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Diese Erfindung betrifft Halbleiterlaser.
Halbleiterlaser für sichtbares Licht aus AlGaInP
haben vor kurzem für eine besondere Beachtung als Lichtquelle
zur optischen Informationsverarbeitung gesorgt, und es wird
laufend daran entwickelt, um einen niedrigen Schwellwert und
eine Seitenmodussteuerung für die praktische Anwendung zu
realisieren.
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In unserer offengelegten jap. Patentanmeldung
62/26885 haben wir einen Halbleiterlaser aus AlGaInP
vorgeschlagen, wo eine p-Deckschicht, die auf einer Seite auf
einem Träger oder einer Hitzesenke aufgebracht werden soll in
einer dualen Schichtstruktur (danach als DSC-Struktur
bezeichnet) gebildet ist, die aus einer AlGaInP-Schicht und
einer AlGaAs-Schicht mit einer hohen thermischen
Leitfähigkeit besteht, um so den Hitzeabstrahlungseffekt zu
steigern.
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Um den Schwellwert im Halbleiterlaser zu erniedrigen,
ist ein Dachfirstmuster vorgesehen, wo beide Seiten der
Halbleiterschicht, die der p-Deckschicht auf der Aktivschicht
benachbart sind, durch Ätzen entfernt werden, wobei jedoch
ein Mittelteil in Form eines Streifens unentfernt bleibt, und
eine n-Stromeinschnürungsschicht im entfernten Teil durch
Epitaxie gebildet wird.
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Wenn diese DSC-Struktur bei einem Halbleiterlaser mit
einem solchen Dachfirstmuster verwendet wird, wird die
Herstellung des dachfirstförmigen Bereichs verbessert.
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Insbesondere sind bei einem Halbleiterlaser mit der
obigen DSC-Struktur wie in der Querschnittsansicht in Fig. 4
gezeigt nacheinander eine n-Pufferschicht 2 aus GaAs, eine n-
Deckschicht 3 aus AlGaInP, eine nichtdotierte Aktivschicht 4,
eine p-Deckschicht 5 und eine Abdeckschicht 6 auf einem
Halbleitersubstrat 1 gebildet, das aus n-GaAs oder dgl.
besteht, das eine hohe Verunreinigungskonzentration hat,
wobei ihre [100] Kristallebene als Hauptfläche verwendet
wird. Weiter weist die p-Deckschicht 5 eine laminierte
Struktur auf, die aus einer ersten Deckschicht 51 aus
(AlxGa1-x)InP besteht, die auf der Aktivschicht 4 aufgebracht
ist, und aus einer zweiten Deckschicht 52 aus AlyGa1-yAs
besteht, die auf der ersten Deckschicht aufgebracht ist.
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Wenn das Dachfirstmuster bei einem Halbleiterlaser
mit einer solchen DSC-Struktur verwendet wird, wie in einer
schematischen Querschnittsansicht von Fig. 5 gezeigt, die
einen Prozeß zur Herstellung des Halbleiterlasers zeigt, wird
zuerst eine Streifenmaske 7 aus SiNx oder dgl. auf einem
Mittelteil der Abdeckschicht 6 aufgebracht, und es wird ein
Ätzschritt von der Seite der Abdeckschicht 6 durch Verwendung
der Maske 7 in einer Ätzflüssigkeit aus Schwefelsäure
ausgeführt. Als Ergebnis eines solchen Schritts wird der Ätzprozeß
in einem Zeitpunkt angehalten, wenn die erste Deckschicht 51
aus AlGaInP, auf die die Ätzflüssigkeit aus Schwefelsäure
extrem langsam einwirkt, freigelegt ist. Wenn daher der
Ätzvorgang in einem solchen Zeitpunkt unterbrochen wird, werden
bloß die Abdeckschicht 6 und die zweite Deckschicht 52 der p-
Deckschicht 5 selektiv auf den beiden Seiten weggeätzt, die
nicht mit der Maske 7 abgedeckt sind. Dabei wird das Ätzen
mit der Flüssigkeit ausgeführt, die unter die beiden
Seitenränder der Maske 7 dringt, und die Seitenfläche 8, die
durch ein solches Ätzen gebildet wird, wird eine [111]A
Kristallfläche.
