DE69834780T2 - Halbleiterlaservorrichtung , optisches Kommunikationssystem unter Verwendung desselben und Herstellungsverfahren - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrichtung, die in geeigneter Weise als eine Lichtquelle für optische Übertragung verwendet wird, und auf ein optisches Übertragungssystem, das diese verwendet. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf Technologie zum Kristallwachstum eines Verbindungshalbleiters als ein Material für eine aktive Schicht, die in der Halbleiterlaservorrichtung enthalten ist, und auf das optische Übertragungssystem, das diese verwendet.
  • Eine konventionelle Halbleiterlaservorrichtung als eine Lichtquelle für optische Übertragung verwendet ein InP-Substrat und InGaAsP-Mischkristalle als ein Material für die aktive Schicht desselben. Der Grund hierfür ist, dass InGaAsP-Mischkristalle Bandlückenenergie in den Bänder von 1,3 μm und 1,55 μm haben, die Bänder niedrigen Übertragungsverlusts einer optischen Faser sind.
  • Eine konventionelle Halbleiterlaservorrichtung für optische Übertragung ist in 10 dargestellt.
  • Die in 10 gezeigte Halbleiterlaservorrichtung enthält: ein InP-Substrat 101 vom n-Typ und eine mesa-förmige Mehrschichtstruktur, die auf dem Substrat 101 ausgebildet ist. Die messförmige Mehrschichtstruktur enthält: eine InGaAsP-Lichteinschließschicht 102 vom n-Typ, eine aktive InGaAsP-Schicht 103; und eine InP-Mantelschicht 104 vom p-Typ. Eine InP-Stromsperrschicht 105 vom p-Typ und eine InP-Stromsperrschicht 106 vom n-Typ sind in den Bereichen vergraben, die die mesa-förmige Mehrschichtstruktur zwischen sich einschließen. Eine vergrabene InP-Schicht 107 vom p-Typ und eine InGaAsP-Kontaktschicht 108 vom p-Typ sind so ausgebildet, dass sie diese Stromsperrschichten und die mesa-förmige Mehrschichtstruktur bedecken. Ein Isolierfilm 109 mit streifenförmigen Öffnungen ist über der InGaAsP-Kontaktschicht 108 vom p-Typ angeordnet. Eine An/Zn-Elektrode 110 und eine Ti/Au-Elektrode 111 sind darauf ausgebildet. Eine Au/Sn-Elektrode 112 ist auf der Rückseite des Substrats 101 ausgebildet.
  • Die InGaAsP/InP-Halbleiterlaservorrichtung von 10 hat ein Problem, dass der Schwellenstrom und der Lichtemissonswirkungsgrad derselben in einem großen Ausmaß bei Temperaturschwankungen varrieren. Daher sind zahlreiche Maßnahmen getroffen worden, um die Temperatur der Halbleiterlaservorrichtung konstant zu halten, beispielsweise durch die Verwendung einer Peltier-Vorrichtung. Der Preis eines Lasermoduls wird wegen solcher Maßnahmen jedoch teilweise erhöht.
  • Ein sehr schmalbandiger Versatz ΔEc auf dem Leitungsband ist vermutlich einer der Gründe, warum die Eigenschaften einer InGaAsP/InP-Halbleiterlaservorrichtung in einem großen Umfang mit Schwankungen der Temperatur variabel sind. Dieses Phänomen wird unter Bezugnahme auf die 11A bis 11C beschrieben.
  • 11A und 11B zeigen Fälle, in denen eine aktive Schicht eine Quantentopfstruktur hat mit Sperrschichten und einer Topfschicht, die dazwischen eingeschlossen ist. Wenn ΔEc zwischen den Sperrschichten und der Topfschicht so klein wie etwa 100 meV ist und die Temperatur niedrig ist, dann werden eine ausreichend große Zahl Elektroden innerhalb der Topfschicht eingeschlossen, die als ein Lichtemissionsbereich funktioniert, wie in 11A gezeigt. Wenn jedoch die Temperatur ansteigt, dann können die Elektronen wegen der zugeführten Wärmeenergie sehr leicht aus der Topfschicht überlaufen, und sie hören auf, zur Lichtemission beizutragen. Der Schwellenstrom derselben nimmt somit zu, und der Steilheitswirkungsgrad fällt ab, wie in 11C gezeigt.
  • Wie oben beschrieben, liegt ΔEc der InGaAsP/InP-Halbleiterlaservorrichtung bei etwa 100 meV, was sehr viel kleiner als die einer AlGaAs/GaAs-Halbleiterlaservorrichtung ist, wo er im Bereich von 200 bis etwa 300 meV liegt.
