffnung auf solche Weise, dass vorbestimmte Lichtausgangsleistung bei fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung erzielt wird, und das Auswählen des Al-Zusammensetzungsanteils z der Stromblockierungsschicht und die Dicke der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf den beiden Seiten der Öffnung auf solche Weise, dass die Differenz Δn zwischen den reellen Brechungsindices erzielt wird,
worin der Schritt des Festsetzens den Schritt des Festsetzens der Differenz Δn zwischen den reellen Brechungsindices und der Breite W [μm] der Öffnung auf solche Weise umfasst, dass die folgenden Beziehungen gelten: Δn ≥ 2 × 10–3 und W ≤ -1,6 × 103 × Δn + 9,3
Durch die Erfindung ist es möglich, eine Halbleiterlaservorrichtung zu erhalten, die eine hohe Lichtausgangsleistung bei geringem Betriebsstrom und in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung, z. B. eine Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 100 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung, erreichen kann.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Festsetzens den Schritt des Festsetzens der Differenz Δn zwischen den reellen Brechungsindices und der Breite W [μm] der Öffnung auf solche Weise, dass die folgende Beziehung gilt: W ≤ –1,5 × 103 × Δn + 8,55
Folglich wird eine Halbleiterlaservorrichtung erhalten, die eine Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 150 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung erzielt.
Der Schritt des Festsetzens umfasst vorzugsweise den Schritt des Festsetzens der Breite W der Öffnung auf nicht weniger als 3,0 μm. Folglich wird eine Halbleiterlaservorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit erhalten.
Die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps kann einen ebenen Abschnitt und einen streifenförmigen Rippenabschnitt auf dem ebenen Abschnitt umfassen, wobei der Rippenabschnitt in der Öffnung der Stromblockierungsschicht angeordnet sein kann und die Stromblockierungsschicht so ausgebildet sein kann, dass sie die Deckfläche des ebenen Abschnitts und die Seitenfläche des Rippenabschnitts bedeckt. In diesem Fall wird eine sogenannte Steghohlleiter-Halbleiterlaservorrichtung bereitgestellt. Die Breite des Rippen- bzw. Stegabschnitts kann in einem Abstand von der aktiven Schicht entfernt mit zunehmendem Abstand abnehmen.
Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mantelschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine aktive Schicht, eine Mantelschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps sowie eine Stromblockierungsschicht mit einer streifenförmigen Öffnung mit einer vorbestimmten Breite, um einen Stromweg zu beschränken und den Stromweg zu bilden, und die einen größeren Bandabstand aufweist als die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und einen kleineren Brechungsindex aufweist als die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps in dieser Reihenfolge, wobei die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps einen ebenen Abschnitt und einen streifenförmigen Rippenabschnitt auf dem ebenen Abschnitt aufweist, wobei der Rippenabschnitt in der Öffnung der Stromblockierungsschicht angeordnet ist, wobei die Stromblockierungsschicht so geformt ist, dass sie die Deckfläche des ebenen Abschnitts und die Seitenfläche des Rippenabschnitts bedeckt, und eine Differenz Δn zwischen einem reellen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der der Öffnung entspricht, und einem reellen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der beiden Seiten der Öffnung entspricht, und die Breite W [μm] der Öffnung die folgenden Beziehungen erfüllen: 2,4 × 10–3 ≤ Δn ≤ 3,5 × 10–3, W ≥ 2,5, W ≤ -1,33 × 103 × Δn + 8,723 und W ≤ 2,25 × 103 × Δn – 2,8
In diesem Fall wird eine sogenannte Steghohlleiter-Halbleiterlaservorrichtung bereitgestellt. Die Breite des Rippen- bzw. Stegabschnitts kann in einem Abstand von der aktiven Schicht entfernt mit zunehmendem Abstand abnehmen.
Bei der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine hohe maximale Lichtausgangsleistung und eine große horizontale Strahldivergenz in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung erreicht werden. Es ist möglich, die maximale Lichtausgangsleistung auf nicht weniger als z. B. 70 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung zu erhöhen sowie die horizontale Strahldivergenz auf nicht weniger als z. B. 6,5° zu steigern.
Noch bevorzugter erfüllen der Unterschied Δn zwischen den reellen Brechungsindices und die Breite W [μm] der Öffnung die folgende Beziehung: W ≤ -1,33 × 103 × Δn + 7,923
Hierbei wird eine maximale Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 100 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung erzielt.
Noch bevorzugter erfüllen der Unterschied Δn zwischen den reellen Brechungsindices und die Breite W [μm] der Öffnung folgende Beziehung: W ≤ 2,25 × 103 × Δn – 3,175
In diesem Fall ist es möglich, die horizontale Strahldivergenz auf nicht weniger als 7° zu erhöhen.
Die Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps kann aus Al_xGa_1-xAs, die aktive Schicht aus AlgGa_1-qAs (1 > x > q ≥ 0), die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps aus Al_yGa_1-yAs (y > q) und die Stromblockierungsschicht aus Al_zGa_1-zAs bestehen.
Hierbei kann eine maximale Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 70 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserleistung erzielt werden und die horizontale Strahldivergenz kann nicht weniger als 6,5° betragen.
Der Unterschied Δn zwischen den reellen Brechungsindices kann festgesetzt werden, indem der Al-Zusammensetzungsanteil z der Stromblockierungsschicht und die Dicke der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf beiden Seiten der Öffnung ausgewählt werden.
Der Al-Zusammensetzungsanteil x der Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und der Al-Zusammensetzungsanteil y der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps betragen vorzugsweise nicht weniger als 0,4 und nicht mehr als 0,6.
Es wird bevorzugt, dass der Al-Zusammensetzungsanteil z der Stromblockierungsschicht höher ist als der Al-Zusammensetzungsanteil y der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps. Noch bevorzugter beträgt der Unterschied zwischen dem Al-Zusammensetzungsanteil z der Stromblockierungsschicht und der Al-Zusammensetzungsanteil y der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps nicht weniger als 0,02. In diesem Fall ist es möglich, problemlos einen passenden Unterschied zwischen den reellen Brechungsindices zu realisieren.
Der Al-Zusammensetzungsanteil z der Stromblockierungsschicht beträgt vorzugsweise nicht mehr als 0,6. Dadurch erhöht sich die Kristallinität der Stromblockierungsschicht, wodurch wiederum die Kristallinität einer auf der Stromblockierungsschicht ausgebildeten Schicht erhöht wird. Als Ergebnis ist es möglich, eine Halbleiterlaservorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit bereitzustellen.
Die Stromblockierungsschicht umfasst vorzugsweise zumindest eine Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps. In diesem Fall bestehen die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps in der Stromblockierungsschicht und die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps aus entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen, wodurch eine ausreichende Stromblockierung möglich wird. Die Stromblockierungsschicht kann durch lediglich eine Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet werden.
Die Stromblockierungsschicht kann eine auf der aktiven Schicht ausgebildete erste Schicht und eine auf der ersten Schicht ausgebildete zweite Schicht umfassen, wobei die zweite Schicht aus dem ersten Leitfähigkeitstyp bestehen kann und die erste Schicht eine geringere Störstellenkonzentration als die zweite Schicht aufweisen kann. In diesem Fall kann verhindert werden, dass sich Störstellen von der Stromblockierungsschicht in die aktive Schicht verbreiten. Insbesondere wird bevorzugt, dass die erste Schicht eine nicht dotierte Schicht ist.
Wenn die Stromblockierungsschicht durch die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet wird, kann die Störstellenkonzentration der Stromblockierungsschicht in einem Abstand von der aktiven Schicht entfernt mit abnehmendem Abstand sinken.
