DE19515752A1

DE19515752A1 - Halbleiterlaservorrichtung und Herstellungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE19515752A1
Application number: DE19515752A
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Kaneno; Syoichi Karakida
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1995-11-02
Also published as: NL1000253C2; NL1000253A1; JPH07297485A; US5644587A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservor richtung und ein Verfahren zum Herstellen der Laservorrich tung und insbesondere eine Erhöhung der Zuverlässigkeit (Lebensdauer) und eine Reduktion des Schwellwertstromes der Halbleiterlaservorrichtung.

Eine Beschreibung einer Halbleiterlaservorrichtung nach dem Stand der Technik wird gegeben. Fig. 3(a) ist eine per spektivische Ansicht, die eine Struktur eines AlGaAs- Halbleiterschichtenlasers nach dem Stand der Technik veran schaulicht, der in "High Power 780 nm AlGaAs Quantum Well Lasers and Their Reliable Operation", IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 27, Nr. 6, 1991, S. 1544-1549, dargestellt ist. Fig. 3(b) ist eine vergrößerte Ansicht ei nes Bereiches IIIb der in Fig. 3(a) gezeigten Struktur. In der Figur bezeichnet Bezugszeichen 1b ein GaAs-Substrat vom n-Typ, das gegenüberliegende vordere und hintere Oberflä chen aufweist. Eine GaAs-Pufferschicht 2b vom n-Typ ist auf dem GaAs-Substrat 1b vom n-Typ angeordnet. Eine untere Überzugsschicht 3b, die Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5) vom n-Typ auf weist, ist auf der Pufferschicht 2b angeordnet. Eine aktive Tripel-Quantenwannenschicht 4c, die 3 Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,1)- Wannenschichten 7c, 2 Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,3)-Sperrschichten 8c und 2 Al_xGa_1-xAs(x ∼ 0,3)-Führungsschichten 9c aufweist, ist auf der unteren Überzugsschicht 3b angeordnet. Eine obere Überzugsschicht 5b, die Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5) vom p-Typ auf weist und einen streifenförmigen Steg besetzt, ist auf der aktiven Tripel-Quantenwannenschicht 4c angeordnet. Eine GaAs-Deckschicht 6b vom p-Typ ist auf dem Oberteil des Stegs der oberen Überzugsschicht 5b angeordnet. Eine Strom sperrschicht 10b, die GaAs vom n-Typ aufweist, ist auf der oberen Überzugsschicht 5b angeordnet, wobei gegenüber liegende Seiten des Stegs kontaktiert werden. Eine GaAs- Kontaktschicht 11b vom p-Typ ist auf der GaAs-Deckschicht 6b vom p-Typ und auf der GaAs-Stromsperrschicht 10b vom n- Typ angeordnet. Eine n-Stirnflächenelektrode 13 ist auf der hinteren Oberfläche des GaAs-Substrats 1b vom n-Typ und ei ne p-Stirnflächenelektrode 12 ist auf der GaAs-Kontakt schicht 11b vom p-Typ angeordnet.

Die Fig. 4(a) bis 4(c) zeigen Verfahrensschritte zum Herstellen eines AlGaAs-Halbleiterschichtenlasers nach dem Stand der Technik.

Zuerst werden, wie in Fig. 4(a) gezeigt, die Schichten von der GaAs-Pufferschicht 2b vom n-Typ bis hin zu der GaAs- Deckschicht 6b vom p-Typ nacheinander auf dem GaAs-Substrat 1b vom n-Typ mittels MBE (Molekularstrahlepitaxie) oder MOCVD (metallorganische chemische Abscheidung aus der Gas phase) aufgewachsen.

Eine dünne Schicht 14 aus Siliziumnitrid (SiN) wird auf der GaAs-Deckschicht 6b vom p-Typ ausgebildet und mittels Pho tolithographie so gemustert, daß in dem zentralem Gebiet der Deckschicht 6b ein streifenförmiger Bereich zurückgelassen wird. Danach werden, unter Verwendung der streifenförmigen dünnen SiN-Schicht als Maske, die GaAs- Deckschicht 6b vom p-Typ und die obere Überzugsschicht 5b aus Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5) vom p-Typ selektiv geätzt, wodurch ein in Fig. 4(b) gezeigter Steg 20 ausgebildet wird.

Danach wird eine GaAs-Stromsperrschicht 10b vom n-Typ se lektiv aufgewachsen. Nach dem Entfernen der dünnen SiN- Schicht wird über die gesamte Oberfläche eine GaAs -Kontakt schicht 11b vom p-Typ aufgewachsen und die in Fig. 4(c) ge zeigte Struktur fertiggestellt.

Die jeweiligen in dem Halbleiterlaser enthaltenen Schichten haben ungefähr dieselbe Gitterkonstante, um untereinander vom Gitter her zusammenzupassen bzw. übereinzustimmen. An dererseits ist in E. Yablonovitch und E. O. Kane, "Band Structure Engineering of Semiconductor Lasers for Optical Communications", Journal of Lightwave Technology, Vol. 6, S. 1292, 1988, theoretisch beschrieben, daß die Lasereigen schaften verbessert werden, wenn eine mechanische Spannung durch Verwenden einer aktiven Schicht mit einer Gitterkon stante, die verschieden von Gitterkonstanten der anderen Schichten ist, in die Struktur eingebracht wird.

Die Bandstruktur von in Halbleiterlasern verwendeten III-V- Verbindungshalbleitern ist in Fig. 5(a) gezeigt. In der Figur stellt eine obere Kurve ein Leitungsband und eine unte re Kurve ein Valenzband dar. Die Zeichen F_C und F_V stellen Quasi-Fermi-Niveaus und ein Zeichen E_g eine verbotene Band lücke dar. In diesem Fall ist die effektive Masse der Lö cher im Valenzband beträchtlich, verglichen mit der effektiven Masse der Elektronen im Leitungsband. Folglich ist in der Bandstruktur von Fig. 5(a) die Zustandsdichte in der Nähe der Spitze des Valenzbandes hoch. In diesem Fall benötigt man, um eine Laserschwingung hervorzurufen, eine Ladungsträgerdichte, die höher ist als eine Ladungsträger dichte, die man in einer wie in Fig. 5(b) gezeigten Band struktur erhält, wo die effektive Masse des Valenzbandes ungefähr gleich zu der effektiven Masse des Leitungsbandes ist. Folglich, um den Schwellwertstrom für die Laserschwin gung zu reduzieren, besitzt die in Fig. 5(b) gezeigte Ener giebandstruktur einen Vorteil gegenüber der in Fig. 5(a) gezeigten Energiebandstruktur. Andererseits stellen ver schiedene Prozesse wie z. B. Inter-Valenzband-Absorption und Auger-Rekombination Hindernisse in Bezug auf eine Re duktion des Schwellwertstromes dar. Das Valenzband umfaßt in Wirklichkeit ein Schwere-Löcher-Band (heavy hole band), ein Leichte-Löcher-Band (light hole band) und ein Spin- Bahn-Abspaltungsband (spin orbit split-off band; in der Figur jeweils als HH-Band bzw. LH-Band bzw. SO-Band be zeichnet). In Fig. 5 ist nur das HH-Band, das hauptsächlich zu optischen Übergängen beiträgt, dargestellt. Die Inter- Valenzband-Absorption ist, wie in Fig. 6 gezeigt, eine Ab sorption von Licht infolge von Rekombination eines Elektrons im SO-Band mit einem Loch im HH-Band. Weiter umfaßt der Auger-Rekombinationsprozeß zwei aufeinander folgende Schritte, in denen eine Energie infolge von Rekombination eines Elektrons im Leitungsband (conduction band; CB) und eines Loches im HH-Band nicht als Licht emitiert wird, sondern zur Anregung eines Elektrons vom SO- Band zu einem Loch an derselben Stelle verwendet bzw. dissipiert wird. Falls jedoch die in Fig. 5(b) gezeigte Energiebandstruktur, die eine kleine effektive Valenz bandmasse besitzt, realisiert wird, werden sowohl die Inter-Valenzband-Absorption als auch die Auger-Rekombina tion durch eine Verringerung in der Ladungsträgerdichte unterdrückt, wodurch eine Reduktion im Schwellwertstrom und von diesem Punkt her auch eine Zunahme in der Ausgangsleistung unterstützt bzw. gefördert werden. Es ist theoretisch geklärt worden, daß die in Fig. 5(b) gezeigte Bandstruktur durch Einbringen bzw. Einführen einer Druckspannung realisiert werden kann. Mit anderen Worten, wenn eine Druckspannung in den III-V-Verbindungshalbleiter eingebracht wird, wird die Entartung im Valenzband aufgeho ben und die Krümmung der Spitze des HH-Bandes, das ein Va lenzband höchster Energie (HH1 in der Fig. 8) liefert, ist höher als die des HH-Bandes in einem Fall, wo keine mecha nische Spannung eingebracht ist (gestrichelte Linie in der Fig. 8), wodurch eine Energiebandstruktur ähnlich der der Fig. 5(b) erhalten wird.

Es hat verschiedene Versuche gegeben, Eigenschaften von Halbleiterlasern zu verbessern, indem man Druckspannung verwendete. Zuerst wird ein Beispiel eines unter mechani scher Spannung stehenden Halbleiterlasers mit einer Quan tenwannenstruktur beschrieben werden, der auf einem InP- Substrat hergestellt wurde (Ken Kamÿyo, Hideaki Horikawa, "Improvement in characteristics of a semiconductor laser in a strained quantum well structure", Journal of Applied Phy sics, Vol. 62, S. 134, 1993). Dies ist ein Laser mit einer Wellenlänge von 1,48 µm, der für Anwendungen in der opti schen Nachrichtentechnik ausgelegt ist. Fig. 9 zeigt die Laserstruktur. Eine aktive Schicht umfaßt eine InGaAsP- Multi-Quantenwannenstruktur und besitzt eine Gitterkonstan te, die größer ist als die Gitterkonstante von InP, d. h. einem Material eines Substrates und einer Überzugschicht, wodurch eine Druckspannung eingebracht bzw. eingeführt wird. Ein Sättigungswert für die Ausgangsleistung dieses Lasers ist höher als der eines unter keiner mechanischen Spannung stehenden Lasers mit einer Multi-Quantenwannen struktur.