  • Im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme ist die vorliegende Erfindung gemacht worden, die folgenden Ziele zu erreichen: (1) Schaffung einer Halbleiterlaservorrichtung mit niedrigem Schwellenstrom, die einen hohen Steilheitswirkungsgrad über einem weiten Temperaturbereich hat, und ein optisches Übertragungssystem, das diese verwendet, und (2) Erschaffung eines Verfahrens zum Erzeugen eines InNxAsyP1–x–y Mischkristalls (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1), der eine hervorragende Kristallinität hat, die für die aktive Schicht der Halbleiterlaservorrichtung geeignet ist.
  • "Improved High Temperature Performance auf 1,3 bis 1,5 μm InNAsP-InGaAsP Quantum-Well Microdisk Lasers", von W.G. Bi et al., IEEE Phtonics Technology Letters, Band 9, Nr. 8, August 1997, beschreibt eine Laserwirkung in den InNAsP-InGaAsP-Materialsystem. InNAsP auf InP ist beschrieben.
  • "Anti-phase direct bonding and its application to the fabrication of InP-based 1,55 μm wavelength lasers on GaAs substrates", Y. Okuno et al., Appl. Phys. Lett. 66(4), 23. Januar 1995, beschreibt ein gegenphasiges direktes Verbinden von InP und GaAs-Wafern.
  • "Gas-source Molecular Beam Epitaxy of GaNxAs1–x Using a N Radical" von M. Kondow et al., Jpn. J. Appl. Phys. Band 33 (1994) Seiten L1056 bis L1058, beschreibt GaNAs als ein neues Material, das auf einem Si-Wafer hergestellt ist.
  • ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung als die aktive Schicht eine InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) verwendet, die an ein GaAs-Substrat, ein GaP-Substrat oder ein Si-Substrat gitterangepasst ist, um dadurch eine Halbleiterlaservorrichtung zu realisieren, die in einem Wellenlängenband schwingt, das für optische Übertragung geeignet ist, und ein ΔEc von 200 meV oder mehr hat Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein GaAs-Substrat und eine mehrschichtige Struktur, die auf dem GaAs-Substrat ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält eine aktive Schicht zum Emittieren von Licht. Die aktive Schicht enthält eine InNxAsyP1–x–y Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1), die an das GaAs-Substrat gitterangepasst ist.
  • Durch Verwendung eines solchen Aufbaus wird eine Halbleiterlaservonichtung für optische Übertragungen über große Distanz realisiert (Bandlückenenergie liegt im Band von 1,1 bis 1,6 μm), indem ein GaAs-Substrat verwendet wird. Der Grund ist, dass die Bandlückenenergie der InNxAsyP1–x–y Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1), die an das GaAs-Substrat gitterangepasst ist, aufgrund des Bogenführungseffekts abnimmt, um einen Optimalwert für Laserschwingung im Band von 1,1 bis 1,6μm zu erreichen. Da außerdem die Abnahme im Leitungsbandniveau der InNxAsyP1–x–y Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) aufgrund des Bogenführungseffekt merklicher ist, als die Abnahme in seinem Valenzbandniveau, kann ΔEc auf 200 meV oder mehr in der mehrschichtigen Struktur gesteigert werden. Selbst wenn somit die Energie der Träger aufgrund eines Temperaturanstiegs und/oder der Temperatur der Halbleiterlaservorrichtung selbst zunimmt, kann die Zunahme der Anzahl Träger, die aus der aktiven Schicht überlaufen, unterdrückt werden. Die Halbleiterlaservorrichtung kann daher bezüglich der Temperaturcharakteristik hervorragendes Verhalten zeigen.
  • In einer Ausführungsform hat die aktive Schicht vorzugsweise eine Quantentopfstruktur mit wenigstens einer Topfschicht und wenigstens zwei Sperrschichten, und die Topfschicht ist vorzugsweise InNxAsyP1–x–y Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1).
  • In einer solchen Ausführungsform verhalten sich die Träger in der Topfschicht als quantenmechanische Wellenausbreitung. Folglich wird eine Laserschwingung durch Injektion einer geringeren Stromstärke realisiert.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die Sperrschichten aus einem Material hergestellt sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus AlGaInP, AlGaAs, GaAs, InGaAsP und InGaP besteht.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann die mehrschichtige Struktur weiterhin eine erste Mantelschicht aufweisen, die vom selben Leitfähigkeitstyp wie der des Substrats ist und die unter der aktiven Schicht liegt, und eine zweite Mantelschicht und eine Kontaktschicht haben, die einen von dem des Substrats unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp haben und über der aktiven Schicht liegen. Und eine Elektrode kann auf der Kontaktschicht so angeordnet sein, dass sie mit dieser in einem Streifenbereich in Kontakt ist.
  • In einer solchen Ausführungsform ist der injizierte Strom auf den Streifenbereich beschränkt. Als Folge davon können die Träger in Querrichtung eingeschränkt werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann ein Teil der mehrlagigen Struktur einschließlich der zweiten Mantelschicht und der Kontaktschicht vom Leitfähigkeitstyp, der von dem des Substrats abweicht, Gratförmig ausgebildet sein.