Eine weitere Schicht mit einer Dicke von nicht mehr als 300 Å z. B. eine Ätzstopschicht, kann in der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps vorhanden sein, da der Unterschied zwischen den reellen Brechungsindices kaum beeinträchtigt wird.
Zudem kann eine Stromblockierungsschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, die Laserlicht absorbiert, auf der Stromblockierungsschicht bereitgestellt werden.
Es wird bevorzugt, dass die Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps auf einem Halbleitersubstrat des ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet ist. Bei der AlGaAs-System-Halbleiterlaservorrichtung wird vorzugsweise ein GaAs-Substrat verwendet.
Die aktive Schicht kann eine Einzelquantentopfstruktur aus einer einzelnen Quantentopfschicht, eine Mehrfachquantentopfstruktur durch abwechselndes Aufeinanderschichten von Quantentopfschichten und Sperrschichten oder eine Einzelschicht ohne Quanteneffekt aufweisen.
Die Mehrfachquantentopfstruktur der AlGaAs-System-Halbleiterlaservorrichtung kann Quantentopfschichten aus Al_qGa_1-qAs (1 > x > q ≥ 0,1 > y > q ≥ 0) und Sperrschichten aus Al_pGa_1-pAs (x ≥ p > q, y ≥ p > q) umfassen.
Die Halbleiterlaservorrichtung erreicht vorzugsweise eine maximale Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 70 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung. Noch bevorzugter erzielt die Halbleiterlaservorrichtung eine maximale Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 100 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung. Andererseits wird bevorzugt, dass die Halbleiterlaservorrichtung eine horizontale Strahldivergenz von nicht weniger als 6,5° erreicht. Noch bevorzugter erzielt die Halbleiterlaservorrichtung eine horizontale Strahlendivergenz von nicht weniger als 7°.
Wenn sich ein Strahl einem Umlauf nähert, kann das optische Einstellen in einem optischen Aufnehmer erleichtert werden. Da eine vertikale Strahldivergenz größer ist als die horizontale Strahldivergenz, z. B. etwa 15 bis 30°, kann die horizontale Strahldivergenz mit demselben Ausmaß wie die vertikale Strahldivergenz hoch sein.
Zudem kann die horizontale Strahldivergenz leicht erhöht werden, wenn die Hohlraumlänge verringert wird. Andererseits sinkt bei einer Hohlraumlänge von weniger als etwa 300 μm das Ausmaß an optischer Zerstörung (COD, catastrophic optical damage).
Folglich liegt die Hohlraumlänge vorzugsweise im Bereich von nicht weniger als 300 um und nicht mehr als 600 μm.
Ein Verfahren zum Konstruieren einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Konstruieren einer Halbleiterlaservorrichtung mit einer Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps aus Al_xGa_1-xAs, einer aktiven Schicht aus Al_qGa_1-qAs (1 > x > q ≥ 0), einer Mantelschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die aus Al_yGa_1-yAs (y > q) besteht, sowie einer Stromblockierungsschicht, die eine streifenförmige Öffnung mit einer vorbestimmten Breite aufweist, um einen Stromweg zu beschränken und den Stromweg zu bilden, und die aus Al_zGa_1-zAs (1 ≥ z > y) in dieser Reihenfolge besteht, folgende Schritte umfassend: das Festsetzen einer Differenz Δn zwischen einem realen bzw. reellen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der der Öffnung entspricht, und einem reellen bzw. reellen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der beiden Seiten der Öffnung entspricht, und der Breite W der Öffnung auf solche Weise, dass bei fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung eine vorbestimmte Lichtausgangsleistung und eine vorbestimmte horizontale Strahlendivergenz erzielt werden, und das Auswählen des Al-Zusammensetzungsanteils z der Stromblockierungsschicht und der Dicke der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf den beiden Seiten der Öffnung auf solche Weise, dass die Differenz Δn zwischen den reellen Brechungsindices erzielt wird,
worin der Schritt des Festsetzens den Schritt des Festsetzens der Differenz Δn zwischen den realen (reellen) Brechungsindices und der Breite W [μm] der Öffnung auf solche Weise umfasst, dass die folgenden Beziehungen gelten: 2,4 × 10–3 ≤ Δn ≤ 3,5 × 10–3 W ≥ 2,5, W ≤ –1,33 × 103 × Δn + 8,723 und W ≤ 2,25 × 103 × Δn – 2,8
Durch die Erfindung ist es möglich, eine Halbleiterlaservorrichtung zu erhalten, die eine maximale Lichtausgangsleistung in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung und eine große horizontale Strahldivergenz, wie z. B. eine Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 70 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung und eine horizontale Strahldivergenz von nicht weniger als 6,5°, aufweist.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Festsetzens den Schritt des Festsetzens der Differenz Δn zwischen den reellen Brechungsindices und der Breite W [μm] der Öffnung auf solche Weise, dass die folgende Beziehung gilt: W ≤ –1,33 × 103 × Δn + 7,923
In diesem Fall wird eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer maximalen Lichtausgangsleistung von nicht weniger als 100 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung erhalten.
Der Schritt des Festsetzens umfasst vorzugsweise den Schritt des Festsetzens der Differenz Δn zwischen den reellen Brechungsindices und der Breite W [μm] der Öffnung auf solche Weise, dass die folgende Beziehung gilt: W ≤ 2,25 × 103 × Δn – 3,175
Hierbei wird eine Halbleiterlaservorrichtung erhalten, die eine horizontale Strahldivergenz von nicht weniger als 7° erreicht.
Die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps kann einen ebenen Abschnitt und einen streifenförmigen Rippenabschnitt auf dem ebenen Abschnitt umfassen. Der Rippenabschnitt kann in der Öffnung der Stromblockierungsschicht angeordnet sein, und die Stromblockierungsschicht kann so ausgebildet sein, dass die Deckfläche des ebenen Abschnitts und die Seitenfläche des Rippenabschnitts bedeckt. In diesem Fall wird eine sogenannte Steghohlleiter-Halbleiterlaservorrichtung bereitgestellt. Die Breite des Rippenabschnitts kann in einem Abstand von der aktiven Schicht entfernt mit zunehmendem Abstand abnehmen.
Die vorhergehenden und andere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Abbildungen ersichtlich.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer reellen Brechungsindexdifferenz Δn und der maximalen Lichtausgangsleistung Pk veranschaulicht, wenn fundamentale Transversalmoden-Laserstrahlung in der in 1 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung möglich ist;
3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer reellen Brechungsindexdifferenz Δn, der erhaltenen maximalen Lichtausgangsleistung Pk, wenn fundamentale Transversalmoden-Laserstrahlung möglich ist, und einer Streifenbreite W bei der Halbleiterlaservorrichtung aus 1;
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Diagramm, das eine schematische Bandstruktur in einer aktiven Schicht und der Umgebung davon bei der Halbleiterlaservorrichtung aus 4 zeigt;
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer reellen Brechungsindexdifferenz Δn, der erhaltenen maximalen Lichtausgangsleistung Pk, wenn fundamentale Transversalmoden-Laserstrahlung möglich ist, einer Streifenbreite W und einer horizontalen Strahldivergenz θ_H bei der Halbleiterlaservorrichtung aus 4;
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Streifenbreite W und der optischen Zerstörung COD (catastrophic optical damage) bei der Halbleiterlaservorrichtung aus 4 zeigt; und
8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer reellen Brechungsindexdifferenz Δn und dem Astigmatismus bei der Halbleiterlaservorrichtung aus 4 veranschaulicht.
Eine AlGaAs-System-l-lalbleiterlaservorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand von 1 beschrieben.