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Danach wird, wie in einer schematischen
Schnittansicht von Fig. 6 gezeigt (die einen Zustand nach Herstellung
einer untenerwähnten Stromeinschnürungsschicht 10 und eines
nachfolgenden Zurückziehens der Maske 7 zeigt), eine n-
Stromeinschnürungsschicht 10 aus GaAs, während sie noch mit
der Maske 7 bedeckt ist, im durch Ätzen entfernten Teil 9
durch Epitaxie, die auf einem metallorganischen chemischen
Abscheidungsprozeß (MOCVD) basiert, selektiv gebildet. Es ist
jedoch aufgrund der Existenz von As auf der Seitenoberfläche
und der Existenz von P auf der [100] Kristalloberfläche der
ersten Deckschicht 51, die durch Ätzen gebildet ist,
schwierig, eine selektive Epitaxie in Verbindung mit einer
hohen Reproduzierbarkeit auf diesen beiden Oberflächen zu
erzielen. Da weiter eine Hitze bis zu etwa 720 ºC während
einer solchen Epitaxie angelegt wird, wird P, das folglich in
der ersten Deckschicht 51 enthalten ist, verdampft, so daß
ihre Eigenschaften verschlechtert werden, wodurch daher eine
andere Schwierigkeit bei der Herstellung eines
hochzuverlässigen Elements entsteht.
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Erfindungsgemäß ist ein Halbleiterlaser vorgesehen,
der in einer Doppelheterostruktur (DR-Struktur) gebildet ist,
die eine n-Deckschicht und eine p-Deckschicht mit einer
dazwischen angeordneten Aktivschicht aufweist; wobei die p-
Deckschicht eine laminierte Struktur aufweist, die aus einer
ersten Deckschicht aus (AlxGa1-x) InP besteht, die auf der
Aktivschicht aufgebracht ist, und aus einer zweiten
Deckschicht aus AlyGa1-yAs, die auf der ersten Deckschicht
aufgebracht ist; und
wobei die zweite Deckschicht teilweise entfernt wurde und
eine Stromeinschnürungsschicht aus GaAs anstelle des
entfernten Teils auf der ersten Deckschicht gebildet wurde;
dadurch gekennzeichnet,
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daß die erste Deckschicht zwei Schichtteile mit einer
Verschlechterungs-Schutzschicht aus AlzGa1-zAs aufweist, die
dazwischen angeordnet ist an einer Position, die von der
zweiten Deckschicht um einen vorgegebenen Abstand beabstandet
ist, und eine solche Dicke aufweist, um ein Verdampfen von P
aus dem unten liegenden Schichtteil der ersten Deckschicht zu
verhindern, ohne die Sperrfunktion der Aktivschicht zu
beeinträchtigen, wobei der oben liegende Schichtteil der
ersten Deckschicht dünn genug ist, um ein vollständiges
Verdampfen von P aus dem oben liegenden Schichtteil während
der Bildung der Stromeinschnürungsschicht zu erlauben, ohne
ihre Ätzstoppfunktion während des teilweise Entfernens der
zweiten Deckschicht zu beeinträchtigen.