  • In einer solchen Ausführungsform variiert der effektive Brechungsindex in einer Querrichtung im Gratbereich und den den Gratbereich zwischen sich einschließenden Bereichen. Als Folge kann Licht in Querrichtung eingeschlossen werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann die mehrschichtige Struktur weiterhin enthalten: eine erste Mantelschicht, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist, wie das Substrat und unter der aktiven Schicht liegt; und eine zweite Mantelschicht, die einen vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp hat und über der aktiven Schicht liegt. Die zweite Mantelschicht, die einen vom Substrat abweichenden Leitungstyp hat, kann einen gratförmigen Abschnitt haben. Eine Stromsperrschicht vom selben Leitfähigkeitstyp, wie das Substrat, kann so angeordnet sein, dass es den gratförmigen Abschnitt dazwischen einschließt. Und eine vergrabene Schicht, die einen vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp hat, kann auf der Stromsperrschicht angeordnet sein.
  • In einer solchen Ausführungsform können Träger und Licht eingeschlossen werden, und der reaktive Strom kann dank der Funktion der Stromsperrschicht reduziert werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform können die Mantelschichten aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus GaAs, AlGaAs, InGaP und InGaAsP besteht.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform können die Mantelschichten, die Stromsperrschicht und die vergrabene Schicht aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus GaAs, AlGaAs, InGaP und InGaAsP besteht.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann die mehrschichtige Struktur weiterhin enthalten:
    eine erste Mantelschicht, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist, wie das Substrat und die unter der aktiven Schicht liegt; eine zweite Mantelschicht, die einen vom Substrat abweichenden Leitungstyp hat und über der aktiven Schicht liegt; eine Stromsperrschicht, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist, wie das Substrat und über der zweiten Mantelschicht liegt, die den vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp hat; und eine vergrabene Schicht, die einen vom Substrat abweichenden Leitungstyp hat und über der Stromsperrschicht liegt. Ein Teil der vergrabenen Schicht kann in einem Streifenbereich mit der zweiten Mantelschicht, die den vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp hat, in Kontakt sein.
  • In einer solchen Ausführungsform können Träger und Licht eingeschlossen sein, und der reaktive Strom kann dank der Funktion der Stromsperrschicht reduziert werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform können die Mantelschichten, die Stromsperrschicht und die vergrabene Schicht aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus GaAs, AlGaAs, InGaP und InGaAsP besteht.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann die mehrschichtige Struktur weiterhin enthalten:
    eine erste Mantelschicht, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist, wie das Substrat und unter der aktiven Schicht liegt; und eine zweite Mantelschicht und eine Kontaktschicht, die einen vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp haben und über der aktiven Schicht liegen. Ein Teil des GaAs-Substrats und ein Abschnitt, der die Mantelschichten und die aktive Schicht enthält, können in einer Mesa-Gestalt ausgebildet sein. Beide Seitenbereiche der Mesa können von einer ersten Stromsperrschicht ausgefüllt sein, die einen vom Substrat abweichenden Leitungs typ hat, und einer zweiten Stromsperrschicht, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist, wie das Substrat. Eine vergrabene Schicht mit dem vom Substrat abweichenden Leitungstyp kann über der zweiten Stromsperrschicht angeordnet sein.
  • In einer solchen Ausführungsform schließen zwei Stromsperrschichten, die voneinander verschiedene Leitfähigkeitstypen haben, in die Mesa zu injizierenden Strom ein, um dadurch Träger und Licht wirksam einzuschließen und den reaktiven Strom zu reduzieren.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform können die Mantelschichten, die Stromsperrschicht und die vergrabene Schicht aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus GaAs, AlGaAs, InGaP und InGaAsP besteht.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann die mehrschichtige Struktur fernerhin enthalten:
    einen Halbleitermehrschichtspiegel, der vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist, wie das Substrat und unter der aktiven Schicht liegt; und einen Halbleitermehrschichtspiegel, der einen vom Substrat abweichenden Leitungstyp hat und über der aktiven Schicht liegt. Die beiden Halbleitermehrschichtspiegel können einen vertikalen Laserhohlraum bilden. Und Laserlicht, das innerhalb des Laserhohlraums erzeugt wird, kann in einer zum Substrat vertikalen Richtung emittiert werden.
  • Durch Verwendung eines solchen Aufbaus kann eine an der Oberfläche emittierende Halbleiterlaservorrichtung zum Emittieren von Laserlicht in einem für optische Übertragung geeigneten Wellenlängenband erhalten werden.
  • In einer noch anderen Ausführungsform kann wenigstens einer der beiden Halbleitermehrschichtspiegel einen AlAs/GaAs-Mehrschichtaufbau enthalten.