In 1 werden eine mit Se dotierte n-Typ-GaAs-Pufferschicht 2 mit einer Dicke von 0,5 μm, eine mit Se dotierte n-Typ-Al_sGa_1-sAs-Pufferschicht 3 mit einer Dicke von 0,1 um und eine mit Se dotierte n-Typ-Al_xGa_1-xAs-Mantelschicht 4 mit einer Dicke von 2,3 um in dieser Reihenfolge auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 1 ausgebildet, wobei x > s > 0. In der vorliegenden Ausführungsform ist s = 0,18 und x = 0,45.
Eine undotierte optische Al_vGa_1-vAs-Führungsschicht 5 mit einer Dicke von 410 Å eine nicht unaktive Schicht 6 mit einer Einzelquantentopfstruktur, die aus Al_qGa_1-qAs besteht und eine Dicke von 100 A aufweist, und eine undotierte optische Al_wGa_1-wAs-Führungsschicht 7 mit einer Dicke von 410 A werden in dieser Reihenfolge auf der n-Typ-Mantelschicht 4 ausgebildet, wobei 1 > x > v, v > q ≥ 0 und w > q ≥ 0 und y1 > w und y2 > w ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist v = 0,35, q = 0,035 und w = 0,35.
Eine mit Zn dotierte p-Typ-Al_yGa_1-yAs-Mantelschicht 8 mit einer Dicke von t μm ist auf der optischen Leiterschicht 7 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform ist y1 = 0,45.
Eine streifenförmige mit Zn dotierte p-Typ-Al_uGa_1-uAs-Ätzstopschicht 9 mit einer Dicke von 200 Å die sich in die vertikale Richtung (in die Richtung der Hohlraumlänge) erstreckt, eine streifenförmige mit Zn dotierte p-Typ-Al_y2Ga_1-y2As-Mantelschicht 10 mit einer Dicke von 2 μm und eine streifenförmige mit Zn dotierte p-Typ-GaAs-Deckschicht 11 mit einer Dicke von 0,4 μm werden in dieser Reihenfolge auf einem sich ungefähr in der Mitte befindenden Teil der p-Typ-Mantelschicht 8 ausgebildet. Die p-Typ Ätzstopschicht 9 besitzt eine Breite W μm. Die Breite W μm wird zur Breite einer Öffnung, die einen Stromweg ausbildet. Hierbei ist 1 ≥ u > y1 und 1 ≥ u > y2. In der vorliegenden Ausführungsform ist u = 0,7 und y2 = 0,45. Die p-Typ-Ätzstopschicht 9, die p-Typ-Mantelschicht 10 und die p-Typ-Deckschicht 11 bilden einen streifenförmigen Rippenabschnitt 12.
Eine nicht dotierte Al_z1Ga_1-1zAs-Stromblockierungsschicht 13 mit einer Dicke von 0,3 um, eine mit Se dotierte n-Typ-Al_z2Ga_1-z2As-Stromblockierungsschicht 14 mit einer Dicke von 0,2 μm und eine mit Se dotierte n-Typ-GaAs-Stromblockierungsschicht 15 mit einer Dicke von 0,3 μm werden in dieser Reihenfolge auf der p-Typ-Mantelschicht 8 ausgebildet, um die Seitenfläche des Rippenabschnitts 12 zu bedecken, wobei 1 ≥ z1 > y1, 1 ≥ z1 > y2, 1 ≥ z2 > y1 und 1 ≥ z2 > y2.
Eine mit Zn dotierte p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 16 mit einer Dicke von 6 μm wird auf der Deckfläche der p-Typ-Deckschicht 11, der Endfläche der nicht dotierten Stromblockierungsschicht 13, der Endfläche der n-Typ-Stromblockierungsschicht 14 und der Deckfläche sowie der Endfläche der n-Typ-Stromblockierungsschicht 15 ausgebildet.
Eine p-Seiten-Elektrode 17 aus Cr/Au wird auf der p-Typ-Kontaktschicht 16 ausgebildet und eine n-Seiten-Elektrode 18 aus Cr/Sn/Au wird auf der Unterseite des n-Typ-Substrats 1 ausgebildet.
Nun wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der oben angeführten Halbleiterlaservorrichtung beschrieben.
Zuerst werden die n-Typ-GaAs-Pufferschicht 2, die n-Typ-AlGaAs-Pufferschicht 3, die n-Typ-AlGaAs-Mantelschicht 4, die nicht dotierte optische AlGaAs-Führungsschicht 5, die nicht dotierte aktive Schicht 6, die nicht dotierte optische AlGaAs-Führungsschicht 7, die p-Typ-AlGaAs-Mantelschicht (ebener Abschnitt) 8, die p-Typ-AlGaAs- oder AlAs-Ätzstopschicht 9, die p-Typ-Mantelschicht 10 (+ entsprechend, ein Rippenabschnitt wird später ausgebildet) und die p-Typ-GaAs-Deckschicht 11 werden kontinuierlich auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 1 gezüchtet, und zwar durch ein Dampfphasenepitaxie (VPE, vapor phase epitaxy)-Verfahren wie metallorganische Dampfphasenbeschichtung (MOCVD, metal organic chemical vapor deposition) oder Molekularstrahlepitaxie (MBE, molecular beam epitaxy). Die p-Typ-Deckschicht 11 ist eine Schutzschicht, die verhindert, dass kein Kristallwachstum auf der p-Typ-Mantelschicht 10 durch Aussetzen und Oxidieren der p-Typ-Mantelschicht 10 im Zuge des Herstellungsverfahrens möglich ist.
Ein streifenförmiger SiO₂-Film wird nun auf der p-Typ-GaAs-Deckschicht 11 ausgebildet und die Schichten unter der p-Typ-Ätzstopschicht 9 werden unter Verwendung des SiO₂-Films als Maske selektiv weggeätzt, nachdem die Ätzstopschicht 9 ebenfalls unter Verwendung des SiO₂-Films als Maske weggeätzt worden sind, um den Rippenabschnitt 12 auszubilden. Da die Ätzstopschich 9 einen hohen Al-Zusammensetzungsanteil aufweist, ist es schwierig, nach dem Ätzschritt einen Kristall mit guter Kristallinität auf der Ätzstopschicht 9 zu zuchten. Daher wird die Ätzstopschicht 9 bei der vorliegenden Ausführungsform entfernt.
Die Stromblockierungsschichten 13, 14 und 15 werden dann durch das oben erwähnte Dampphasenepitaxieverfahren kontinuierlich auf der Mantelschicht 8 gezüchtet, um die Seitenfläche des Rippenabschnittts 12 zu bedecken, so dass die Deckfläche der Deckschicht 11 freigelegt wird. Danach wird die p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 16 durch das oben erwähnte Dampfphasenepitaxieverfahren auf den Deckflächen der Stromblockierungsschichten 13, 14 und 15 sowie der Deckschicht 11 gezüchtet.
Bei der Halbleiterlaservorrichtung weisen die Stromblockierungsschichten 13 und 14 mit einer streifenförmigen Öffnung (mit einer Streifenbreite W) zum Begrenzen eines Stromwegs sowie zum Ausbilden des Stromwegs größere Bandabstände und kleinere Brechungsindices auf als die p-Typ-Mantelschichten 8 und 10. Folglich kann ein reeller Brechungsindex in einem Bereich a, der der Öffnung entspricht, in einem Licht emittierenden Bereich (ein Bereich, der in 1 schematisch durch eine Ellipse aus einer strichpunktierten Linie angedeutet ist) größer gemacht werden, als ein reeller Brechungsindex in einem Bereich b, der beiden Seiten der Öffnung entspricht. Daher kann die Halbleiterlaservorrichtung als eine durch einen reellen Brechungsindex geführte Halbleiterlaservorrichtung betrieben werden. Eine reelle Brechungsindexdifferenz steht für eine Differenz zwischen dem Brechungsindex von Licht mit Laserwellenlänge, das im Bereich a abgetastet wird, und dem Brechungsindex von Licht, das im Bereich b abgetastet wird.