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Bei den Verbindungen der individuellen Schichten
stellen x, y und z Atomverhältnisse dar, die vorzugsweise als
0,5 ≤ x ≤ 1, 0,6 ≤ y ≤ 1 und 0,6 ≤ z ≤ 1 definiert sind.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
mit einer DSC-Struktur ist die zweite Deckschicht aus AIGaAs,
die eine hohe thermische Leitfähigkeit hat, in der p-
Deckschicht enthalten, so daß ein befriedigender
Hitzeabstrahlungseffekt
durch Befestigen des Halbleiterlasers an
einem Träger oder einer Hitzesenke bei der p-Deckschichtseite
erzielbar ist. Während das selektive Ätzen ausgeführt wird,
um die Stromeinschnürungsschicht zu bilden, ist die erste
Deckschicht aus AlGaInP in der Lage, als Stopper gegen das
selektive Atzen zu dienen, wodurch das Atzen bis zu einer
vorgegebenen Position mit absoluter Sicherheit gesteuert
werden kann.
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In der ersten Deckschicht einer solchen
Ausführungsform ist die Verschlechterungs-Schutzschicht aus
AlzGa1-zAs vorhanden, die die Wirkung hat, P zu blockieren.
Folglich ist eine solche Verschlechterungs-Schutzschicht in
der Lage, das Verdampf en von P aus der ersten
Hauptdeckschicht der ersten Deckschicht auf der einen Seite
zu prüfen, die der Aktivschicht benachbart ist, wodurch
sowohl eine Verschlechterung der Deckschichteigenschaften als
auch eine Verschlechterung der Kristallform verhindert wird.
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Bei einer solchen Ausführungsform kann die Oberfläche
der ersten Deckschicht, die P als Ätzstopper enthält,
gegenüber dem entfernten Teil gebildet werden, der weggeätzt
wurde, um die Stromeinschnürungsschicht zu bilden, und eine
solche Oberfläche kann aus einer ausreichend dünnen Schicht
aufgrund der Existenz der Verschlechterungs-Schutzschicht
zusammengesetzt sein, so daß P, das in der Dünnfilmschicht
enthalten ist, größtenteils verdampft oder in AsP durch die
Hitze umgewandelt wird, die während der Epitaxie angelegt
wird, um die Stromeinschnürungsschicht zu bilden. Folglich
ist es möglich, den Nachteil zu vermeiden, der darin besteht,
daß ein befriedigende Epitaxie wie erwähnt durch das
restliche P behindert wird, das vorher im entfernten Teil existent
war.
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Ein solcher hochzuverlässiger Halbleiterlaser, der
einen niedrigen Schwellwert hat, kann mit höchster
Reproduzierbarkeit realisiert werden.
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Die Erfindung wird nun durch ein Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
wobei durchwegs die gleichen Teile mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sind.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Ansicht einer
Ausführungsform eines Halbleiterlasers nach der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 2 und 3 Schritte des Herstellungsprozesses eines
solchen Halbleiterlasers; und
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Fig. 4 bis 6 Schritte des Herstellungsprozesses eines
kürzlich vorgeschlagenen Halbleiterlasers.
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Zuerst werden, wie in der schematischen
Schnittansicht von Fig. 2 gezeigt, mehrere Schichten nacheinander auf
einem Halbleitersubstrat 1 gebildet, das aus n-GaAs oder dgl.
mit einer hohen Verunreinigungskonzentration besteht, und
eine Hauptfläche einer [100] Kristallebene hat, die durch
einen fortlaufenden MOCVD-Prozeß durch Epitaxie gebildet
wird. Diese Schichten bestehen aus einer Pufferschicht 2 aus
n-GaAs mit einer Dicke von etwa 0,3 um, einer Deckschicht 3
aus n-AlGaInP mit einer Dicke von etwa 1,5 um, einer
Aktivschicht 4 aus nichtdotiertem GaInP mit einer Dicke von etwa
70 nm, einer p-Deckschicht 5, und einer Abdeckschicht 6 mit
einer Dicke von etwa 0,8 um. Insbesondere hat die
p-Deckschicht 5 eine laminierte Struktur, die aus einer ersten
Deckschicht 51 aus (AlxGa1-x)InP besteht, die auf der
Aktivschicht 4 aufgebracht ist und eine Dicke von etwa 0,3 um
aufweist, sowie aus einer zweiten Deckschicht 52 aus AIyG1-
yAS besteht, die auf der ersten Deckschicht aufgebracht ist
und eine Dicke von etwa 0,8 um aufweist. Zusätzlich dazu ist
eine Verschlechterungs-Schutzschicht 11 aus AlzGa1-zAs in der
ersten Deckschicht 51 bei einer Position eingeschlossen, die
von der zweiten Deckschicht 52 durch einen vorgegebenen
geringen Abstand t beabstandet ist. Die erste Deckschicht 51
besteht insbesondere aus einer ersten Hauptdeckschicht 51a,
die an die Aktivschicht 4 angrenzt, der Verschlechterungs-
Schutzschicht 11, und einer ersten Dünnfilmdeckschicht 51b
mit einer Dicke t, die nacheinander übereinander angeordnet
sind.