  • In einer solchen Ausführungsform kann ein Mehrschichtspiegel hohen Reflexionsvermögens auf einem GaAs-Substrat gezüchtet werden, und daher eine an der Oberfläche emittierende Laservorrichtung hoher Leistung geschaffen werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann wenigstens einer der beiden Halbleitermehrschichtspiegel eine AlGaAs/GaAs-Mehrschichtstruktur enthalten.
  • Eine weitere Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein GaP-Substrat und eine Mehrschichtstruktur, die auf dem GaP-Substrat ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält eine aktive Schicht zum Emittieren von Licht. Die aktive Schicht enthält eine InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1), die an das GaP-Substrat gitterangepasst ist.
  • Durch Verwendung einer solchen Struktur wird eine Halbleiterlaservorrichtung für optische Übertragungen über große Distanz (Bandlückenenergie liegt im Band von 1,1 bis 1,7 μm) durch Verwendung eines GaP-Substrats realisiert. Der Grund ist, dass die Bandlückenenergie der InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1), die an das GaP-Substrat gitterangepasst ist, aufgrund des Bogenführungseffekts abnimmt, um einen Optimalwert für Laserschwingungen im Band von 1,1 bis 1,6 μm zu erreichen. Da die Abnahme im Leitungsbandniveau der InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) aufgrund des Bogenführungseftektes merklicher ist, als die Abnahme im Valenzbandniveau derselben, kann außerdem ΔEc 200 meV oder mehr in der Mehrschichtstruktur erhöht werden. Da die Gitterkonstante von GaP kleiner als die von GaAs ist, können Materialien, die eine noch höhere Bandlückenenergie haben, verwendet werden. Wenn die InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) zwischen einem Paar Schichten aus einem Material eingeschlossen ist, das eine größere Bandlückenenergie hat, kann das ΔEc weiter erhöht werden.
  • In einer Ausführungsform hat die aktive Schicht vorzugsweise eine Quantentopfstruktur mit wenigstens einer Topfschicht und wenigstens zwei Sperrschichten, und die Topfschicht ist vorzugsweise InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1).
  • In einer solchen Ausführungsform verhalten sich die Träger in der Topfschicht wie bei quantenmechanischer Wellenausbreitung. Als Folge wird Laserschwingung durch Injektion einer kleineren Stromstärke realisiert.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die Sperrschichten aus GaNx'Asy'P1–x'–y' bestehen (wobei 0 < x' < 1 und 0 ≤ y' < 1).
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann die Mehrschichtstruktur weiterhin enthalten: eine erste Mantelschicht vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat und unter der aktiven Schicht angeordnet; und eine zweite Mantelschicht und eine Kontaktschicht, die einen vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp haben und über der aktiven Schicht liegen. Und eine Elektrode kann auf der Kontaktschicht angeordnet sein, um mit ihr in einem Streifenbereich in Kontakt zu sein.
  • In einer solchen Ausführungsform ist der injizierte Strom in dem Streifenbereich eingeschlossen. Als Folge können die Träger in Querrichtung eingeschlossen werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann ein Abschnitt der Mehrschichtstruktur einschließlich der zweiten Mantelschicht und der Kontaktschicht mit dem vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp gratförmig ausgebildet sein.
  • In einer solchen Ausführungsform variierte der effektive Brechungsindex in einer Querrichtung im Gratabschnitt und den Bereichen, die den Gratabschnitt zwischen sich einschließen. Als Folge kann Licht in Querrichtung eingeschlossen werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann die Mehrschichtstruktur weiterhin enthalten: eine erste Mantelschicht, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist, wie das Substrat, und unter der aktiven Schicht liegt; und eine zweite Mantelschicht, die einen vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp hat und über der aktiven Schicht angeordnet ist. Die zweite Mantelschicht vom Leitfähigkeitstyp, der von dem des Substrats verschieden ist, kann einen gratförmigen Abschnitt haben. Eine Stromsperrschicht vom selben Leitfähigkeitstyp, wie das Substrat, kann so angeordnet sein, dass es den gratförmigen Abschnitt dazwischen einschließt. Und eine vergrabene Schicht des vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyps kann auf der Stromsperrschicht angeordnet sein.