Durch die oben angeführte Konstruktion werden die Stromblockierungsschichten 13 und 14 zu transparenten Stromblockierungsschichten, die Laserlicht gegenüber durchlässig sind.
Die reelle Brechungsindexdifferenz wird, wenn die Halbleiterlaservorrichtung nicht betrieben wird (der reelle Brechungsindex im Bereich a, der der Öffnung entspricht, abzüglich dem reellen Brechungsindex im Bereich b, der beiden Seiten der Öffnung entspricht) wird durch Auswählen der jeweiligen Al-Zusammensetzungsanteile z1 und Z2 der Stromblockierungsschichten 13 und 14 oder der Dicke t der Mantelschicht 8 verändert, um die maximale Lichtausgangsleistung in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung zu messen. Die Ergebnisse sind in 2 dargestellt. In diesem Fall sind ein reflektierender Film mit einem Reflexionsindex von 2% bzw. ein reflektierender Film mit einem Reflexionsindex von 95% auf einer Vorderseite und einer Rückseite der Halbleiterlaservorrichtung bereitgestellt, und die Hohlraumlänge ist auf 1200 μm festgesetzt, um bei einer Umgebungstemperatur von 25°C Messungen durchzuführen. Die jeweiligen Al-Zusammensetzungsanteile z1 und z2 der Stromblockierungsschichten 13 und 14 und die Dicke t der p-Typ-Mantelschicht 8 an den entsprechenden in 2 dargestellten Punkten sind in Tabelle 1 angeführt. Die Streifenbreite der Proben A1 bis A5 beträgt 4,5 μm.
Tabelle 1
2 zeigt, dass die maximal erhaltene Lichtausgangsleistung, wenn fundamentale Transversalmoden-Laserstrahlung möglich ist, nicht weniger als 100 mW beträgt, wenn die reelle Brechungsindexdifferenz nicht größer als 3 × 10^–3 ist, nicht weniger als 150 mW, wenn die reelle Brechungsindexdifferenz nicht mehr als 2,6 × 10^–3 ausmacht, und nicht weniger als 200 mW, wenn die reelle Brechungsindexdifferenz nicht größer als 2,3 × 10³ ist.
Zudem werden bei einer Lichtausgangsleistung von 100 mW ein Laser-Schwellenstrom von 43 mA, ein Betriebsstrom von 140 mA, eine vertikale Strahldivergenz von 18° und eine horizontale Strahldivergenz von 7° erhalten, wenn die reelle Brechungsindexdifferenz nicht mehr als 3 × 10^–3 beträgt, während bei einer Lichtausgangsleistung von 170 mW ein Laser-Schwellenstrom von 45 mA, ein Betriebsstrom von 185 mA, eine vertikale Strahlendivergenz von 18° und eine horizontale Strahldivergenz von 7° erhalten werden, wenn die reelle Brechungsindexdifferenz nicht mehr als 2,5 × 10^–3 beträgt.
Bei einer reellen Brechungsindexdifferenz von nicht mehr als 2,3 × 10³ werden ein Laser-Schwellenstrom von 47 mA, ein Betriebsstrom von 235 mA, eine vertikale Strahldivergenz von 18° und eine horizontale Strahldivergenz von 6,5° bei einer Lichtausgangsleistung von 200 mW erhalten.
Wenn die reelle Brechungsindexdifferenz also nicht mehr als 3 × 10^–3 beträgt, wird eine hohe Lichtausgangsleistung bei einem niedrigen Betriebsstrom in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung erhalten.
Bei der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird die reelle Brechungsindexdifferenz auf nicht mehr als 3 × 10^–3 und vorzugsweise auf nicht mehr als 2,6 × 10^–3 festgesetzt.
Die reelle Brechungsindexdifferenz Δn wird, wenn die Halbleiterlaservorrichtung nicht betrieben wird (der reelle Brechungsindex im Bereich a, der der Öffnung entspricht, abzüglich dem reellen Brechungsindex im Bereich b, der beiden Seiten der Öffnung entspricht), verändert, indem die jeweiligen Al-Zusammensetzungsanteile z1 und z2 der Stromblockierungsschichten 13 und 14, die Dicke t der p-Typ-Mantelschicht 8 und die Streifenbreite W ausgewählt werden, um die maximale Lichtausgangsleistung Pk in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung zu messen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angeführt. Hierbei sind ein reflektierender Film mit einem Reflexionsindex von 2% bzw. ein reflektierender Film mit einem Reflexionsindex von 95% auf einer Vorderseite und einer Rückseite der Halbleiterlaservorrichtung bereitgestellt, und die Hohlraumlänge ist auf 1200 μm eingestellt, um bei einer Umgebungstemperatur von 25°C Messungen durchzuführen. Die Proben B4, B9, B14, B18 und B21 entsprechen jeweils den Proben A1, A2, A3, A4 und A5.
Tabelle 2
3 zeigt die Beziehung zwischen der reellen Brechungsindexdifferenz Δn, der maximal erhaltenen Lichtausgangsleistung Pk, wenn fundamentale Transversalmoden-Laserstrahlung möglich ist, und der Streifenbreite W, die anhand der Proben B1 bis B21 in Tabelle 1 erhalten werden. Fundamentale Transversalmoden-Laserstrahlung wird bei allen Proben B1 bis B21 erzeugt.
3 veranschaulicht, dass die Streifenbreite W und die reelle Brechungsindexdifferenz Δn, die einen Bereich unter einer geraden Linie L einschließlich der geraden Linie L erfüllen, gewählt werden müssen, damit die maximale Lichtausgangsleistung Pk nicht weniger als 100 mW beträgt, und dass die Streifenbreite W und die reelle Brechungsindexdifferenz Δn, die einen Bereich unterhalb einer geraden Linie M einschließlich der geraden Linie M erfüllen, gewählt werden müssen, damit die maximale Lichtausgangsleistung Pk nicht kleiner als 150 mW ist.
Die gerade Linie L wird durch die folgende Gleichung dargestellt (A1): W = –1,6 × 103 × Δn [μm] + 9,3 [μm] (A1)
Die gerade Linie M wird durch die folgende Gleichung (A2) dargestellt: W = –1,5 × 103 × Δn [μm] + 8,55 [μm] (A2)
Bei der Halbleiterlaservorrichtung nimmt der wesentliche reelle Brechungsindex durch die Einführung von Trägern in den Bereich a beim Betreiben der Halbleiterlaservorrichtung um etwa 10^–3 ab. Es wird daher bevorzugt, dass die reelle Brechungsindexdifferenz nicht weniger als 2 × 10^–3 beträgt, um eine gute, von einem reellen Brechungsindex geführte Struktur beizubehalten.
Insbesondere wird bevorzugt, dass die Streifenbreite W hinsichtlich der Zuverlässigkeit nicht weniger als 3,0 μm beträgt. Eine Streifenbreite W von nicht weniger als 3,0 μm wird im Speziellen bevorzugt, damit die Halbleiterlaservorrichtung stabil für nicht weniger als 1000 h betrieben werden kann.