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Die n-Deckschicht 3 besteht aus n- (AlxGa1-x)InP,
wobei 0,5 ≤ x ≤ 1 ist, beispielsweise aus
(Al0,5G0,5)015 In0,5P; die Aktivschicht 4 besteht
beispielsweise aus nichtdotiertem Ga0,5In0,5P; die erste
Hauptdeckschicht 51a und die erste DünnfilmDeckschicht 51b
der ersten Deckschicht 51 in der p-Deckschicht 5 bestehen
beide aus p- (AlxGa1-x)InP, wobei 0 5 ≤ x ≤ 1 ist,
beispielsweise aus (Al0,5Ga0,5)0,5In0,5P; und die
Verschlechterungs-Schutzschicht 11 und die zweite Deckschicht
52 bestehen entsprechend aus p- AlzGa1-zAs und aus p-
AlyGa&sub1;yAs, wobei 0,6 ≤ z ≤ 1, 0,6 ≤ y ≤ 1 ist, beispielsweise aus
Al0,6Ga0,4As.
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Beim Bilden jeder Schicht durch einen MOCVD-Prozeß
können H2Se als n-Verunreinigungsquelle und DMZn als
p-Verunreinigungsquelle verwendet werden.
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Die Dicke der Verschlechterungs-Schutzschicht 11 wird
selektiv in einem Bereich von 5 bis 100 nm eingestellt. Eine
solche selektive Einstellung basiert auf der Tatsache, daß
eine Dicke kleiner als 5 nm nicht wirksam ein Verdampfen von
P aus der ersten HauptDeckschicht 51a verhindern kann, und
daß eine Dicke über 100 nm die wesentliche Sperrfunktion der
Aktivschicht 4 beeinträchtigt.
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Mittlerweile hat man die Dicke t der ersten Dünnfilm-
Deckschicht 51b in der ersten Deckschicht 51 auf einen
Bereich von 3 bis 10 nm selektiv eingestellt. Eine solche
selektive Einstellung basiert auf der Tatsache, daß eine
Dicke kleiner als 3 nm nicht ausreicht, um die Funktion als
Ätzstopper zu erfüllen, und eine Dicke, die 10 nm übersteigt,
bringt restliches Phosphor P auf die Oberfläche der
Stromeinschnürungsschicht 10 während ihres epitaxialen
Wachstums (Epitaxie) und sie beeinträchtigt daher eine
befriedigende Epitaxie der Stromeinschnürungsschicht 10.