  • In einer solchen Ausführungsform können Träger und Licht eingeschlossen werden, und der reaktive Strom kann dank der Funktion der Stromsperrschicht reduziert werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform können die Mantelschichten aus GaP bestehen.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform können die Mantelschichten, die Stromsperrschicht und die vergrabene Schicht aus GaP bestehen.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann die Mehrschichtstruktur weiterhin enthalten: eine erste Mantelschicht, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist, wie das Substrat, und die unter der aktiven Schicht liegt; eine zweite Mantelschicht, die einen vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp hat und über der aktiven Schicht liegt; eine Stromsperrschicht, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist, wie das Substrat, und über der zweiten Mantelschicht des vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp angeordnet ist; und eine vergrabene Schicht, die den vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp hat und über der Stromsperrschicht angeordnet ist. Ein Teil der vergrabenen Schicht kann mit der zweiten Mantelschicht des vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyps in einem Streifenbereich in Kontakt sein.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform können die Mantelschichten, die Stromsperrschicht und die vergrabene Schicht aus GaP bestehen.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann die Mehrschichtstruktur weiterhin enthalten: eine erste Mantelschicht, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp ist, wie das Substrat und unter der aktiven Schicht liegt; und eine zweite Mantelschicht und eine Kontaktschicht, die einen vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp haben und über der aktiven Schicht liegen. Ein Teil des GaP-Substrats und ein Abschnitt den Mantelschichten und der aktiven Schicht können so ausgebildet sein, dass sie eine Mesa-Gestalt haben. Beide Seitenbereiche der Mesa können von einer ersten Stromsperrschicht ausgefüllt sein, die den vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyp hat, und einer zweiten Stromsperrschicht, die den gleichen Leitfähigkeitstyp hat, wie das Substrat. Und eine vergrabene Schicht des vom Substrat abweichenden Leitfähigkeitstyps kann über der zweiten Stromsperrschicht angeordnet sein.
  • In einer solchen Ausführungsform schließen die zwei Stromsperrschichten, die einen voneinander abweichenden Leitfähigkeitstyp haben, den in die Mesa zu injizierenden Strom ein, wodurch Träger und Licht wirksam eingeschlossen werden und der reaktive Strom herabgesetzt wird.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform können die Mantelschichten, die Stromsperrschichten und die vergrabene Schicht aus GaP bestehen.
  • Eine noch weitere Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Si-Substrat und eine auf dem Si-Substrat ausgebildete mehrlagige Struktur. Die Mehrlagenstruktur enthält eine aktive Schicht zur Emission von Licht. Die aktive Schicht enthält eine InNxAsyP1–x–y Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1), die an das Si-Substrat gitterangepasst ist.
  • Durch Verwendung einer solchen Struktur wird durch Verwendung eines Si-Substrats eine Halbleiterlaservorrichtung für optische Übertragungen über große Distanz (Bandlückenenergie liegt im Band von 1,1 bis 1,6 μm) realisiert. Der Grund ist, dass die Bandlückenenergie der InNxAsyP1–x–y Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1), die an das Si-Substrat gitterangepasst ist, aufgrund des Bogenführungseffekts abnimmt, der einen Optimalwert für Laserschwingung im Band von 1,1 bis 1,6 μm annimmt. Da die Abnahme im Leitungsbandniveau der InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) aufgrund des Bogenführungseffekts merklicher ist, als die Abnahme im Valenzbandniveau derselben, kann außerdem ΔEc auf 200 meV oder mehr in der Mehrschichtstruktur gesteigert werden. Selbst wenn die Energie der Träger zunimmt, weil die Temperatur und/oder die Temperatur der Halbleiterlaservorrichtung selbst ansteigen, kann somit die Zunahme der Zahl der Träger, die aus der aktiven Schicht überlaufen, unterdrückt werden. Die Halbleiterlaservorrichtung kann daher hervorragendes Verhalten hinsichtlich der Temperaturcharakteristik zeigen.
  • Insbesondere, weil ein Si-Substrat verwendet wird, kann eine Halbleiterlaservorrichtung mit integrierten Halbleiterschaltungskomponenten, wie beispielsweise Transistoren, auf einem einzigen Substrat integriert werden.
  • In einer Ausführungsform hat die aktive Schicht vorzugsweise eine Quantentopfstruktur mit wenigstens einer Topfschicht und wenigstens zwei Sperrschichten. Die Topfschicht ist vorzugsweise eine InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1).
  • In einer solchen Ausführungsform verhalten sich die Träger in der Topfschicht wie bei quantenmechanischer Wellenausbreitung. Als Folge wird durch Injektion einer kleineren Stromstärke eine Laserschwingung realisiert.
  • Es ist anzumerken, dass die Bandlückenenergie der Trägerschichten kleiner als die der Mantelschicht sein sollte.
  • Das optische Übertragungssystem der vorliegenden Erfindung enthält die Halbleiterlaservonichtung einer der oben beschriebenen Strukturen.
  • Eine noch weitere Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein GaAs-Substrat und eine Mehrschichtstruktur auf dem GaAs-Substrat. Die Mehrschichtstruktur enthält eine aktive Schicht zur Emission von Licht. Die aktive Schicht enthält eine InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1). Und ein Transistor zur Versorgung der aktiven Schicht mit Strom ist auf dem GaAs-Substrat integriert.
  • Eine noch weitere Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Si-Substrat und eine Mehrschichtstruktur, die auf dem Si-Substrat ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält eine aktive Schicht zur Emission von Licht. Die aktive Schicht enthält eine InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1). Und ein Transistor zum Versorgen der aktiven Schicht mit Strom ist auf dem Si-Substrat integriert.