Unter Berücksichtigung des Vorhergehenden werden die Streifenbreite W und die reelle Brechungsindexdifferenz Δn so gewählt, dass sie die folgenden Beziehungen erfüllen, damit die maximale Lichtausgangsleistung Pk in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung nicht weniger als 100 mW beträgt: Δn ≥ 2 × 10–3 W ≤ -1,6 × 103 [μm] × Δn + 9,3 [μm] W ≥ 3,0 [μm]
Noch bevorzugter ist es, dass zusätzlich zu den vorhergehenden Beziehungen die folgende Beziehung erfüllt wird, damit die maximale Lichtausgangsleistung Pk nicht weniger als 150 mW in fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung beträgt: W ≤ –1,5 × 103 × Δn [μm] + 8,55 [μm]
Eine Stromblockierungsschicht mit einem großen Bandabstand (mit einem hohen Al-Zusammensetzungsanteil) besitzt eine verhältnismäßig schlechtere Kristallinität. Dadurch können Verunreinigungen von der Stromblockierungsschicht in die aktive Schicht 6 verbreitet werden, indem die Stromblockierungsschicht erneut gezüchtet wird. Zudem wird die Dicke der p-Typ-Mantelschicht 8 auf einen geringen Wert festgesetzt, vorzugsweise nicht mehr als 0,25 μm, damit die Halbleiterlaservorrichtung zu einer durch einen reellen Brechungsindex geführten Halbleiterlaservorrichtung ausgebildet werden kann, um einen Unavailing-Strom zu reduzieren. Um die oben erwähnte Dispersion zu verhindern, wird die Stromblockierungsschicht 13 auf der Seite der aktiven Schicht 6 vorzugsweise als eine Schicht mit wenigen Störstellen, wie z. B. bei der vorliegenden Ausführungsform eine nicht dotierte Schicht, und noch bevorzugter als eine wie oben beschriebene nicht dotierte Schicht ausgebildet.
Obwohl bei der oben angeführten ersten Ausführungsform eine Einzelquantentopf-Strukturschicht aus Al_qGa_1-qAs (q ≥ 0) als aktive Schicht 6 verwendet wird, kann auch eine Mehrfachquantenopf-Strukturschicht aus Al_qGa_1-qAs-Topfschichten und Al_pGa_1-pAs-Sperrschichten (p > q ≥ 0) als aktive Schicht 6 verwendet werden. Alternativ kann eine Schicht ohne Quanteneffekt aus Al_qGa_1-qAs (q ≥ 0) als aktive Schicht 6 verwendet werden.
Eine AlGaAs-System-Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der 4 und 5 beschrieben. Bei der in 4 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung sind Abschnitte, die denen der in 1 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung entsprechen, mit denselben Verweiszahlen gekennzeichnet.
In 4 werden eine mit Se dotierte n-Typ-GaAs-Pufferschicht 2 mit einer Dicke von 0,5 μm, eine mit Se dotierte n-Typ-Al_sGa_1-sAs-Pufferschicht 3 mit einer Dicke von 0,1 um und eine mit Se dotierte Al_xGa_1-xAs-Mantelschicht 4 mit einer Dicke von 2,2 μm in dieser Reihenfolge auf einem n-Typ-GaAs-Substrat 1 ausgebildet, wobei x > s > 0. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist s = 0,18 und x = 0,45.
Eine nicht dotierte optische Al_vGa_1-vAs-Leiterschicht 5 mit einer Dicke von 200 Å eine nicht dotierte aktive Schicht 6 und eine nicht dotierte optische Al_wGa_1-wAs-Leiterschicht 7 mit einer Dicke von 200 Å werden in dieser Reihenfolge auf der n-Typ-Mantelschicht 4 ausgebildet, wobei 1 > x > v. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist v = 0,35. Die aktive Schicht 6 wird durch abwechselndes Aufeinanderschichten von Quantentopfschichten 6a aus Al_qGa_1-qAs mit einer Dicke von 80 Å und Sperrschichten 6b aus Al_pGa_1-pAs mit einer Dicke von 80 Å hergestellt. Hierbei ist v ≥ p > q ≥ 0 und w ≥ p > q ≥ 0. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist q = 0,11 und p = 0,3. Zudem gilt y1 > w und y2 > w. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist w = 0,35.
Eine mit Zn dotierte p-Typ-Al_y1Ga_1-y1As-Mantelschicht 8 mit einer Dicke von t μm wird auf der optischen Führungschicht 7 ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsfo_rm ist y1 = 0,45.
Eine streifenförmige mit Zn dotierte p-Typ-Al_uGa_1-uAs-Ätzstopschicht 9 mit einer Dicke von 200 Å die sich in die vertikale Richtung (in die Richtung der Hohlraumlänge) erstreckt, eine streifenförmige mit Zn dotierte p-Typ-Al_y2Ga_1-y2As-Mantelschicht 10 mit einer Dicke von 1,8 μm und eine streifenförmige mit Zn dotierte p-Typ-GaAs-Deckschicht 11 mit einer Dicke von 0,7 μm werden in dieser Reihenfolge auf einem sich ungefähr in der Mitte befindenden Teil der p-Typ-Mantelschicht 8 ausgebildet. Die p-Typ-Ätzstopschicht 9 hat eine Breite von W μm. Die Breite W μm wird zur Breite einer Öffnung, die einen Stromweg formt. Hierbei gilt 1 ≥ u > y1 und 1 ≥ u > y2. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist u = 0,7 und y2 = 0,45. Die p-Typ-Ätzstopschicht 9, die p-Typ-Mantelschicht 10 und die p-Typ-Deckschicht 11 bilden einen streifenförmigen Rippenabschnitt 12.
Eine nicht dotierte Al_z1Ga_1-z1As-Stromblockierungsschicht 13 mit einer Dicke von 0,3 um, eine mit Se dotierte n-Typ-Al_z2Ga_1-z2As-Stromblockierungsschicht 14 mit einer Dicke von 0,2 μm und eine mit Se dotierte n-Typ-GaAs-Stromblockierungsschicht 15 mit einer Dicke von 0,3 μm werden in dieser Reihenfolge auf der p-Typ-Mantelschicht 8 ausgebildet, so dass sie die Seitenfläche des Rippenabschnitts 12 bedecken, wobei 1 ≥ z1 > y1, 1 ≥ z1 > y2, 1 ≥ z2 > y1 und 1 ≥ z2 > y2.
Eine mit Zn dotierte p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 16 mit einer Dicke von 6 μm ist auf der Deckfläche der p-Typ-Deckschicht 11, der Endfläche der nicht dotierten Stromblockierungsschicht 13, der Endfläche der n-Typ-Stromblockierungsschicht 14 und der Deckfläche sowie der Endfläche der n-Typ-Stromblockierungsschicht 15 ausgebildet.
Eine p-Seiten-Elektrode 17 aus Cr/Au ist auf der p-Typ-Kontaktschicht 16 geformt und eine n-Seiten-Elektrode 18 aus Cr/Sn/Au ist auf der Unterfläche des n-Typ-Substrats 1 ausgebildet.
Ein Verfahren zum Herstellen der in 4 dargestellten Halbleiterlaservorrichtung entspricht mit Ausnahme der detaillierten Struktur der aktiven Schicht 6 dem Verfahren zum Herstellen der in 1 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung.
Bei der Halbleiterlaservorrichtung weisen die Stromblockierungsschichten 13 und 14, die eine streifenförmige Öffnung (eine Streifenbreite W) zum Begrenzen eines Stromwegs und zum Ausbilden des Stromwegs besitzen, größere Bandabstände und kleinere Brechungsindices auf, als die p-Typ-Mantelschichten 8 und 10. Folglich kann ein reeller Brechungsindex in einem Bereich a, der der Öffnung entspricht, in einem Licht emittierenden Bereich (ein Bereich, der in 4 durch eine Ellipse aus einer strichpunktierten Linie schematisch angedeutet ist) größer gemacht werden, als ein reeller Brechungsindex in einem Bereich b, der beiden Seiten der Öffnung entspricht. Folglich kann die Halbleiterlaservorrichtung als eine durch einen reellen Brechungsindex geführten Halbleiterlaservorrichtung betrieben werden.
Durch die oben angeführte Konstruktion werden die Stromblockierungsschichten 13 und 14 zu transparenten Stromblockierungsschichten, die Laserlicht gegenüber durchlässig sind.