Als nächstes wird ein Beispiel eines unter mechanischer Spannung stehenden Halbleiterlasers mit einer Quantenwan nenstruktur beschrieben werden, der auf einem GaAs-Substrat hergestellt wurde (C. A. Wang et al, "AlInGaAs-AlGaAs Strained Single-Quantum-Well Diode Lasers", Vol. 3, S. 4, 1991). Für Anwendungen mit optischen Speicherplatten wird ein Hochleistungslaser, der in der optischen Nachrichtentechnik verwendet wird, mit einer Wellenlänge kürzer als 1,48 µm oder 1,55 µm benötigt. Ein AlGaAs- Schichtenlaser, der auf einem GaAs-Substrat hergestellt wurde, ist so ein kurzwelliger Laser. In diesem Beispiel weist eine aktive Schicht eine einzelne Quantenwannen struktur auf, in die in eine Wannenschicht eine Druckspannung eingebracht bzw. eingeführt wurde. Genauer gesagt, umfaßt die aktive Schicht eine Führungsschicht, die Al_yGa_1-yAs (y = 0,3 ∼ 0,7) aufweist, und eine Wannenschicht, die Al_yIn_xGa_1-x-yAs (x = 0,12 ∼ 0,14, y = 0,05 ∼ 0,17) aufweist. Dadurch wird ein Betrieb in einem kurzwelligen Band von 785 ∼ 890 µm realisiert. Jedoch sind der Schwellwertstrom und die differenzielle Quantenausbeute dieses Lasers nach dem Stand der Technik ungefähr gleich wie jene des AlGaAs-Schichtenlasers. Zusätzlich erhält man in einem Zuverlässigkeitstest kein Ergebnis, das die Zuverlässigkeit des AlGaAs-Schichtenlasers übertrifft.

Wenn, wie bisher beschrieben, eine Druckspannung eingeführt wird, liegt das Energieniveau des Leichte-Löcher-Bandes tiefer als das Energieniveau des Schwere-Löcher-Bandes. Wenn jedoch eine Zugspannung eingeführt bzw. eingebracht wird, liegt das Energieniveau des Leichte-Löcher-Bandes hö her als das Energieniveau des Schwere-Löcher-Bandes, und der Beitrag des Leichte-Löcher-Bandes zu den optischen Übergängen wird groß (Tsukuru Ohtoshi, "Strained Quantum Well Laser", Appl. Phys., Vol. 59, S. 1193, 1990). Dieses Verhalten ist in Fig. 10 gezeigt.

Bezüglich der Schwingungsmode im optischen Übergang eines Halbleiterlasers entspricht das Leichte-Löcher-Band der TM- Mode und das Schwere-Löcher-Band der TE-Mode. Es gibt einen Halbleiterlaser-Lichtverstärker, in dem eine Verstärkung unabhängig von der Polarisation mittels Einführen bzw. Ein bringen einer Zugspannung in eine aktive Schicht, um den optischen Übergang in die TE-Mode und die TM-Mode zu steu ern, realisiert wird, wobei dieser Verstärker in der oben erwähnten Literatur von Takeshi Kamÿou und Hideaki Horika wa offenbart ist. Die Struktur des Verstärkers ist dieselbe wie jene, die in Fig. 9 gezeigt ist. In dieser Struktur wird InP als ein Substrat verwendet und die Mischungs verhältnisse der jeweiligen Komponenten von InGaAsP in ei ner aktiven Schicht werden so kontrolliert, daß in einer Quantenwannenschicht eine Zugspannung eingebracht bzw. ein geführt wird. Wie aus in Fig. 11 gezeigten Signalverstär kungs-Kenndaten ersichtlich ist, wird eine Verstärkung un abhängig von der Polarisation mit einer Zugspannung von 0,2% realisiert. Andererseits ist bis jetzt kein AlGaAs- Halbleiterschichtenlaser offenbart, in dem eine Zugspannung in eine aktive Schicht eingeführt bzw. eingebracht wird.

Es gibt drei Arten von charakteristischen Verschlechterun gen bzw. Degradationen in AlGaAs-Schichtenlasern, d. h. schnelle Degradation, langsame bzw. allmähliche Degradation und plötzliche bzw. sprunghafte Degradation, wobei eine Hauptursache dafür sog. dunkle Liniendefekte (dark line defect; DLD) sind. Die dunklen Liniendefekte erzeugen ein nicht-emittierendes Gebiet in der näheren Umgebung von Versetzungen, die in einem Oszillations-Gebiet einer aktiven Schicht gewachsen bzw. entstanden sind. Folglich ist es erforderlich, um die dunklen Liniendefekte zu unterdrücken, die Fortpflanzung bzw. Ausbreitung von Versetzungen von anderen Schichten als der aktiven Schicht oder dem Substrat zu der aktiven Schicht hin zu unterdrücken. Es ist allgemein bekannt, daß die Verwendung eines Materials für die aktive Schicht, das In aufweist, wie z. B. InGaAs, für diesen Zweck erfolgreich ist. Zusätzlich ist es vorteilhaft, ein Substrat zu verwenden, das weniger Versetzungen aufweist. Bezüglich eines LEC (Liquid Encapsulated Czochralski; Kristallzieh-Verfahren nach Czochralski unter Flüssigkeitseinschluß) -GaAs-Substrat ist es allgemein bekannt, daß die Versetzungsdichte durch hinzufügen von In um 2 ∼ 3 Größenordnungen verringert werden kann. Jedoch liegt in diesem Fall die In- Konzentration unter 1%.

In den AlGaAs-Schichtenlasern vom Typ der Gitterüberein stimmung nach dem Stand der Technik stellt die Energieband struktur ein Hindernis für eine Verringerung des Schwell wertstromes und eine Erhöhung der Ausgangsleistung dar. Weiterhin verringern die dunklen Liniendefekte die Zuver lässigkeit.

Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wird von einem unter mechanischer Spannung stehendem Laser mit einer Quan tenwannenstruktur berichtet, der eine aktive Schicht aus InGaAs aufweist, wobei dieser Laser reduzierten Schwell wertstrom und verbesserte Zuverlässigkeit liefert. Da je doch InGaAs eine schmalere Energiebandlücke als AlGaAs be sitzt, ist die Schwingungswellenlänge länger als die eines Lasers, der eine aktive Schicht aus AlGaAs aufweist. Folg lich ist dieser Laser nicht vorteilhaft im Hinblick auf Re duktion in der Wellenlänge. Obwohl die oben beschriebene Literatur von C. A. Wang et al. eine aktive Schicht aus AlInGaAs vorschlägt, um eine kurze Wellenlänge zu erhalten, während man den Vorzug einer In aufweisenden aktiven Schicht bewahrt, werden, wie oben beschrieben, weder die Lasereigenschaften noch die Zuverlässigkeit verbessert. Diese zwei Beispiele führen bzw. bringen in die aktive Schicht eine Druckspannung ein.

In einem Fall, wo eine Druckspannung eingeführt wird, ist eine Verringerung der effektiven Löchermasse mittels Erhö hung der Krümmung in der näheren Umgebung der Spitze des Schwere-Löcher-Bandes beabsichtigt. Wenn jedoch eine Zugspannung eingebracht wird, erwartet man, da das Leichte- Löcher-Band, das ursprünglich eine kleine effektive Löchermasse aufweist, das höchste Energieniveau im Valenzband besitzt und zum optischen Übergang beiträgt, daß Defekte des Reduzierens des Schwellwertstroms und Erhöhens der Ausgangsleistung wie in einem Fall, wo eine Druckspannung eingeführt wird, garantiert sind. Es gibt jedoch kein Beispiel, das ausdrücklich die Effekte ausnutzt, die man durch Einführung bzw. Einbringen einer Zugspannung erhält. Es gibt nur ein Beispiel, in dem die optischen Übergänge der TE-Mode, die dem Schwere-Löcher- Band entspricht, und der TM-Mode, die dem Leichte-Löcher- Band entspricht, mittels des Halbleiterlaser- Lichtverstärkers mit einer aktiven Schicht aus InGaAsP auf dem InP-Substrat kontrolliert werden, um eine wie in der Literatur von Ken Kamÿou und Hideaki Horikawa beschriebene Unabhängigkeit der Verstärkung von der Polarisation zu realisieren.