  • Eine noch weitere Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Si-Substrat und eine Mehrschichtstruktur, die auf dem Si-Substrat ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält eine aktive Schicht zur Emission von Licht. Die aktive Schicht enthält eine InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1). Und ein vertiefter Abschnitt zum Unterstüt zen einer optischen Schicht. Und ein vertiefter Abschnitt zum Unterstützen einer optischen Faser, die Laserlicht empfängt, das von der aktiven Schicht emittiert wird, ist im Si-Substrat ausgebildet.
  • In einer Ausführungsform kann wenigstens ein Teil der optischen Faser durch den vertieften Abschnitt des Si-Substrats abgestützt sein.
  • In einer anderen Ausführungsform ist ein Transistor zum Versorgen der aktiven Schicht mit Strom vorzugsweise auf dem Si-Substrat integriert.
  • Ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte: Erstellen einer Mehrschichtstruktur mit einer InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) auf einem Halbleitersubstrat; Ausbilden eines Laserhohlraums und einer reflektierenden Oberfläche desselben durch Strukturieren der Mehrschichtstruktur; und Ausbilden eines Transistors auf dem Halbleitersubstrat.
  • In einer Ausführungsform kann das Verfahren weiterhin das Erstellen eines vertieften Abschnitts zum Abstützen einer optischen Faser enthalten, die Laserlicht empfängt, das von der aktiven Schicht in der Halbleiterstruktur emittiert wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren weiterhin das Anordnen wenigstens eines Teils der optischen Faser in dem vertieften Abschnitt des Halbleitersubstrats umfassen.
  • Gemäß dem Verfahren zum Herstellen eines Verbindungshalbleiters der vorliegenden Erfindung wird eine InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) auf einem Substrat aus Halbleitermaterial gezüchtet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus InP, GaAs, GaP und Si besteht, durch die Verwendung eines Arsen enthaltenden Gases, eines Phosphor enthaltenden Gases, eines Indium enthaltenden metallorganischen Gases und eines Stickstoff enthaltenden metallorganischen Gases.
  • In einer Ausführungsform kann das Arsen enthaltende Gas AsH3 (Arsin) sein.
  • In einer anderen Ausführungsfonn kann das Phosphor enthaltende Gas PH3 (Phosphin) sein.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Arsen enthaltende Gas As(C4H9)H2 (Tertiärbutylarsin) sein.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Phosphor enthaltende Gas P(C4H9)H2 (Tertiärbutylphosphin) sein.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann das Arsen enthaltende Gas As(C4H9)H2 (Tertiärbutylarsin) und das Phosphor enthaltende Gas P(C4H9)H2 (Tertiärbutylphosphin) sein.
  • In einer noch weitren Ausführungsform kann das Stickstoff enthaltende Gas ein metallorganisches Gas sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus CH3N2H3 (Monomethylhydrazin), (CH3)2N2H2 (Dimethylhydrazin) und t-C4H9N2N3 (Tertiärbutylhydrazin) als Gasen besteht.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann ein Inertgas, das ein Molekulargewicht hat, das größer als das Molekulargewicht von Wasserstoff ist, als ein Trägergas verwendet werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann Stickstoff als ein Trägergas verwendet werden.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann Argon als ein Trägergas verwendet werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1A ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1B ist eine vergrößerte Ansicht, die die Struktur der aktiven Schicht derselben zeigt.
  • 2A ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 2B ist eine vergrößerte Ansicht, die die Struktur der aktiven Schicht derselben zeigt.
  • 3A ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 3B ist eine vergrößerte Ansicht, die die Struktur der aktiven Schicht derselben zeigt.
  • 4A ist eine Draufsicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung (Vertikallaser vom Hohlraumtyp als Oberflächen emittierende Laservorrichtung) in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 4B ist eine Querschnittsansicht derselben; und 4C ist eing vergrößerte Ansicht, die die Struktur der aktiven Schicht derselben zeigt.
  • 5A ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 5B ist eine vergrößerte Ansicht, die die Struktur der aktiven Schicht derselben zeigt.
  • 6A ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung in der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 6B ist eine vergrößerte Ansicht, die die Struktur der aktiven Schicht derselben zeigt.
  • 7A ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung in der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 7B ist eine vergrößerte Ansicht, die die Struktur der aktiven Schicht derselben zeigt.
  • 8A ist eine Vorderansicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung in der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 8B ist eine vergrößerte Ansicht, die die Struktur der aktiven Schicht derselben zeigt.
  • 9A ist ein Graph, der die Zusammenhänge zwischen der Bandlückenenergie von Halbleitermaterialien, die für die aktive Schicht der Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung und der Gitterkonstanten derselben zeigt; und 9B ist ein Diagramm, das die Bandstrukturen von InP und InNP zeigt.