Eine reelle Brechungsindexdifferenz Δn wird, wenn die Halbleiterlaservorrichtung nicht betrieben wird (ein reeller Brechungsindex n₀ im Bereich a, der der Öffnung entspricht, abzüglich einem reellen Brechungsindex n₅ im Bereich b, der beiden Seiten der Öffnung entspricht), verändert, indem die jeweiligen Al-Zusammensetzungsanteile z1 und z2 der Stromblockierungsschichten 13 und 14, die Dicke t der p-Typ-Mantelschicht 8 und die Streifenbreite ausgewählt werden, um die maximal erhaltene Lichtausgangsleistung Pk zu messen, die erhalten wird, wenn fundamentale Transversalmoden-Laserstrahlung möglich ist, eine horizontale Strahldivergenz θ_H in der horizontalen Richtung zu diesem Zeitpunkt, die optische Zerstörung COD (catastrophic optical damage) und der Astigmatismus gemessen werden kann. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angeführt. Hierbei ist ein reflektierender Film mit einem Reflexionsindex von 12% bzw. ein reflektierender Film mit einem Reflexionsindex von 95% auf einer Vorderseite und einer Rückseite der Halbleiterlaservorrichtung bereitgestellt, und die Hohlraumlänge ist auf 600 μm eingestellt, um bei einer Umgebungstemperatur von 25°C Messungen durchzuführen.
Tabelle 3
6 veranschaulicht die Beziehung zwischen der reellen Brechungsindexdifferenz Δn, der maximal erhaltenen Lichtausgangsleistung Pk, wenn fundamentale Transversalmoden-Laserstrahlung möglich ist, der Streifenbreite W und der horizontalen Strahldivergenz θ_H die anhand der Proben C1 bis C18 in Tabelle 3 ermittelt wurden.
6 zeigt, dass die Streifenbreite W und die reelle Brechungsindexdifferenz Δn, die einen Bereich RA zwischen einer geraden Linie A, angezeigt durch eine strichpunktierte Linie, und einer geraden Linie X, angedeutet durch eine strichpunktierte Linie, erfüllen, ausgewählt werden müssen, damit die maximale Lichtausgangsleistung Pk nicht kleiner als 70 mW ist, und die Streifenbreite W und die reelle Brechungsindexdifferenz Δn, die einen Bereich RB zwischen einer geraden Linie B, die durch eine strickpunktierte Linie angedeutet ist, und der oben erwähnten geraden Linie X erfüllen ausgewählt werden müssen, damit die maximale Lichtausgangsleistung Pk nicht kleiner als 100 mW ist.
Zudem zeigt 6, dass die Streifenbreite W und die reelle Brechungsindexdifferenz Δn, die einen Bereich RC unter einer geraden Linie C, die durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, einschließlich der geraden Linie C erfüllen, ausgewählt werden müssen, damit die horizontale Strahlendivergenz θ_H nicht weniger als 6,5° beträgt, und die Streifenbreite W und die reelle Brechungsindexdifferenz Δn, die einen Bereich RD unterhalb einer geraden Linie D, die durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, einschließlich der geraden Linie D erfüllen, ausgewählt werden müssen, damit die horizontale Strahldivergenz θ_H nicht weniger als 7° beträgt.
Die gerade Linie A wird durch die folgende Gleichung (B1) dargestellt: W = –1,33 × 103 [μm] × Δn + 8,723 [μm] (B1)
Die gerade Linie B wird durch die folgende Gleichung (B2) dargestellt: W = –1,33 × 103 [μm] × Δn + 7,923 [μm] (B2)
Die gerade Linie X wird durch die folgende Gleichung (B3) dargestellt: W = 2,5 [μm] (B3)
Die gerade Linie C wird durch die folgende Gleichung (B4) dargestellt: W = 2,25 × 103 [μm] × Δn – 2,8 [μm] (B4)
Die gerade Linie D wird durch die folgende Gleichung (B5) dargestellt: W = 2,25 × 103 [μm] × Δn – 3,175 [μm] (B5)
7 zeigt die Beziehung zwischen der optischen Zerstörung COD und der Streifenbreite W bei den Proben C9 bis C14 aus der vorhergehenden Tabelle 3.
Wie aus 7 und der Tabelle 3 hervorgeht, beträgt die optische Zerstörung, ausgenommen wenn die maximale Lichtausgangsleistung Pk kleiner als 100 mW ist, bei einer Streifenbreite W von unter 2,5 μm weniger als 100 mW, wodurch die Lebensdauer der Halbleiterlaservorrichtung nicht verlängert werden kann.
8 veranschaulicht die Beziehung zwischen dem Astigmatismus und der reellen Brechungsindexdifferenz Δn bei den in der vorhergehenden Tabelle 3 angeführten Proben C1, C2, C5, C9 und C18.
Wie aus 8 und Tabelle 3 hervorgeht, nimmt der Astigmatismus rasch zu, wenn die reelle Brechungsindexdifferenz Δn kleiner als 2,4 × 10^–3 ist. Wenn der Astigmatismus also sehr hoch ist, wird die optische Einstellung bei einem optischen Aufnehmer beispielsweise sehr schwierig. Es wird daher bevorzugt, dass die reelle Brechungsindexdifferenz Δn nicht kleiner als 2,4 × 10^–3 ist.
Wenn die reelle Brechungsindexdifferenz Δn über 3,5 × 10^–3 liegt, wird die Transversalmoden-Laserstrahlung zudem instabil und fundamentale Transversalmoden-Laserstrahlung wird, wie in Tabelle 3 ersichtlich ist, schwierig. Folglich beträgt die reelle Brechungsindexdifferenz Δn nicht weniger als 2,4 × 10^–3 und nicht mehr als 3,5 × 10^–3.
Die maximale Lichtausgangsleistung Pk liegt wünschenswerterweise nicht unter 70 mW und die horizontale Strahldivergenz θ_H bei einer Halbleiterlaservorrichtung, die als Lichtquelle für eine wiederbeschreibbare Bildplatte dient, nicht unter 6,5°. Bei der vorliegenden Erfindung werden die Streifenbreite W und die reelle Brechungsindexdifferenz Δ daher so gewählt, dass sie eine Fläche, bei der der Bereich RA und der Bereich RC einander überlappen, und einen Bereich erfüllen, in dem die reelle Brechungsindexdifferenz Δn nicht kleiner als 2,4 × 10^–3 und nicht größer als 3,5 × 10^–3 ist.
Das heißt, die Streifenbreite W und die reelle Brechungsindexdifferenz Δn erfüllen die folgenden Gleichungen: 2,4 × 10–3 ≤ Δn ≤ 3,5 × 10–3 W ≤ -1,33 × 103 [μm] × Δn + 8,723 [μm] W ≤ 2,25 × 103 [μm] × Δn – 2,8 [μm] W ≥ 2,5 [μm]
Zusätzlich zu den vorhergehenden Beziehungen wird vorzugsweise auch die folgende Beziehung erfüllt, damit die maximale Lichtausgangsleistung Pk nicht weniger als 100 mW beträgt: W ≤ –1,33 × 103 [μm] × Δn + 7,923 [μm]
Noch bevorzugter wird die folgende Beziehung erfüllt, damit die horizontale Strahldivergenz θ_H nicht kleiner als 7° ist: W ≤ -2,25 × 103 [μm] × Δn – 3,175 [μm]
Besonders bevorzugt werden die folgenden Beziehungen erfüllt, damit die maximale Lichtausgangsleistung Pk nicht weniger als 100 mW und die horizontale Strahldivergenz θ_H nicht weniger als 7° beträgt: 2,4 × 10–3 ≤ Δn ≤ 3,5 × 10–3 W ≥ 2,5 [μm] W ≤ -1,33 × 103 [μm] × Δn – 0,323 [μm] W ≤ 2,25 × 103 [μm] × Δn – 3,175 [μm]
Darüber hinaus weist eine Stromblockierungsschicht mit einem großen Bandabstand (mit einem hohen Al-Zusammensetzungsanteil) eine verhältnismäßig schlechtere Kristallinität auf. Dadurch können Störstellen von der Stromblockierungsschicht beim erneuten Züchten der Stromblockierungsschicht in die aktive Schicht 6 diffundiert werden. Die Dicke der p-Typ-Mantelschicht 8 wird zudem auf einen kleinen Wert festgesetzt, vorzugsweise nicht mehr als 0,25 μm, damit die Halbleiterlaservorrichtung als eine von einem reellen Brechungsindex geführte Halbleiterlaservorrichtung ausgebildet wird, um einen Unavailing-Strom zu reduzieren. Um die oben erwähnte Dispersion zu verhindern, wird die Stromblockierungsschicht 13 auf der Seite der aktiven Schicht 6 vorzugsweise als eine Schicht mit wenigen Störstellen, wie z. B. bei der vorliegenden Ausführungsform als eine nicht dotierte Schicht, und noch bevorzugter als eine wie oben beschriebene nicht dotierte Schicht ausgebildet.