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Danach wird wie in einer schematischen Ansicht von
Fig. 3 gezeigt eine Streifenmaske 7 aus SiNx oder dgl. auf
ein Mittelteil der Abdeckschicht 6 gelegt, und ein Ätzschritt
wird von der Seite der Abdeckschicht 6 durch Verwendung
dieser Maske 7 und einer Ätzflüssigkeit aus Schwefelsäure
durchgeführt. Dann wird der Ätzprozeß in einem Zeitpunkt
angehalten, wenn die erste Deckschicht 51 aus AlGaInP, bei
der die Ätzgeschwindigkeit der Ätzflüssigkeit aus
Schwefelsäure extrem niedrig ist, zur Außenseite hin
offengelegt ist. Wenn daher das Ätzen zu diesem Zustand
unterbrochen wird, werden nur die Deckschicht 6 und die
zweite Deckschicht 52 der p-Deckschicht 5 auf ihren beiden
Seiten selektiv geätzt, die nicht durch die Maske 7 abgedeckt
sind. In diesem Stadium wird das Ätzen so ausgeführt, daß die
Flüssigkeit unterhalb der beiden Seitenränder der Maske 7
tritt, und daß die so durch Ätzen gebildete Seitenoberfläche
8 zu einer [111]A Kristallfläche wird.
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Danach wird, wie in einer schematischen
Querschnittsansicht von Fig. 1 gezeigt, eine Stromeinschnürungsschicht 10
aus n-GaAs, während sie mit der Maske 7 bedeckt ist, in dem
durch Ätzen entfernten Teil 9 durch selektive Epitaxie auf
der Basis eines MOCVD-prozesses gebildet. Fig. 1 zeigt den
Zustand nach dem Entfernen der Maske 7.
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Bei der erwähnten Ausführungsforin werden Se als n-
Verunreinigungsstoff und Zn als p-Verunreinigungsstoff
verwendet. Diese Verunreinigungsstoffe sind
selbstverständlich nicht auf diese Beispiele begrenzt und
können ebenso Si, Mg usw. sein. Folglich können Variationen
und Modifikationen vorgenommen werden, ohne auf die obige
Ausführungsform beschränkt zu sein.
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Nach der obenbeschriebenen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird, wo eine DSC-Struktur verwendet
wird, die zweite Deckschicht 52 aus AIGaAs, die eine hohe
thermische Leitfähigkeit hat, in der p-Deckschicht 5 mit
aufgenommen, so daß ein zufriedenstellender
Hitzeabstrahlungseffekt erzielbar ist, wenn der Halbleiterlaser an einem
Träger oder einer Hitzesenke an seiner p-Deckschichtseite
befestigt wird. Weiter ist, während das selektiven Ätzen
durchgeführt wird, um die Stromeinschnürungsschicht 10 zu
bilden, die erste Deckschicht 51b aus (AlxGa1-x)InP, wobei
0,5 ≤ x ≤ 1 ist, in der Lage, die Funktion als Stopper gegen
das selektive Ätzen zu übernehmen, wodurch das Ätzen bis
hinauf zu einer vorgegebenen Position mit absoluter
Sicherheit gesteuert werden kann.
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Weiter ist die Verschlechterungs-Schutzschicht 11
aus AlzGa1-zAS in der ersten Deckschicht 51 eingeschlossen,
und dieses Material AlzGa1-zAs kann P blockieren, wodurch die
Verdampfung von Phosphor P aus der ersten Hauptdeckschicht
51a der ersten Deckschicht 51 auf der einen Seite , die an
die Aktivschicht 4 angrenzt, überprüfbar ist. Folglich wird
es möglich, eine Verschlechterung der Kristallform der
Deckschicht abzuwenden.
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Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die
Oberfläche der ersten Deckschicht 51, die P als Ätzstopper
enthält, gegenüber dem durch Ätzen entfernten Teil 9
gebildet, um die Stromeinschnürungsschicht 10 zu bilden, und
eine solche Oberfläche besteht aus einer ausreichend dünnen
Schicht 51b mit einer Dicke t, so daß P, das in einer solchen
Dünnfilmschicht vorhanden ist, größtenteils verdampft oder in
AsP durch die vorher angelegte Hitze und während der Epitaxie
zum Bilden der Stromeinschnürungsschicht 10 umgewandelt wird,
wodurch folglich der obenerwähnte Nachteil vermieden wird,
daß eine gleichmäßige Epitaxie durch das restliche Phosphor
behindert wird, was vorher im entfernten Teil 9 vorhanden
war.