  • 10 ist eine perspektivische Teilschnittansicht einer konventionellen Halbleiterlaservorrichtung.
  • 11A bis 11C zeigen ein Problem einer konventionellen Halbleiterlaservorrichtung: 11A ist Bandlückenenergiediagramm während des Niedertemperaturbetriebs derselben; 11B ist ein Bandlückenenergiediagramm während des Hochtemperaturbetriebs derselben; und 11C ist ein Graph, der die Temperaturabhängigkeit der Strom-Licht-Charakteristik zeigt.
  • 12A ist eine perspektivische Teilschnittdarstellung, die eine Halbleiterlaservorrichtung (verteilte Rückkopplungshalbleiterlaservorrichtung) in der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und 12B ist eine vergrößerte Ansicht, die die Struktur der aktiven Schicht derselben zeigt.
  • 13 ist ein Diagramm, das eine Anordnung für das optische Übertragungssystem der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 14 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung in der elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 15 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung in der zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 16A bis 16D sind perspektivische Ansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrichtung in der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 17 ist eine Querschnittsansicht, die einen Transistorabschnitt der Halbleiterlaservorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 18 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Züchten von InNAsP-Mischkristallen in der vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 19 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Züchten von InNAsP-Mischkristallen in der fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 20A ist ein Diagramm, das einen Kristallwachstumsprozess zeigt, bei dem Wasserstoff als ein Trägergas verwendet wird, und 20B ist ein Diagramm, das einen Kristallwachstumsprozess zeigt, bei dem Stickstoff als ein Trägergas verwendet wird.
  • 21 ist ein Graph, der die Zusammenhänge zwischen der Strömungsrate von Dimethylhydrazin und der Molfraktion von N zeigt, wobei Wasserstoff und Stickstoff als jeweilige Trägergase verwendet werden.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • 9A zeigt die Zusammenhänge zwischen der Bandlückenenergie von Verbindungshalbleitern der Gruppe III-V und Gitterkonstanten derselben. Die Gitterkonstante von InNxP1–x (wobei 0 < x < 1, nachfolgend einfach als "InNP" bezeichnet), das ein Mischkristall aus InP und InN ist, kann an die von GaAs, GaP oder Si angepasst werden, indem die Molfraktionen von N (Stickstoff) und P (Phosphor), die darin enthalten sind, auf entsprechende geeignete Werte eingestellt werden.
  • Wenn jedoch eine wachsende Menge an Stickstoff (N) dem InP hinzugefügt wird, dann ist zu erwarten, dass die Bandlücke des resultierenden tertiären Mischkristalls linear zunimmt, um näher an die Bandlückenenergie von InNP zu kommen. In einem solchen Falle ist daher die Bandlückenenergie des Mischkristalls üblicherweise als mehr und mehr entfernt von der Bandlückenenergie angesehen worden, die für optische Übertragung geeignet ist (die Schwingungswellenlänge liegt im Band von 1,1 bis 1,6 μm). Wenn InGaAsP oder InPAs als ein Material für die aktive Schicht einer Halbleiterlaservorrichtung verwendet wird, dann wird dementsprechend stets ein InP-Substrat verwendet, und man ist niemals das Risiko eingegangen, ein Substrat zu verwenden, das aus einem Material besteht, das eine kleinere Gitterkonstante als die von InP hat.
  • Die vorliegenden Erfinder ermittelten, dass wenn Stickstoff (N) allmählich dem InP hinzugefügt wird, oder wenn Phosphor (P) in geringen Schritten dem InN zugefügt wird, die resultierende Bandlückenenergie abnimmt, wie in 9A gezeigt (dies ist das "Bogenführungsphänomen"). Selbst wenn N in einer solchen Weise hinzugefügt wird, dass die Gitterkonstante an die von GaAs, GaP oder Si angepasst wird, ist somit die sich ergebende Bandlückenenergie kleiner als die von InP und InN und liegt im Band von 1,1 bis 1,6 μm, das für optische Übertragung verwendet wird.
  • Da der Bogenführungseffekt der Bandlückenenergie, die von den vorliegenden Erfindern gefunden wurde, hauptsächlich im Leitungsband auftritt, wird ΔEc sehr groß, um 200 meV zu überschreiten. Dieses Phänomen wird unter Bezugnahme auf 9B erläutert. 9B zeigt die Bandstrukturen von InP und InNP. Wie in 9B gezeigt, wenn InP sich in InNP umgewandelt hat durch Hinzufügen von 70% oder weniger N, ist die Bandlückenenergie von InNP Eg(InNP) kleiner als die Bandlückenenergie von InP Eg(InP). Die Energie Ev im Valenzband ändert sich kaum vor und nach dieser Hinzufügung, während die Energie Ec im Leitfähigkeitsband nach Hinzufügung von N abnimmt. Wenn eine solche InNP-Schicht sandwichartig zwischen zwei Schichten aus GaAs, GaP oder AlGaAs eingeschlossen wird, dann ergibt sich ein ΔEc von 200 meV oder mehr. Insbesondere wenn ein GaAs-Substrat verwendet wird, dann können AlGaAs-Schichten, die auf einem InP-Substrat nicht durch Kristallwachstum erzeugt werden können, auf dem GaAs-Substrat gezüchtet werden, und diese Schichten können als Mantelschichten und als Sperrschichten verwendet werden. Es ist daher möglich, eine Struktur zu realisieren, die für das Einschließen von Trägem besser geeignet ist, als eine Struktur, die in InP-Substrat verwendet.