Obwohl bei der oben erwähnten zweiten Ausführungsform eine Mehrfachquantentopf-Strukturschicht aus Al_qGa_1-qAs-Quantentopfschichten und Al_pGa_1-pAs-Sperrschichten (P > q ≥ 0) als aktive Schicht 6 verwendet wird, kann auch eine Einzelquantentopfschicht aus Al_qGa_1-qAs (q ≥ 0) herangezogen werden. Alternativ kann eine Schicht ohne Quanteneffekt aus Al_qGa_1-qAs (q ≥ 0) verwendet werden.
Obwohl bei der oben erwähnten ersten und zweiten Ausführungsform eine Ätzstopschicht 9 zwischen den p-Typ-Mantelschichten 8 und 10, d. h. in der p-Typ-Mantelschicht, vorhanden ist, muss keine Ätzstopschicht 9 bereitgestellt sein, vorausgesetzt, eine Abnahme der Ausbeute ist zulässig.
Bei der oben erwähnten ersten und zweiten Ausführungsform können die jeweiligen Al-Zusammensetzungsanteile x, y1 und y2 der AlGaAs-Mantelschichten 4, 8 und 10 geeignet in einem Bereich von nicht weniger als 0,4 und nicht mehr als 0,6 ausgewählt werden, wobei die jeweiligen Al-Zusammensetzungsanteile z1 und z2 der Stromblockierungsschichten 13 und 14, die größer als die entsprechenden Al-Zusammensetzungsanteile y1 und y2 der AlGaAs-Mantelschichten 8 und 10 sind, um zumindest 0,02 höher als die entsprechenden Al-Zusammensetzungsanteile y1 und y2 der AlGaAs-Mantelschichten 8 und 10 festgesetzt werden, wobei die Stromblockierungsschichten 13, 14 eine streifenförmige Öffnung mit einer vorbestimmten Breite zum Begrenzen eines Stromwegs sowie zum Ausbilden des Stromwegs aufweisen und aneinander angrenzen.
Durch die Versuche hat sich jedoch bestätigt, dass, wenn AlGaAs eine schlechtere Kristallinität aufweist und bei einem Al-Zusammensetzungsanteil von mehr als 0,6 leicht oxidiert werden kann, das Kristallwachstum darauf schwierig wird. Es wird daher bevorzugt, dass die jeweiligen Al-Zusammensetzungsanteile z1 und z2 der Stromblockierungsschichten 13 und 14 auf nicht mehr als 0,6 eingestellt werden.
Obwohl bei der oben erwähnten ersten und zweiten Ausführungsform die n-Typ-AlGaAs-Stromblockierungsschicht 14 und die nicht dotierte Stromblockierungsschicht 13 denselben Al-Zusammensetzunganteil aufweisen, können die Stromblockierungsschicht 14 und die Stromblockierungsschicht 13 unterschiedliche Al-Zusammen setzungsanteile aufweisen. Die Halbleiterlaservorrichtung kann zudem nur eine der Stromblockierungsschichten 13 und 14 umfassen.
Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und veranschaulicht worden ist, versteht es sich, dass dies lediglich anhand von Illustrationen und Beispielen erfolgt ist und nicht als Beschränkung anzusehen ist.

Claims

Halbleiterlaservorrichtung, in der angeführten Reihenfolge umfassend: eine Mantelschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine aktive Schicht; eine Mantelschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps; sowie eine Stromblockierungsschicht, die eine streifenförmige Öffnung mit einer vorbestimmten Breite aufweist, um einen Stromweg zu beschränken und den Stromweg zu bilden, und die einen größeren Bandabstand aufweist als die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und einen kleineren Brechungsindex aufweist als die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps einen ebenen Abschnitt und einen streifenförmigen Rippenabschnitt auf dem ebenen Abschnitt aufweist, wobei der Rippenabschnitt in der Öffnung der Stromblockierungsschicht angeordnet ist, wobei die Stromblockierungsschicht so geformt ist, dass sie die Deckfläche des ebenen Abschnitts und die Seitenfläche des Rippenabschnitts bedeckt, und eine Differenz Δn zwischen einem realen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der der Öffnung entspricht, und einem realen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der beiden Seiten der Öffnung entspricht, und die Breite W [μm] der Öffnung die folgende Beziehung erfüllen: Δn ≥ 2 × 10–3, W ≤ –1,6 × 103 × Δn + 9,3 und W ≥ 3,0
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, worin die Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices und die Breite W der Öffnung die folgende Beziehung erfüllen: W ≤ –1,5 × 103 × Δn + 8,55
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, worin die Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps aus Al_xGa_1-xAs besteht, die aktive Schicht aus Al_qGa_1-qAs (1 > x > q ≥ 0) besteht, die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps aus Al_yGa_1-yAs (y > q) besteht und die Stromblockierungsschicht aus Al_zGa_1-zAs besteht.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, worin die Stromblockierungsschicht ein A1 umfasst, die Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices durch Wählen des Al-Zusammensetzungsanteils der Stromblockierungsschicht und der Dicke der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf beiden Seiten der Öffnung festgelegt ist.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 4, worin der Al-Zusammensetzungsanteil z der Stromblockierungsschicht höher als der Al-Zusammensetzungsanteil y der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps ist.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 4, worin der Al-Zusammensetzungsanteil z der Stromblockierungsschicht nicht über 0,6 liegt.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, worin die Breite des Rippenabschnitts in einem Abstand von der aktiven Schicht enfernt mit zunehmendem Abstand abnimmt.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, worin die Stromblockierungsschicht zumindest eine Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps umfasst.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, worin die Stromblockierungsschicht eine auf der aktiven Schicht ausgebildete erste Schicht und eine auf der ersten Schicht ausgebildete zweite Schicht umfasst, wobei die zweite Schicht dem ersten Leitfähigkeitstyp angehört, wobei die erste Schicht eine geringere Verunreinigungskonzentration aufweist als die zweite Schicht.