Als Mittel zum Einführen bzw. Einbringen einer Zugspannung in einer aktiven Schicht in einem AlGaAs-Schichtenlaser denkt man an ein Material, das P in einem Gruppe-V-Element enthält. Es ist jedoch schwierig, sowohl As als auch P gleichzeitig beim epitaktischen Aufwachsen präzise zu kon trollieren.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kurz wellige AlGaAs-Halbleiterschichtenlaservorrichtung bereit zustellen, die durch Einführen bzw. Einbringen einer Zug spannung in eine aktive Schicht den Schwellwertstrom ver ringern und die Ausgangsleistung erhöhen kann, und die die sog. dunklen Liniendefekte (dark line defect; DLD) ver ringern kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1, 8 und 9.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Halbleiterlaservorrichtung ein Halbleitersubstrat, obere und untere Überzugsschichten, die Zusammensetzungen aufweisen, die mit dem Gitter des Halbleitersubstrats zu sammenpassen, und eine aktive Quantenwannenschicht, die Wannenschichten, Sperrschichten und Führungsschichten auf weist. Die Sperr- und Führungsschichten schließen jede Wan nenschicht zwischen sich ein, und die Führungsschichten sind an den äußersten Seiten angeordnet und passen vom Git ter her mit den oberen und unteren Überzugsschichten zusam men. Die Gitterkonstante der Wannenschicht der aktiven Quantenwannenschicht ist von den Gitterkonstanten der Schichten, die die Wannenschicht zwischen sich einschlie ßen, verschieden, wodurch Zugspannung an die Wannenschicht angelegt wird. Folglich erhält man eine unter Zugspannung stehende Laserdiode, die einen As-Schichtenkristall auf weist, ohne Verwendung eines P-Schichtenkristalls. Die Zug spannung reduziert die effektive Masse der aktiven Quanten wannenschicht, was niedrigen Schwellwertstrom, hohe Quan tenausbeute und hohe Ausgangsleistung zur Folge hat. Wei terhin wird, da das Halbleitersubstrat von Anfang an eine niedrige Versetzungsdichte aufweist, eine unerwünschte Zu nahme von Versetzungen unterdrückt, um eine schnelle De gradation zu vermeiden, und weiterhin werden ebenfalls eine plötzliche bzw. sprunghafte Degradation und eine langsame bzw. allmähliche Degradation unterdrückt. Als Folge wird ein hochzuverlässiger und langlebiger, unter mechanischer Spannung stehender Quantenwannenlaser realisiert.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der oben beschriebenen Halbleiterlaservorrichtung die Gitterkonstante der Wannenschicht der aktiven Quantenwan nenschicht verschieden gewählt zu den Gitterkonstanten der Sperrschichten und der Führungsschichten der aktiven Quan tenwannenschicht, wodurch eine Zugspannung an die Wannen schicht angelegt wird.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der oben beschriebenen Halbleiterlaservorrichtung, mit Ausnahme der Wannenschicht der aktiven Quantenwannen schicht, eine Art von Dotand zu dem Halbleitersubstrat, zu den oberen und unteren Überzugsschichten und zu den Sperr schichten und Führungsschichten der aktiven Quantenwannen schicht hinzugefügt, so daß die Gitterkonstante der Wannen schicht der aktiven Quantenwannenschicht verschieden ge macht wird von den Gitterkonstanten der Sperrschichten und der Führungsschichten der aktiven Quantenwannenschicht, wo durch eine Zugspannung an die Wannenschicht angelegt wird.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung um faßt in der oben beschriebenen Halbleiterlaservorrichtung das Halbleitersubstrat ein In_yGa_1-yAs (0,05 y 0,2)- Substrat vom n-Typ, dem In-Atome beigefügt sind, oder das Substrat besitzt In_yGa_1-yAs (0,05 y 0,2) vom n-Typ. Die oberen und unteren Überzugsschichten weisen (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,6, y ∼ 0,1) vom n-Typ auf, dessen Gitter mit der InGaAs-Schicht vom n-Typ zusammenpaßt bzw. übereinstimmt. Die Sperrschichten und die Führungsschichten der aktiven Quantenwannenschicht weisen (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,6, y ∼ 0,1) vom p-Typ auf, und passen vom Gitter her mit den oberen und unteren Überzugsschichten zusammen, und die Wannenschichten der aktiven Quantenwannenschicht weisen Al_xGa_1-xAs (0 x 0,15) auf.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung sind in der oben beschriebenen Halbleiterlaservorrichtung die Gitterkonstanten der oberen und unteren Überzugsschichten, die die aktive Quantenwannenschicht zwischen sich ein schließen, verschieden von den Gitterkonstanten der Sperr schichten und der Führungsschichten der aktiven Quantenwan nenschicht gewählt bzw. gemacht, wodurch eine Zugspannung an die Sperr-, Führungs- und Wannenschichten der aktiven Quantenwannenschicht angelegt wird.

Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wer den in der oben beschriebenen Halbleiterlaservorrichtung eine Art von Dotandatomen nur den Sperrschichten und den Führungsschichten der aktiven Quantenwannenschicht hinzuge fügt, mit Ausnahme des Halbleitersubstrates, der oberen und unteren Überzugsschichten und der Wannenschichten der akti ven Quantenwannenschicht, so daß die Gitterkonstanten der oberen und unteren Überzugsschichten verschieden von den Gitterkonstanten der Sperr- und Führungsschichten der akti ven Quantenwannenschicht gewählt bzw. gemacht sind, wodurch eine Zugspannung an die Sperr-, Führungs- und Wannenschich ten der aktiven Quantenwannenschicht angelegt wird.

Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der oben beschriebenen Halbleiterlaservorrichtung das Halbleitersubstrat ein GaAs-Substrat vom n-Typ, wobei die oberen und unteren Überzugsschichten Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5) vom n-Typ aufweisen, dessen Gitter mit dem Gitter des GaAs- Substrates vom n-Typ zusammenpaßt bzw. übereinstimmt. Die Sperrschichten und die Führungsschichten der aktiven Quan tenwannenschicht weisen (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (0,3 x 0,5, 0,05 y 0,15) vom p-Typ auf, und die Wannenschichten der aktiven Quantenwannenschicht weisen Al_xGa_1-xAs (0 x 0,15) auf.

Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird im Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaservorrich tung zuerst ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähig keitstyps hergestellt, das mit einer Art von Dotandatomen dotiert ist und gegenüberliegende vordere und hintere Ober flächen besitzt, und dann wird eine Halbleiter-Schicht struktur auf der vorderen Oberfläche des Halbleiter substrats aufgewachsen. Die Halbleiter-Schichtstruktur um faßt obere und untere Überzugsschichten, die mit den Dotandatomen dotiert wurden und dieselbe Gitterkonstante besitzen, und eine aktive Quantenwannenschicht. Die aktive Quantenwannenschicht weist Sperrschichten und Führungs schichten, die mit den Dotandatomen dotiert sind, auf, und Wannenschichten, die nicht mit den Dotandatomen dotiert sind und eine Gitterkonstante besitzen, die verschieden von Gitterkonstanten der Sperrschichten und der Führungsschich ten ist. Dann wird eine streifenförmige dünne Isolier schicht auf einem zentralen Bereich der oberen Überzugs schicht ausgebildet und die Halbleiter-Schichtstruktur wird unter Verwendung der dünnen Isolierschicht als Maske selektiv geätzt, um einen Steg auszubilden, wobei Bereiche der oberen Überzugsschicht zu beiden Seiten des Stegs stehengelassen werden. Danach wird eine Stromsperrschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp auf der oberen Überzugsschicht aufgewachsen, wobei die beiden Seiten des Stegs kontaktiert werden. Nach dem Entfernen der dünnen Isolierschicht wird eine Kontaktschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf dem Oberteil des Stegs und auf der Stromsperrschicht aufgewachsen. Schließlich wird eine Stirnflächenelektrode von erster Leitfähigkeit auf der hinteren Oberfläche des Substrats vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet, und eine Stirnflächenelektrode von zweiter Leitfähigkeit wird auf der Kontaktschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp aus gebildet, wodurch eine Halbleiterlaservorrichtung fertig gestellt wird, in der die Gitterkonstante der Wannenschicht der aktiven Quantenwannenschicht verschieden ist von den Gitterkonstanten der Sperr- und Führungsschichten, die die Wannenschicht zwischen sich einschließen, wodurch wiederum eine Zugspannung an die Wannenschicht der aktiven Quantenwannenschicht angelegt wird.

Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einem Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaser vorrichtung zuerst ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps, das nicht mit einer Art von Dotand do tiert wurde und gegenüberliegende vordere und hintere Ober flächen besitzt, hergestellt, und eine Halbleiter-Schicht struktur wird auf der vorderen Oberfläche des Halbleiter substrats aufgewachsen. Die Halbleiter-Schichtstruktur um faßt obere und untere Überzugsschichten, die nicht mit dem Dotand dotiert sind, und eine aktive Quantenwannenschicht. Die aktive Quantenwannenschicht weist Sperrschichten und Führungsschichten, die mit dem Dotand dotiert sind und Git terkonstanten besitzen, die verschieden von Gitterkonstan ten der oberen und unteren Überzugsschichten sind, auf, und Wannenschichten, die nicht mit dem Dotand dotiert sind. Dann wird eine streifenförmige dünne Isolierschicht auf ei nem zentralen Bereich der oberen Überzugsschicht ausgebil det und die Halbleiter-Schichtstruktur unter Verwendung der dünnen Isolierschicht als Maske selektiv geätzt, um einen Steg auszubilden, wobei Bereiche der oberen Überzugsschicht zu beiden Seiten des Stegs stehengelassen werden. Danach wird eine Stromsperrschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp auf der oberen Überzugsschicht ausgebildet, wobei die bei den Seiten des Stegs kontaktiert werden. Nach dem Entfernen der dünnen Isolierschicht wird eine Kontaktschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf dem Oberteil des Stegs und auf der Stromsperrschicht aufgewachsen. Schließlich wird eine Stirnflächenelektrode von erster Leitfähigkeit auf der hinteren Oberfläche des Substrats vom ersten Leitfähig keitstyp ausgebildet, und eine Stirnflächenelektrode von zweiter Leitfähigkeit wird auf der Kontaktschicht vom zwei ten Leitfähigkeitstyp ausgebildet, wodurch eine Halblei terlaservorrichtung vollendet wird, in der die Gitterkon stanten der Sperrschichten und der Führungsschichten der aktiven Quantenwannenschicht verschieden sind von den Git terkonstanten der oberen und unteren Überzugsschichten, die die aktive Quantenwannenschicht zwischen sich einschließen, wodurch wiederum eine Zugspannung an die Wannenschichten der aktiven Quantenwannenschicht angelegt wird.

Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausge staltungen der Erfindung.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegen den Erfindung werden ersichtlich aus der nachfolgenden de taillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen an hand der Zeichnungen; es versteht sich jedoch, daß die de taillierte Beschreibung und die spezifischen Ausführungs formen nur der Veranschaulichung dienen, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Gültigkeitsbe reichs der Erfindung für Fachleute aus dieser detaillierten Beschreibung offensichtlich werden. Es zeigen:

Fig. 1(a) eine perspektivische Ansicht, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und Fig. 1(b) eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in Fig. 1(a) gezeigten Struktur;

Fig. 2(a) eine perspektivische Ansicht, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, und Fig. 2(b) eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in Fig. 2(a) gezeigten Struktur;

Fig. 3(a) eine perspektivische Ansicht, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß dem Stand der Technik veranschau licht, und Fig. 3(b) eine vergrößerte Ansicht eines Teils der in Fig. 3(a) gezeigten Struktur;

Fig. 4(a) bis 4(c) perspektivische Ansichten, die Ver fahrensschritte in einem Verfahren zur Herstellung der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform oder dem Stand der Technik veranschaulichen;

Fig. 5(a) und 5(b) Diagramme, die eine tatsächliche Energiebandstruktur eines typischen III-V-Gruppen-Halblei ters bzw. eine ideale Energiebandstruktur, die leicht den weiteren Bedingungen für Laserschwingung genügen kann, ver anschaulichen;

Fig. 6 ein Diagramm, das Inter-Valenzband-Absorption veran schaulicht;

Fig. 7 ein Diagramm, das Auger-Rekombination veranschau licht;

Fig. 8 ein Diagramm, das eine Energiebandstruktur veran schaulicht, die für eine einzelne, 50 Ångström dicke, unter mechanischer Spannung stehende Quantenwannenstruktur aus In_0,77Ga_0,23As berechnet wurde, wobei eine gestrichelte Li nie ein gewöhnliches Schwere-Löcher-Band von In_0,53Ga_0,47As darstellt, das eine ähnliche Energiebandlücke aufweist wie das der unter mechanischer Spannung stehenden Quantenwan nenstruktur;

Fig. 9 ein Diagramm, das eine Schnittansicht einer Struktur eines unter Druckspannung stehenden Quantenwannenlasers mit einer Wellenlänge von 1,48 µm veranschaulicht, der eine mittels dreistufiger MOVPE (metal organic vapor phase epi taxy; metallorganische Gasphasenepitaxie) gewachsene einge bettete Struktur aufweist, und der eine aktive Schicht auf weist, die vollständig aus einer unter Druckspannung ste henden Quantenwannenstruktur aus InGaAsP besteht;

Fig. 10 ein Diagramm, das eine Variation in der Bandenden energie infolge der mechanischen Spannung veranschaulicht;

Fig. 11 ein Diagramm, das Signalverstärkungs-Kenndaten der TE- und TM-Mode und Kenndaten der von der Polarisation un abhängigen Verstärkung eines unter einer 0,2%igen Zugspan nung stehenden Quantenwannenhalbleiterlaser-Lichtverstär kers veranschaulicht;

Fig. 12 ein Diagramm, das die x-y-Kontaktebene von (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs veranschaulicht;

Fig. 13(a) und 13(b) Diagramme, um die Ursachen der Ver schlechterung bzw. Degradation eines Halbleiterlasers zu erläutern; und

Fig. 14 eine Schnittansicht, die eine Halbleiterlaservor richtung mit einer SAS-Struktur (self alignment structure; selbstausrichtende Struktur) gemäß einer dritten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

Sogar wenn eine aktive Schicht eines Halbleiterlasers ein Material aufweist, das eine Gitterkonstante besitzt, die von Gitterkonstanten der anderen Schichten verschieden ist, kann, falls die Dicke der aktiven Schicht dünner ist als deren kritische Dicke, ein quasi-stabiler Zustand ein schließlich einer Gitterspannung realisiert werden, ohne Fehlanpassungsversetzungen zu erzeugen. Die Summe der Ein flüsse der in die aktive Schicht eingebrachten bzw. einge führten mechanischen Spannung auf die Lasereigenschaften wurde schon beschrieben. Im folgenden werden deren Wirkprinzipien beschrieben und das theoretische Fundament der vorliegenden Erfindung erklärt werden, und ebenfalls wird ein Fall, bei dem eine Zugspannung eingeführt wurde, betrachtet werden. Danach werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.

Die in Fig. 5(a) gezeigte Energiebandstruktur von für eine Halbleiterlaservorrichtung verwendeten III-V-Gruppen-Ver bindungshalbleitern wurde schon beschrieben. In der Figur stellt die Ordinate die Achse für die Energie E dar und die Abszisse stellt die Achse für die Wellenzahl k dar, wobei der Punkt k = 0 einem Punkt auf der Achse E entspricht. Die obere Kurve stellt das Leitungsband und die untere Kurve das Valenzband dar. Weiter stehen die Bezugszeichen F_C und F_V für Quasi-Fermi-Niveaus, und das Bezugszeichen E_g steht für die Energiebandlücke. Wie aus der Figur ersichtlich ist, ist die Krümmung bei der Spitze des Valenzbandes kleiner als die Krümmung bei der Unterseite des Leitungsbandes. Die Beziehung zwischen E und k in diesem Gebiet wird näherungsweise wie folgt dargestellt:

E = E₀ + (hk)²/(8π²m^*)

wobei E₀ die Energie am Punkt k = 0 (der Punkt an der Spitze des Valenzbandes oder an der Unterseite des Lei tungsbandes), h die Planksche Konstante und m^* die effektive Masse der Elektronen oder Löcher ist. Da die Anisotropie der effektiven Masse berücksichtigt werden muß, wird die Formel in Wirklichkeit komplizierter. Um jedoch das Verständnis zu erleichtern, ist die effektive Masse in der obigen Gleichung als isotrop angenommen worden. Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß die effektive Masse groß ist, wenn die Krümmung klein ist. Folglich ist in der Energiebandstruktur, wie sie in Fig. 5(a) gezeigt ist, die effektive Masse der Löcher im Valenzband beträchtlich größer als die effektive Masse der Elektronen im Leitungsband. Für gewöhnlich ist die Zustandsdichte hoch, wenn die effektive Masse groß ist. Folglich ist in diesem Fall die Zustandsdichte in der näheren Umgebung der Spitze des Valenzbandes hoch und das Quasi-Fermi-Niveau F_V wird bis zur Mitte des verbotenen Bandes angehoben. Dies bedeutet, daß eine Ladungsträgerdichte, die höher ist als eine Ladungsträgerdichte in einer Energiebandstruktur, bei der die effektiven Massen des Valenzbandes und des Leitungsbandes einander ungefähr gleich sind, erforderlich ist, um eine Laserschwingung zu erzeugen. Folglich ist, um den Schwellwertstrom für die Laserschwingung zu reduzieren, die in Fig. 5(b) gezeigte Energiebandstruktur vorteilhafter als die in Fig. 5(a) gezeigte Energiebandstruktur.

Andererseits verhindern auch Dissipationsprozesse wie z. B. Inter-Valenzband-Absorption oder Auger-Rekombination eine Verringerung des Schwellwertstromes. Diese Prozesse werden beschrieben werden. Obwohl in den Fig. 5(a) bis 5(b) nur ein Schwere-Löcher-Band, das zu den optischen Übergängen beiträgt, als ein Valenzband dargestellt ist, setzt sich das Valenzband wie in Fig. 6 gezeigt in Wirklichkeit aus einem Schwere-Löcher-Band, einem Leichte-Löcher-Band und einem Spin-Bahn-Abspaltungsband (dargestellt als HH-Band bzw. LH-Band bzw. SO-Band) zusammen. Der Hauptprozeß bei der Inter-Valenzband-Absorption ist die Absorption von Licht infolge der Rekombination eines Elektrons im Spin- Bahn-Abspaltungsband mit einem Loch im Schwere-Löcher-Band, d. h. die Anregung eines Elektrons im Spin-Bahn-Abspal tungsband ins Schwere-Löcher-Band. Um Licht der Energie E_g infolge eines optischen Überganges zwischen dem Leitungs band und dem Schwere-Löcher-Band zu absorbieren, sollte aufgrund von Überlegungen über die Energielücke zwischen jenen Bändern der Übergang in einem Gebiet stattfinden, daß in gewissem Ausmaß abseits vom Punkt der Wellenzahl k = 0 liegt. Da jedoch, wie oben beschrieben, die Ladungs trägerdichte hoch ist, gibt es in diesem Gebiet im Schwere- Löcher-Band einige Löcher, und es ist wahrscheinlich, daß der Absorptionsprozeß stattfindet. Bei dem Übergang unter der Absorption von Licht ändert sich k nicht. Die Auger- Rekombination umfaßt zwei aufeinanderfolgende Prozesse, bei denen die durch die Rekombination des Elektrons im Leitungsband (CB in der Figur) und des Loches im Schwere- Löcher-Band erzeugte Energie nicht als Licht emittiert sondern durch die Anregung von Elektronen vom Spin-Bahn- Abspaltungsband zu Löchern, die sich am selben Platz befinden, dissipiert wird. Wegen dem Energieerhaltungssatz und dem Impulserhaltungssatz, müssen in der Figur die Pfeile, die diese zwei Prozesse repräsentieren, von derselben Größe sein und in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Es ist ebenfalls wahrscheinlich, daß diese Auger- Rekombination stattfindet, wenn die Ladungsträgerdichte hoch ist. Falls folglich eine Energiebandstruktur des Va lenzbandes, wie in Fig. 5(b) gezeigt, mit einer relativ kleinen effektiven Masse realisiert ist, werden die Dissi pationsprozesse wie z. B. die Inter-Valenzband-Absorption oder die Auger-Rekombination durch eine Verringerung der Ladungsträgerdichte unterdrückt, wodurch eine Verringerung des Schwellwertstromes und Erhöhung der Ausgangsleistung unterstützt bzw. gefördert werden.