Verfahren zum Konstruieren einer Halbleiterlaservorrichtung, in der genannten Reihenfolge umfassend: eine Mantelschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, die aus Al_xGa_1-xAs besteht, eine aktive Schicht, die aus Al_qGa_1-qAs (1 > x > q ≥ 0) besteht, eine Mantelschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die aus Al_yGa_1-yAs (y > q) besteht, sowie eine Stromblockierungsschicht, die eine streifenförmige Öffnung mit einer vorbestimmten Breite aufweist, um einen Stromweg zu beschränken und den Stromweg zu bilden, und die aus Al_zGa_1-zAs (1 ≥ z > y) besteht, folgende Schritte umfassend: das Festsetzen einer Differenz Δn zwischen einem realen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der der Öffnung entspricht, und einem realen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der beiden Seiten der Öffnung entspricht, und der Breite W der Öffnung auf solche Weise, dass vorbestimmte Lichtausgangsleistung bei fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung erzielt wird; und das Auswählen des Al-Zusammensetzungsanteils z der Stromblockierungsschicht und die Dicke der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf den beiden Seiten der Öffnung auf solche Weise, dass die Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices erzielt wird, worin der Schritt des Festsetzens den Schritt des Festsetzens der Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices und der Breite W [μm] der Öffnung auf solche Weise umfasst, dass die folgenden Beziehungen gelten: Δn ≥ 2 × 10–3 und W ≤ –1,6 × 103 × Δn + 9,3
Verfahren nach Anspruch 10, worin der Schritt des Festsetzens den Schritt des Festsetzens der Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices und der Breite W [μm] der Öffnung auf solche Weise umfasst, dass die folgende Beziehung gilt: W ≤ –1,5 × 103 × Δn + 8,55
Verfahren nach Anspruch 10, worin der Schritt des Festsetzens den Schritt des Festsetzens der Breite W der Öffnung auf nicht weniger als 3,0 μm umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, worin die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps einen ebenen Abschnitt und einen streifenförmigen Rippenabschnitt auf dem ebenen Abschnitt umfasst, wobei der Rippenabschnitt in der Öffnung der Stromblockierungsschicht angeordnet ist, wobei die Stromblockierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie die Deckfläche des ebenen Abschnitts und die Seitenfläche des Rippenabschnitts bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 13, worin die Breite des Rippenabschnitts in einem Abstand von der aktiven Schicht entfernt mit zunehmendem Abstand abnimmt.
Halbleiterlaservorrichtung, in der angeführten Reihenfolge umfassend: eine Mantelschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine aktive Schicht; eine Mantelschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps; sowie eine Stromblockierungsschicht mit einer streifenförmigen Öffnung mit einer vorbestimmten Breite, um einen Stromweg zu beschränken und den Stromweg zu bilden, und die einen größeren Bandabstand aufweist als die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps und einen kleineren Brechungsindex aufweist als die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps einen ebenen Abschnitt und einen streifenförmigen Rippenabschnitt auf dem ebenen Abschnitt aufweist, wobei der Rippenabschnitt in der Öffnung der Stromblockierungsschicht angeordnet ist, wobei die Stromblockierungsschicht so geformt ist, dass sie die Deckfläche des ebenen Abschnitts und die Seitenfläche des Rippenabschnitts bedeckt, eine Differenz Δn zwischen einem realen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der der Öffnung entspricht, und einem realen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der beiden Seiten der Öffnung entspricht, und die Breite W [μm] der Öffnung die folgenden Beziehungen erfüllen: 2,4 × 10–3 ≤ Δn ≤ 3,5 × 10–3, W ≥ 2,5, W ≤ –1,33 × 103 × Δn + 8,723 und W ≤ 2,25 × 103 × Δn – 2,8
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 15, worin die Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices und die Breite W [μm] der Öffnung die folgende Beziehung erfüllen: W ≤ –1,33 × 103 × Δn + 7,923
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 15, worin die Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices und die Breite W [μm] der Öffnung die folgende Beziehung erfüllen: W ≤ 2,25 × 103× Δn – 3,175.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 15, worin: die Stromblockierungsschicht ein A1 umfasst, die Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices durch Wählen des Al-Zusammensetzungsanteils der Stromblockierungsschicht und der Dicke der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf den beiden Seiten der Öffnung festgelegt ist.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 15, worin die Mantelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps aus Al_xGa_1-xAs besteht, die aktive Schicht aus Al_qGa_1-qAs (1 > x > q ≥ 0) besteht, die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps aus Al_yGa_1-yAs (y > q) besteht und die Stromblockierungsschicht aus Al_zGa_1-zAs besteht.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 19, worin der Al-Zusammensetzungsanteil z der Stromblockierungsschicht höher als der Al-Zusammensetzungsanteil y der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps ist.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 19, worin: der Al-Zusammensetzungsanteil z der Stromblockierungsschicht nicht über 0,6 liegt.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 15, worin die Breite des Rippenabschnitts in einem Abstand von der aktiven Schicht entfernt mit zunehmendem Abstand abnimmt.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 15, worin die Stromblockierungsschicht zumindest eine Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps umfasst.
Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 15, worin die Stromblockierungsschicht eine auf der aktiven Schicht ausgebildete erste Schicht und eine auf der ersten Schicht ausgebildete zweite Schicht umfasst, wobei die zweite Schicht dem ersten Leitfähigkeitstyp angehört, wobei die erste Schicht eine geringere Verunreinigungskonzentration aufweist als die zweite Schicht.
Verfahren zum Konstruieren einer Halbleiterlaservorrichtung, in der genannten Reihenfolge umfassend: eine Mantelschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, die aus Al_xGa_1-xAs besteht, eine aktive Schicht, die aus Al_qGa_1-qAs (1 > x > q ≥ 0) besteht, eine Mantelschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die aus Al_yGa_1-yAs (y > q) besteht, sowie eine Stromblockierungsschicht, die eine streifenförmige Öffnung mit einer vorbestimmten Breite aufweist, um einen Stromweg zu beschränken und den Stromweg zu bilden, und die aus Al_zGa_1-zAs (1 ≥ z > y) besteht, folgende Schritte umfassend: das Festsetzen einer Differenz Δn zwischen einem realen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der der Öffnung entspricht, und einem realen Brechungsindex in einem Bereich in der aktiven Schicht, der beiden Seiten der Öffnung entspricht, und der Breite W der Öffnung auf solche Weise, dass bei fundamentaler Transversalmoden-Laserstrahlung eine vorbestimmte Lichtausgangsleistung und eine vorbestimmte horizontale Strahlendivergenz erzielt werden; und das Auswählen des Al-Zusammensetzungsanteils z der Stromblockierungsschicht und der Dicke der Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps auf den beiden Seiten der Öffnung auf solche Weise, dass die Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices erzielt wird, worin der Schritt des Festsetzens den Schritt des Festsetzens der Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices und der Breite W [μm] der Öffnung auf solche Weise umfasst, dass die folgenden Beziehungen gelten: 2,4 × 10–3≤ Δn ≤ 3,5 × 10–3 W ≥ 2,5, W ≤ –1,33 × 103 × Δn + 8,723 und W ≤ 2,25 × 103× Δn – 2,8
Verfahren nach Anspruch 25, worin der Schritt des Festsetzens den Schritt des Festsetzens der Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices und der Breite W [μm] der Öffnung auf solche Weise umfasst, dass die folgende Beziehung gilt: W ≤ -1,33 × 103 × Δn + 7,923
Verfahren nach Anspruch 25, worin der Schritt des Festsetzens den Schritt des Festsetzens der Differenz Δn zwischen den realen Brechungsindices und der Breite W [μm] der Öffnung auf solche Weise umfasst, dass die folgende Beziehung gilt: W ≤ 2,25 × 103 × Δn – 3,175
Verfahren nach Anspruch 25, worin die Mantelschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps einen ebenen Abschnitt und einen streifenförmigen Rippenabschnitt auf dem ebenen Abschnitt umfasst, wobei der Rippenabschnitt in der Öffnung der Stromblockierungsschicht angeordnet ist, wobei die Stromblockierungsschicht so ausgebildet ist, dass sie die Deckfläche des ebenen Abschnitts und die Seitenfläche des Rippenabschnitts bedeckt.
Verfahren nach Anspruch 28, worin die Breite des Rippenabschnitts in einem Abstand von der aktiven Schicht entfernt mit zunehmendem Abstand abnimmt.