Solch eine Reduktion der effektiven Masse des Valenzbandes wird durch Verwendung einer Druckspannung realisiert. Das heißt, wenn eine Druckspannung in einen III-V-Gruppen- Verbindungshalbleiter eingebracht bzw. eingeführt wird, wird die Entartung des Valenzbandes aufgehoben und, wie in Fig. 8 gezeigt, die Krümmung an der Spitze des Schwere- Löcher-Bandes (HH1 in der Fig. 8) als ein Valenzband mit der höchsten Energie wird größer als die des Schwere- Löcher-Bandes in dem Fall, daß keine mechanische Spannung eingebracht bzw. eingeführt ist (gestrichelte Linie in der Figur), mit anderen Worten, die effektive Masse der Löcher nimmt ab, was eine Energiebandstruktur wie in Fig. 5(b) gezeigt ergibt.

Obwohl das Energieniveau des Leichte-Löcher-Bandes niedri ger wird als das Energieniveau des Schwere-Löcher-Bandes, wenn wie bisher beschrieben eine Druckspannung eingebracht wird, wird, wenn eine Zugspannung eingeführt wird, das Energieniveau des Leichte-Löcher-Bandes höher als das Ener gieniveau des Schwere-Löcher-Bandes, und der Beitrag des Leichte-Löcher-Bandes zu den optischen Übergängen wird größer (Tsukuru Ohtoshi, die oben beschriebene Literatur). Dieses Verhalten ist in Fig. 10 gezeigt. Wenn eine Druckspannung eingeführt wird, wird die Verringerung der effektiven Masse der Löcher dadurch erreicht, daß die Krümmung in der Nachbarschaft bzw. Umgebung der Spitze des Schwere-Löcher-Bandes erhöht wird. Wenn im Gegensatz dazu eine Zugspannung eingebracht bzw. eingeführt wird, besitzt das Leichte-Löcher-Band, das von Anfang an eine relativ kleine effektive Löchermasse aufweist, das höchste Energieniveau im Valenzband und trägt zu den optischen Übergängen bei, wodurch man im Hinblick auf die Laser eigenschaften, wie in dem Fall, bei dem die Druckspannung eingebracht wird, Effekte wie Reduktion des Schwellwert stromes und Zunahme der Ausgangsleistung erwartet.

In der vorliegenden Erfindung wird in einem AlGaAs-Schich tenlaser ein Ga_1-yIn_yAs-Substrat verwendet, daß eine In-Zu sammensetzung mit y über 0,01 aufweist, um in eine aktive Schicht eine Zugspannung einzubringen ohne P hinzuzufügen, wodurch die effektive Masse der Löcher im Valenzband ver ringert wird, was eine Verringerung des Schwellwertstromes, eine Zunahme der Quantenausbeute bzw. des Wirkungsgrades und eine Zunahme der Ausgangsleistung zur Folge hat. Wei terhin wird, da das Substrat von Anfang an eine niedrige Versetzungsdichte aufweist und jede Schicht in der aktiven Schicht mit Ausnahme der Quantenwannenschicht In enthält, eine unerwünschte Zunahme der Versetzungen in Richtung der Quantenwannenschicht unterdrückt und die dunklen Liniende fekte (dark line defect; DLD) werden verringert, was eine hohe Zuverlässigkeit zur Folge hat. Zusätzlich wird, da die Quantenwannenschicht kein In beinhaltet, die Wellenlänge der Schwingung nicht vergrößert, wodurch ein kurzwelliger Halbleiterlaser mit einem hohen Leistungsverhalten und hoher Zuverlässigkeit realisiert wird. Im Herstellungs prozeß kann das Verfahren des epitaktischen Aufwachsens, das eine hohe Kontrollierbarkeit aufweist und das für die AlGaAs-Schichtenlaser nach dem Stand der Technik verwendet worden ist, verwendet werden, da nur As ohne Verwendung von P als einem Gruppe-V-Element verwendet wird. Im folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben werden.

Ausführungsform 1

Die Fig. 1(a) bis 1(b) zeigen eine Halbleiterlaservor richtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1a ein Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Substrat vom n-Typ, das ein GaAs-Substrat aufweist, zu dem In hinzugefügt wurde. Eine Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Pufferschicht 2a vom n-Typ mit einer Dicke von 0,5 ∼ 1,0 µm ist auf den Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)- Substrat 1a vom n-Typ angeordnet. Eine untere (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,6, y ∼ 0,1)-Überzugsschicht 3a vom n- Typ mit einer Dicke von 1,5 ∼ 2,0 µm ist auf der Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Pufferschicht 2a angeordnet. Eine aktive Schicht 4a mit einer Tripel-Quantenwannenstruktur ist auf der unteren (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,6, y ∼ 0,1)- Überzugsschicht 3a vom n-Typ angeordnet, wobei die aktive Schicht 4a drei Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,1)-Wannenschichten 7a mit einer Dicke von jeweils 50 ∼ 100 Ångström, zwei (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Sperrschichten 8a mit einer Dicke von jeweils 50 ∼ 100 Ångström und zwei (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Führungsschichten 9a mit einer Dicke von jeweils 300 ∼ 600 Ångström umfaßt.

Eine obere (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,6, y ∼ 0,1)-Überzugsschicht 5a vom p-Typ, die eine Dicke von 1,5 ∼ 2,0 µm und im Zen trum der Struktur einen streifenförmigen Steg aufweist, ist auf der aktiven Tripel-Quantenwannenschicht 4a angeordnet.

Die Breite des Stegs beträgt 5 ∼ 7 µm. Eine Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Deckschicht 6a vom p-Typ ist auf dem Steg der oberen (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs-Überzugsschicht 5a vom p-Typ angeordnet. Die Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Stromsperrschicht 10a vom n-Typ ist auf der oberen (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs-Überzugsschicht 5a vom p-Typ angeordnet, wobei gegenüberliegende Seiten des Stegs kontaktiert werden. Eine Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Kontakt schicht 11a vom p-Typ ist auf der Ga_1-yIn_yAs-Deckschicht 6a vom p-Typ und auf beiden Seiten der Ga_1-yIn_yAs-Stromsperr schicht 10a vom n-Typ angeordnet.

Die Gitterkonstanten und die verbotenen Bandlücken der je weiligen oben beschriebenen Schichten findet man in Fig. 12, die eine x-y-Kontaktebene von (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs zeigt. In Fig. 12 stellt L1 eine Linie der Gitter-Übereinstimmung mit InP und L2 eine Linie der Gitter-Übereinstimmung mit Ga_0,9In_0,1As dar, und das gepunktete Gebiet repräsentiert ein Gebiet indirekter Bandlücke.

Eine Beschreibung eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird gegeben.

Zuerst werden nacheinander auf dem Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)- Substrat 1a vom n-Typ die folgenden Schichten epitaktisch aufgewachsen: Die Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Pufferschicht 2a vom n- Typ, die mit In dotiert ist und eine Dicke von 0,5 ∼ 1,0 µm besitzt, die untere (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,6, y ∼ 0,1)-Über zugsschicht 3a vom n-Typ, die vom Gitter her mit der Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Pufferschicht 2a vom n-Typ zusammenpaßt bzw. übereinstimmt, die aktive Quantenwannenschicht 4a, die die (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Sperrschichten 8a, die (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Führungsschichten 9a, wobei die Sperr- und Führungsschichten vom Gitter her mit der unteren Überzugsschicht 3a zusammenpassen bzw. überein stimmen, und die Al_xGa_1-xAs (0 x 0,15)-Wannenschichten 7a umfaßt, die obere (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,6, y ∼ 0,1)- Überzugsschicht 5a vom n-Typ und die Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)- Deckschicht 6a vom p-Typ.

Als nächstes wird eine streifenförmige dünne Isolierschicht 14 auf einem zentralen Bereich der oberen Überzugsschicht 5a ausgebildet.

Als nächstes werden unter Verwendung der streifenförmigen dünnen Isolierschicht 14 als Maske Bereiche der AlGaAs- Deckschicht 6a vom p-Typ und der oberen AlGaInAs-Überzugs schicht 5a selektiv weggeätzt, um einen streifenförmigen Steg 20 auszubilden.

Als nächstes wird auf der durch das Ätzen freigelegten Oberfläche der oberen AlGaInAs-Überzugsschicht 5a die Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Stromsperrschicht 10a vom n-Typ aufge wachsen, wobei gegenüberliegende Seiten des Stegs 20 kontaktiert werden.

Nach dem Entfernen der dünnen Isolierschicht 14 wird die Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Kontaktschicht 11a vom p-Typ auf der AlGaAs-Deckschicht 6a vom p-Typ und auf der GaInAs-Strom sperrschicht 10a vom n-Typ aufgewachsen.

Schließlich wird die n-Typ Stirnflächenelektrode 13 auf der hinteren Oberfläche der Seite des GaAs-Substrats 1a und die p-Stirnflächenelektrode 11 auf der GaInAs-Kontaktschicht 11a ausgebildet, um die Laservorrichtung der vorliegenden Erfindung fertig zu stellen.

Eine Beschreibung der Funktionsweise der Halbleiterlaser vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung wird gegeben.

Wenn die InGaAs-Pufferschicht 2a, die untere AlGaInAs-Über zugsschicht 3a, die AlGaInAs-Führungsschicht 9a, die AlGaAs-Wannenschicht 7a, die AlGaInAs-Sperrschicht 8a, die AlGaAs-Wannenschicht 7a, die AlGaInAs-Sperrschicht 8a, die AlGaAs-Wannenschicht 7a, die AlGaInAs-Sperrschicht 8a, die AlGaInAs-Führungsschicht 9a, und die obere AlGaInAs-Über zugsschicht 5a, und die GaInAs-Deckschicht 6a vom p-Typ auf den In_yGa_1-yAs (y = 0,1)-Substrat 1a vom n-Typ epitaktisch aufgewachsen werden, sind die Gitterkonstanten und die me chanischen Spannungen in der Schichtstruktur des oben be schriebenen Halbleiterlasers wie folgt:

(1) Das GaInAs-Substrat 1a: Gitterkonstante 5,70, mechani sche Spannung 0%
(2) Die untere AlGaInAs-Überzugsschicht 3a: Gitterkonstante 5,70, mechanische Spannung 0%
(3) Die Führungsschicht 9a der aktiven Quantenwannenschicht 4a: Gitterkonstante 5,70, mechanische Spannung 0%
(4) Die Wannenschicht 7a der aktiven Quantenwannenschicht 4a: Gitterkonstante 5,65, mechanische Spannung 0,09%
(5) Die Sperrschicht 8a der aktiven Quantenwannenschicht 4a: Gitterkonstante 5,70, mechanische Spannung 0%
(6) Die obere AlGaInAs-Überzugsschicht 5a: Gitterkonstante 5,70, mechanische Spannung 0%.

In den oben beschriebenen Schichten nimmt die mechanische Spannung als Funktion der Dicke mit einer Verringerung der Dicke zu. In dieser ersten Ausführungsform ist die Dicke der Wannenschicht 4a auf ungefähr 50 µm reduziert, um eine große mechanische Spannung in die Wannenschicht 4a einzu führen bzw. einzubringen.

Wie oben beschrieben, wird in der Halbleiterlaservorrich tung gemäß dieser ersten Ausführungsform die untere Über zugsschicht 3a, die (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs ( x ∼ 0,6, y ∼ 0,1) aufweist, d. h. eine Zusammensetzung bei einem Punkt, bei dem sich die Linie L2 und die Linie für x = 0,6 in Fig. 12 schneiden und das Gitter mit Ga_1-yIn_yAs zusammenpaßt bzw. übereinstimmt, auf dem Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Substrat 1a angeordnet, und die auf der unteren Überzugsschicht 3a angeordneten Führungsschichten 9a und Sperrschichten 8a der aktiven Tripel-Quantenwannenschicht 4a weisen (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1) auf, d. h. eine Zusammen setzung eines Punktes, bei dem sich die Linie L2 und die Linie für x = 0,4 in der Fig. 12 schneiden und vom Gitter her mit den Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1) vom n-Typ zusammenpaßt bzw. übereinstimmt. Die Wannenschicht 7a, die zwischen der Führungsschicht und der Sperrschicht eingeschlossen ist, weist Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,1) auf, das eine Gitterkonstante besitzt, die kleiner als die Gitterkonstante dieser Kristalle ist, wodurch die Wannenschicht 7a durch die Sperrschicht 8a und die Führungsschicht 9a einer Zugspannung von 0,09% unterworfen beziehungsweise ausgesetzt wird. Als eine Folge wird in einer Laserdiode, die As-Schichtmaterial verwendet, eine unter mechanischer Spannung stehende Quantenwannenstruktur erzeugt, die eine Zugspannung aufweist.

Wie oben beschrieben wird, in dieser ersten Ausführungsform der Halbleiterlaservorrichtung durch das Hinzufügen von In zu den Schichten vom GaAs-Substrat bis hin zu den Führungs schichten und den Sperrschichten in der aktiven Schicht die Gitterkonstante der Wannenschicht der aktiven Quantenwan nenschicht verschieden von den Gitterkonstanten der Sperr schicht und der Führungsschicht der aktiven Quantenwannen schicht gewählt bzw. eingestellt, um eine Zugspannung an die Wannenschicht anzulegen. Wie in Bezug auf den Stand der Technik beschrieben wurde, sind unter mechanischer Spannung stehende Quantenwannenlaser, die Wannenschichten aufweisen, an die Druckspannung angelegt wurde, hergestellt worden, da der Herstellungsprozeß relativ einfach ist. In dieser er sten Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, einen unter mechanischer Spannung stehenden Quantenwannenlaser herzustellen, an dem keine Druckspannung sondern eine Zug spannung anliegt, in dem man nur As-Schichtmaterial verwen det, ohne P-Schichtenkristalle zu verwenden, was die Her stellung schwierig macht.

Weiter wird, wie in der Literatur nach dem Stand der Tech nik beschrieben, wenn eine Druckspannung an die Wannen schicht einer aktiven Quantenwannenschicht angelegt wird, der Schwellwertstrom durch den Effekt der Reduzierung der effektiven Masse der aktiven Schicht erniedrigt, wodurch man eine hohe Quantenausbeute bzw. einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Ausgangsleistung erhält. Desgleichen wird in dieser ersten Ausführungsform der Erfindung durch das Anle gen einer Zugspannung an die Wannenschicht der aktiven Quantenwannenschicht die effektive Masse der aktiven Schicht reduziert, wodurch man einen niedrigen Schwellwert strom, eine hohe Quantenausbeute bzw. einen hohen Wirkungs grad und eine hohe Ausgangsleistung erreicht. Als Folge sind die charakteristischen Eigenschaften bzw. Kenndaten des Lasers bedeutend verbessert.

Zusätzlich besitzen das GaAs-Substrat, die unteren und oberen Überzugsschichten 3a und 5a, und die Sperrschichten 8a und die Führungsschichten 9a, also die Schichten, zu denen In-Atome hinzugefügt wurden, eine niedrige Versetzungsdichte, wodurch die Ausbreitung bzw. Fortpflanzung (Wachstumsgeschwindigkeit) von Versetzungen deutlich erniedrigt wird, und die Erzeugung und das Wachstum von DLD (dark line defect; dunkle Liniendefekte) infolge der Versetzungen, wie in Fig. 13 gezeigt, deutlich reduziert wird. Auf diese Weise unterdrückt das deutliche bzw. signifikante Erniedrigen der Fortpflanzung (Wachstums geschwindigkeit) von Versetzungen schnelle Degradation infolge der Erzeugung und des Wachstums von DLD und verhindert plötzliche bzw. sprunghafte Degradation infolge von DLD (dark line defect; dunkle Liniendefekte) und DSD (dark spot defect; dunkle Punktdefekte) und Oxidation und COD (Rißöffnungsverschiebung) an Kristallflächen infolge der plötzlichen bzw. sprunghaften Degradation. Weiterhin wird langsame bzw. allmähliche Degradation infolge der DSD und tiefliegender Niveaus ebenfalls unterdrückt. Als eine Folge erhält man einen unter mechanischer Spannung stehenden Quantenwannenhalbleiterlaser mit einer hohen Zuverlässigkeit und langer Lebensdauer.

Zusätzlich wird, da die Dicken und die Zusammensetzungen der Wannenschichten, der Sperrschichten, der lichtein schließenden Schichten und der oberen und unteren Überzugs schichten wie oben beschrieben eingestellt bzw. festgesetzt werden, ein unter Zugspannung stehender Quantenwannenlaser unter Verwendung eines GaAs-Substrates unter kritischen Be dingungen hergestellt, ohne verschiedene Arten von Defekten, wodurch ein unter Zugspannung stehender Quantenwannenlaser, der nur theoretisch möglich gewesen ist, als eine tatsächlich existierende Vorrichtung realisiert wird. Diese erste Ausführungsform der Erfindung, die eine tatsächlich existierende Vorrichtung bereitstellt, hat große praktische Bedeutung für die Industrie.

Ausführungsform 2

Die Fig. 2(a) und 2(b) sind Diagramme, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1b ein GaAs-Substrat vom n-Typ. Eine GaAs- Pufferschicht 2b vom n-Typ, die 0,5 ∼ 1,0 µm dick ist, ist auf dem GaAs-Substrat 1b vom n-Typ angeordnet. Eine untere Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5)-Überzugsschicht 3b vom n-Typ, die 1,5 ∼ 2,0 µm dick ist, ist auf der GaAs-Pufferschicht 2b angeordnet. Eine aktive Schicht 4b, die eine Tripel- Quantenwannenstruktur aufweist, ist auf der unteren Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5)-Überzugsschicht 3b vom n-Typ angeordnet. Diese aktive Schicht 4b umfaßt drei Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,1)-Wannenschichten 7b, die 50 ∼ 100 Ångström dick sind, zwei (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)- Sperrschichten 8b, die 50 ∼ 100 Ångström dick sind, und zwei (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Führungsschichten 9b, die 100 ∼ 300 Ångström dick sind.

Weiterhin ist eine obere Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5)-Überzugsschicht 5b vom p-Typ auf der aktiven Tripel-Quantenwannenschicht 4b angeordnet. Die obere Überzugsschicht 5b weist in der Mitte der Struktur einen Steg von konvexer Gestalt auf. Eine GaAs-Deckschicht 6b vom p-Typ ist auf dem Steg der oberen Überzugsschicht 5b angeordnet. GaAs-Stromsperrschichten 10b vom n-Typ sind auf der oberen Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5)-Überzugs schicht 5b vom p-Typ angeordnet, wobei gegenüberliegende Seiten des Stegs kontaktiert werden. Eine Kontaktschicht 11b vom p-Typ ist auf der GaAs-Deckschicht 6b vom p-Typ und auf den GaAs-Stromsperrschichten 10b vom n-Typ angeordnet.

Das Herstellungsverfahren und die Funktionsweise dieser Halbleiterlaservorrichtung wird im folgenden beschrieben werden.

Das Herstellungsverfahren einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß dieser zweiten Ausführungsform ist ähnlich zu dem Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform. In dieser zwei ten Ausführungsform werden nacheinander eine GaAs-Puffer schicht 2b vom n-Typ, die 0,5 ∼ 1,0 µm dick ist, eine untere Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5)-Überzugsschicht 3b vom n-Typ, die 1,5 ∼ 2,0 µm dick ist, eine aktive Tripel-Quanten wannenschicht 4b, die Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,1)-Wannenschichten 7b, die 50 ∼ 100 Ångström dick sind, (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Sperrschichten 8b, die 50 ∼ 100 Ångström dick sind, und (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Führungsschichten 9b, die 100 ∼ 300 Ångström dick sind, umfaßt, eine obere Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5)-Überzugsschicht 5b vom p-Typ, die 1,5 ∼ 2,0 µm dick ist, und eine GaAs-Deckschicht 6b vom p-Typ epitaktisch auf einem GaAs-Substrat 1b vom n-Typ aufgewachsen. Damit ergeben sich die folgenden Gitterkonstanten und mechanischen Spannungen der jeweiligen Halbleiterschichten in der Schichtstruktur:

(1) das GaAs-Substrat 1b: Gitterkonstante 5,65, mechanische Spannung 0%
(2) die untere AlGaAs-Überzugsschicht 3b: Gitterkonstante 5,66, mechanische Spannung 0%
(3) die Führungsschicht 9b der aktiven Quantenwannen schicht: Gitterkonstante 5,70, mechanische Spannung 0,1 ∼ 0,5%
(4) die Wannenschicht 7b der aktiven Quantenwannenschicht: Gitterkonstante 5,65, mechanische Spannung 0,1 ∼ 0,5%
(5) die Sperrschicht 8b der aktiven Quantenwannenschicht: Gitterkonstante 5,70, mechanische Spannung 0,1 ∼ 0,5%
(6) die obere AlGaAs-Überzugsschicht 5b: Gitterkonstante 5,66, mechanische Spannung 0%.

Hierbei ist die Wannenschicht 7b einer mechanischen Span nung ausgesetzt bzw. unterworfen, die genauso groß ist wie die mechanischen Spannungen, die von den oberen und unteren Überzugsschichten 5b und 3b an die Führungsschicht 9b und die Sperrschicht 8b angelegt sind.

Als eine Beziehung zwischen der mechanischen Spannung und der Dicke ergibt sich, daß die mechanische Spannung mit ei ner Verringerung der Dicke erhöht wird. In dieser zweiten Ausführungsform wird, wenn die Dicke der Führungsschicht 9b und der Sperrschicht 8b auf ungefähr 100 µm bzw. 50 µm ge setzt bzw. eingestellt werden, an diese Schichten eine große mechanische Spannung angelegt.

In der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dieser zweiten Aus führungsform der Erfindung, werden, nach dem Aufwachsen der GaAs-Pufferschicht 2b vom n-Typ und der unteren Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5)-Überzugsschicht 3b vom n-Typ, die vom Gitter her mit GaAs zusammenpaßt bzw. übereinstimmt, die Führungsschichten 9b und die Sperrschichten 8b der aktiven Tripel-Quantenwannenschicht 4b, wobei beide (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x-Ga_1-x)_1-yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1), zu dem In hinzugefügt wurde, aufweisen, aufgewachsen, wodurch eine Zugspannung von 0,1 ∼ 0,5% an die Sperrschichten und die Führungsschichten angelegt wird, und wodurch auch eine äquivalente Zugspannung von 0,1 ∼ 0,5% an die Wannenschichten 7b infolge des Unterschiedes zwischen der Gitterkonstante der oberen und unteren (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)- Überzugsschichten 5b und 3b und der Gitterkonstante der (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Führungsschichten 9b und (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Sperrschichten 8b angelegt wird.

Wie oben beschrieben, wird in dieser zweiten Ausführungs form der Halbleiterlaservorrichtung durch das Hinzufügen von In zu den Führungsschichten und den Sperrschichten der aktiven Quantenwannenschicht die Gitterkonstante der oberen und unteren AlGaAs-Überzugsschichten verschieden von der Gitterkonstante der Sperrschicht und der Führungsschicht der aktiven Quantenwannenschicht gewählt bzw. eingestellt, um eine Zugspannung an die Sperrschicht, die Füh rungsschicht und die Wannenschicht anzulegen. Wie in Bezug auf den Stand der Technik beschrieben wurde, sind unter me chanischer Spannung stehende Quantenwannenlaser, die Wan nenschichten aufweisen, an die Druckspannung angelegt wurde, hergestellt worden, da der Herstellungsprozeß rela tiv einfach ist. In dieser zweiten Ausführungsform der Er findung ist es möglich, einen unter mechanischer Spannung stehenden Quantenwannenlaser herzustellen, an dem keine Druckspannung sondern eine Zugspannung anliegt, indem man nur As-Schichtmaterial verwendet, ohne P-Schichtenkristalle zu verwenden, was die Herstellung schwierig macht.

Weiter wird, wie in der Literatur nach dem Stand der Tech nik beschrieben, wenn eine Druckspannung an die aktive Quantenwannenschicht angelegt wird, der Schwellwertstrom durch den Effekt der Reduzierung der effektiven Masse der aktiven Schicht erniedrigt, wodurch man eine hohe Quanten ausbeute bzw. einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Aus gangsleistung erhält. Desgleichen wird in dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung durch das Anlegen einer Zug spannung an die Wannenschicht der aktiven Quantenwannen schicht die effektive Masse der aktiven Schicht reduziert, wodurch man einen niedrigen Schwellwertstrom, eine hohe Quantenausbeute bzw. einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Ausgangsleistung erreicht. Als Folge sind die charakteri stischen Eigenschaften bzw. Kenndaten des Lasers bedeutend verbessert.

Zusätzlich besitzen die Sperrschichten und die Führungs schichten, also die Schichten, zu denen In-Atome hinzuge fügt wurden, eine niedrige Versetzungsdichte, wodurch die Ausbreitung bzw. Fortpflanzung (Wachstumsgeschwindigkeit) von Versetzungen deutlich bzw. signifikant erniedrigt wird, und wodurch die Erzeugung und das Wachstum von DLD (dark line defect; dunkle Liniendefekte) infolge der Versetzun gen, wie in Fig. 13 gezeigt, deutlich bzw. signifikant re duziert wird. Auf diese Weise unterdrückt das deutliche bzw. signifikante Erniedrigen der Fortpflanzung (Wachstums geschwindigkeit) von Versetzungen schnelle Degradation infolge der Erzeugung und des Wachstums von DLD und verhindert plötzliche bzw. sprunghafte Degradation infolge von DLD (dark line defect; dunkle Liniendefekte) und DSD (dark spot defect; dunkle Punktdefekte) und Oxidation und COD (Rißöffnungsverschiebung) an Kristallflächen infolge der plötzlichen bzw. sprunghaften Degradation. Weiterhin wird langsame bzw. allmähliche Degradation infolge der DSD und tiefliegender Niveaus ebenfalls unterdrückt. Als eine Folge erhält man einen unter mechanischer Spannung stehenden Quantenwannenhalbleiterlaser mit einer hohen Zu verlässigkeit und langer Lebensdauer.

Zusätzlich wird, da die Dicken und die Zusammensetzungen der Wannenschichten, der Sperrschichten, der lichtein schließenden Schichten und der oberen und unteren Überzugs schichten wie oben beschrieben eingestellt bzw. festgesetzt werden, ein unter Zugspannung stehender Quantenwannenlaser unter Verwendung eines GaAs-Substrates unter kritischen Be dingungen hergestellt, ohne verschiedene Arten von Defekten, wodurch ein unter Zugspannung stehender Quantenwannenlaser, der nur theoretisch möglich gewesen ist, als eine tatsächlich existierende Vorrichtung realisiert wird. Diese zweite Ausführungsform der Erfindung, die eine tatsächlich existierende Vorrichtung bereitstellt, hat große praktische Bedeutung für die Industrie.

Während in den oben beschriebenen ersten und zweiten Aus führungsformen die untere Überzugsschicht 3a oder 3b auf der Pufferschicht 2a oder 2b auf dem Substrat 1a oder 1b angeordnet ist, kann man auch ohne die Pufferschicht aus kommen, d. h. die untere Überzugsschicht kann auch direkt auf dem dem Substrat 1a oder 1b angeordnet werden.

Ausführungsform 3

Während in den oben beschriebenen ersten und zweiten Aus führungsformen Gewicht auf stegförmige Halbleiterlaservor richtungen gelegt worden ist, kann die vorliegende Erfin dung auch auf Laser mit SAS (Self Alignment Structure; selbstausrichtende Struktur) angewendet werden.

Fig. 14 zeigt eine Halbleiterlaservorrichtung vom SAS-Typ gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1a ein Ga_1-yIn_yAs (y =0 ,1)-Substrat vom n-Typ. Eine untere (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,6, y ∼ 0,1)-Überzugsschicht 3a vom n- Typ ist auf dem Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Substrate 1a vom n-Typ angeordnet. Eine aktive Tripel-Quantenwannenschicht 4a ist auf der unteren (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs-Überzugsschicht 3a angeordnet. Diese aktive Schicht 4a umfaßt drei Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Wannenschichten 7a, zwei (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Sperrschichten 8a und zwei (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1)-Führungsschichten 9a. Eine erste obere (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,6, y ∼ 0,1)- Überzugsschicht 15a vom p-Typ ist auf der aktiven Schicht 4a angeordnet. Stromsperrschichten 10a sind auf der oberen Überzugsschicht 15a vom p-Typ, mit Ausnahme eines zentralen streifenförmigen Gebiets der oberen Überzugsschicht 15a, angeordnet. Eine zweite obere Überzugsschicht 15b ist auf dem streifenförmigem Gebiet der ersten oberen Überzugsschicht 15a und auf den Stromsperrschichten 10a angeordnet. Die Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1) -Stromsperrschichten 10a vom n-Typ, die einen Bereich der zweiten oberen Überzugsschicht 15b zwischen sich einschließen, stellen eine stromeinschließende Struktur zur Verfügung. Eine Ga_1-yIn_yAs (y = 0,1)-Kontaktschicht 11a vom p-Typ ist auf der oberen (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,6, y ∼ 0,1)-Überzugsschicht 15b vom p-Typ angeordnet.

In dieser dritten Ausführungsform sind die Dicken, Gitter konstanten und mechanischen Spannungen der jeweiligen Schichten dieselben wie jene, die in der ersten Ausfüh rungsform beschrieben wurden.

Ebenfalls erhält man bei der Halbleiterlaservorrichtung vom SAS-Typ gemäß dieser dritten Ausführungsform dieselben Ef fekte und Wirkungen, wie sie bei den ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben wurden.

Die SAS-Struktur (Self Alignment Structure; selbstausrich tende Struktur) gemäß dieser dritten Ausführungsform kann auf die ersten und zweiten Ausführungsformen angewendet werden.

Während in den oben beschriebenen Ausführungsformen der Er findung ein GaAs-Substrat, zu dem In hinzugefügt wurde, verwendet wird, kann auch ein GaAs-Substrat, zu dem B (Bor) hinzugefügt wurde, mit denselben Effekten und Wirkungen wie oben beschrieben verwendet werden. Insbesondere gewährlei stet ein GaAs-Substrat, das mittels VCZ (vertikales Kri stallzieh-Verfahren nach Czochralski) hergestellt wurde und das folglich Bor enthält, eine längere Lebensdauer der La serdiode als die, wenn man ein GaAs-Substrat, das mittels HB (Horizontal Bridgeman; horizontales Kristallzieh- Verfahren nach Bridgeman) hergestellt wurde, verwendet.

Claims

1. Halbleiterlaservorrichtung mit:
einem Halbleitersubstrat,
oberen und unteren Überzugsschichten, wobei jede eine Zusammensetzung aufweist, die mit dem Gitter des Halblei tersubstrats zusammenpaßt, und wobei die untere Überzugs schicht auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, und
einer aktiven Schicht mit einer Quantenwannenstruktur, die zwischen den oberen und unteren Überzugsschichten ange ordnet ist und alternierend Wannenschichten und Sperr schichten und äußerste Führungsschichten aufweist, wobei die Schichten der aktiven Quantenwannenschicht so angeord net sind, daß zwei Schichten der Sperrschichten und der Führungsschichten jede Wannenschicht zwischen sich ein schließen, wobei die Führungsschichten mit dem Gitter der oberen und unteren Überzugsschichten zusammenpassen und die Wannenschicht eine Gitterkonstante besitzt, die von Gitter konstanten der zwei die Wannenschicht zwischen sich ein schließenden Schichten verschieden ist, wodurch eine Zug spannung an die Wannenschicht angelegt wird.

2. Die Halbleiterlaservorrichtung von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterkonstante der Wannenschicht der aktiven Quantenwannenschicht verschieden ist von den Gitterkonstan ten der Sperrschicht und der Führungsschicht der aktiven Quantenwannenschicht.

3. Die Halbleiterlaservorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Art von Dotand zum Halbleitersubstrat, zu den oberen und unteren Überzugsschichten und zu den Sperr- und Führungsschichten der aktiven Quantenwannenschicht hinzuge fügt wurde, mit Ausnahme der Wannenschichten der aktiven Quantenwannenschicht.

4. Die Halbleiterlaservorrichtung von Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleitersubstrat einen GaAs-Grundkörper vom n-Typ aufweist, zu dem In hinzugefügt wurde, und eine In_yGa_1-yAs (0,05 y 0,2)-Schicht vom n-Typ auf dem GaAs- Grundkörper vom n-Typ umfaßt,
daß die oberen und unteren Überzugsschichten (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,6, y ∼ 0,1) vom n-Typ beziehungsweise p-Typ aufweisen, welches mit dem Gitter der InGaAs-Schicht vom n-Typ zusammenpaßt,
daß die Sperr- und Führungsschichten der aktiven Quan tenwannenschicht (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (x ∼ 0,4, y ∼ 0,1) vom n- Typ beziehungsweise p-Typ aufweisen, welches mit dem Gitter der unteren und oberen Überzugsschichten zusammenpaßt, und
daß die Wannenschicht der aktiven Quantenwannenschicht Al_xGa_1-xAs (0 x 0,15) aufweist.

5. Die Halbleiterlaservorrichtung von Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterkonstanten der oberen und unteren Über zugsschichten, die die aktive Quantenwannenschicht zwischen sich einschließen, von den Gitterkonstanten der Sperr- und Führungsschichten der aktiven Quantenwannenschicht ver schieden sind.

6. Die Halbleiterlaservorrichtung von Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Art von Dotandatomen zu den Sperrschichten und den Führungsschichten der aktiven Quantenwannenschicht hinzugefügt wurde, mit Ausnahme des Halbleitersubstrats, der oberen und unteren Überzugsschichten und den Wannen schichten der aktiven Quantenwannenschicht.

7. Die Halbleiterlaservorrichtung von Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleitersubstrat GaAs vom n-Typ aufweist,
daß die oberen und unteren Überzugsschichten Al_xGa_1-xAs (x ∼ 0,5) vom n-Typ aufweisen, das mit dem Gitter des GaAs-Substrats vom n-Typ zusammenpaßt,
daß die Sperr- und Führungsschichten der aktiven Quantenwannenschicht (Al_xGa_1-x)_1-yIn_yAs (0,3 x 0,5, 0,05 y 0,15) vom p-Typ aufweisen, und
daß die Wannenschicht der aktiven Quantenwannenschicht Al_xGa_1-xAs (0 x 0,15) aufweist.

8. Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservor richtung mit den Verfahrensschritten:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats eines ersten Leitfähigkeitstyps, das mit einer Art von Dotandatomen dotiert wurde und gegenüberliegende vordere und hintere Oberflächen besitzt;
Aufwachsen einer Halbleiter-Schichtstruktur, die obere und untere Überzugsschichten, die mit den Dotandatomen do tiert sind und dieselbe Gitterkonstante besitzen, aufweist, und eine aktive Quantenwannenschicht, die Sperrschichten und Führungsschichten, die mit den Dotandatomen dotiert sind, aufweist, und Wannenschichten, die nicht mit den Dotandatomen dotiert sind und eine Gitterkonstante besit zen, die verschieden von Gitterkonstanten der Sperrschich ten und der Führungsschichten ist;
Ausbilden einer streifenförmigen dünnen Isolierschicht auf einem zentralen Bereich der oberen Überzugsschicht; selektives Ätzen der Halbleiter-Schichtstruktur unter Verwendung der dünnen Isolierschicht als Maske, um einen Steg auszubilden, wobei Bereiche der oberen Überzugsschicht zu beiden Seiten des Stegs stehengelassen werden;
Ausbilden einer Stromsperrschicht vom ersten Leitfä higkeitstyp auf der oberen Überzugsschicht, wobei die bei den Seiten des Stegs kontaktiert werden;
Ausbilden einer Kontaktschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf dem Oberteil des Stegs und auf der Stromsperrschicht nach dem Entfernen der dünnen Isolier schicht;
Ausbilden einer Stirnflächenelektrode von erster Leit fähigkeit auf der hinteren Oberfläche des Substrats vom er sten Leitfähigkeitstyp und einer Stirnflächenelektrode von zweiter Leitfähigkeit auf der Kontaktschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp,
wodurch sich eine Halbleiterlaservorrichtung ergibt, in der die Gitterkonstante der Wannenschicht der aktiven Quantenwannenschicht verschieden ist von den Gitterkonstanten der Sperr- und Führungsschichten, die die Wannenschicht zwischen sich einschließen, und eine Zugspannung an die Wannenschicht der aktiven Quantenwannenschicht angelegt wird.

9. Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservor richtung mit den Verfahrensschritten:
Bereitstellen eines Halbleitersubstrats eines ersten Leitfähigkeitstyps, das nicht mit einer Art von Dotand dotiert wurde und gegenüberliegende vordere und hintere Oberflächen besitzt;
Aufwachsen einer Halbleiter-Schichtstruktur, die obere und untere Überzugsschichten, die nicht mit dem Dotand do tiert sind, aufweist, und eine aktive Quantenwannenschicht, die Sperrschichten und Führungsschichten, die mit den Do tand dotiert sind und Gitterkonstanten besitzen, die ver schieden von Gitterkonstanten der oberen und unteren Über zugsschichten sind, aufweist, und Wannenschichten, die nicht mit dem Dotand dotiert sind;
Ausbilden einer streifenförmigen dünnen Isolierschicht auf einem zentralen Bereich der oberen Überzugsschicht;
selektives Ätzen der Halbleiter-Schichtstruktur unter Verwendung der dünnen Isolierschicht als Maske, um einen Steg auszubilden, wobei Bereiche der oberen Überzugsschicht zu beiden Seiten des Stegs stehengelassen werden;
Ausbilden einer Stromsperrschicht vom ersten Leitfä higkeitstyp auf der oberen Überzugsschicht, wobei die bei den Seiten des Stegs kontaktiert werden;
Ausbilden einer Kontaktschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp auf dem Oberteil des Stegs und auf der Stromsperrschicht nach dem Entfernen der dünnen Isolier schicht;
Ausbilden einer Stirnflächenelektrode von erster Leit fähigkeit auf der hinteren Oberfläche des Substrats vom er sten Leitfähigkeitstyp und einer Stirnflächenelektrode von zweiter Leitfähigkeit auf der Kontaktschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp,
wodurch sich eine Halbleiterlaservorrichtung ergibt, in der die Gitterkonstanten der Sperrschichten und der Führungsschichten der aktiven Quantenwannenschicht verschieden sind von den Gitterkonstanten der oberen und unteren Überzugsschichten, die die aktive Quantenwannenschicht zwischen sich einschließen, und eine Zugspannung an die Wannenschichten der aktiven Quantenwannenschicht angelegt wird.