  • Es ist anzumerken, dass die Gitterkonstante von InNxAsyP1–x–y (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1, nachfolgend als "InNAsP" bezeichnet), das ein Mischkristall von InP, InN und InAs ist, auch an die von GaAs, GaP oder Si in der gleichen Weise wie InNP angepasst werden kann. Die Bandlückenenergie davon kann auch eingestellt werden, dass sie Werte im Band von 1,1 bis 1,6 μm hat. Wenn die Molfraktionen von P, N und As in geeigneter Weise beim InNAsP eingestellt werden, dann können die Gitterkonstante und die Bandlückenenergie desselben über einen breiteren Bereich beeinflusst werden, als bei InNP.
  • In dieser Beschreibung werden "InNP" und "InNAsP" beide durch InNxAsyP1–x–y repräsentiert (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1).
  • Nachfolgend die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 1
  • 1A ist eine Vorderansicht einer Halbleiterlaservorrichtung in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt in der Nähe von 1,3 μm.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung enthält eine GaAs-Substrat 1 vom n-Typ und eine Mehrschichtstruktur auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 1. Die Mehrschichtstruktur enthält: eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 2 einer Dicke von 1 μm; eine n-Typ-Al0,5Ga0,5As-Mantelschicht 3 einer Dicke von 1,5 μm; eine n-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 4 einer Dicke von 100 nm; eine aktive Schicht 5; eine p-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 6 einer Dicke von 100 nm; eine p-Typ-Al0,5Ga0,5As-Mantelschicht 7 einer Dicke von 2,9 μm in dem Mittenabschnitt; und eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 8 einer Dicke von 1 μm, wobei alle diese Schichten in der angegebenen Reihenfolge auf dem GaAs-Substrat 1 übereinander liegen. In dieser Ausführungsform sind Teile der Mantelschicht 7 weggeätzt, wodurch eine streifenförmige Gratstruktur zum Einstellen des Transversalmodus des Laserlichts gebildet wird. Ein SiO2-Isolierfilm 49 ist über der Mehrschichtstruktur angeordnet, d.h. auf der p-Typ-Mantelschicht 7, und eine p-Seiten-Elektrode ist auf der Schicht 49 angeordnet. Die p-Seiten-Elektrode ist mit der Kontaktschicht 8 über streifenförmige Öffnungen in Kontakt, die in dem SiO2-Isolierfilm 49 ausgebildet sind. Eine n-Seiten-Elektrode 10 ist auf der Rückseite des n-Typ-GaAs-Substrats 1 ausgebildet.
  • 1B ist eine vergrößerte Ansicht der aktiven Schicht 5. Die aktive Schicht 5 hat eine Quantentopfstruktur, in der ein Paar GeAs-Spenschichten 11 eine InNAsP-Topfschicht 12 zwischen sich einschließen. Die Molfraktionen und die Dicke der InNAsP-Topfschicht 12 sind so eingestellt, dass die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in der Nähe von 1,3 μm liegt. Eine Gitterverzerrung (Dehnung) von –1,5% bis +1,5% gegenüber GaAs ist an der InNAsP-Topfschicht 12 angebracht.
  • Durch Verwendung einer solchen Struktur kann der Bandversatz ΔEc zwischen den GaAs-Trägerschichten 11 und der InNAsP-Topfschicht 12 im Leitungsband auf 200 meV oder mehr eingestellt werden, und der Bandversatz ΔEv dazwischen im Valenzband kann auf 100 meV oder weniger eingestellt werden. Selbst wenn die Temperatur ansteigt, können somit Elektroden ausreichend eingeschlossen werden, und die resultierenden Charakteristika werden nicht verschlechtert.
  • Bei dieser Ausführungsform besteht die Topfschicht 12 aus InNAsP. Alternativ kann man die gleichen Effekte erhalten, wenn die Topfschicht 12 aus InNP besteht. Obgleich die Topfschichtanzahl in der aktiven Schicht 5 bei dieser Ausführungsform eins ist, kann die Anzahl zwei oder mehr sein, d.h. es kann eine Mehrfachquantentopfstruktur verwendet werden.
  • Bei dieser Ausführungsform bestehen die Sperrschichten 11 und die Lichteinschließschichten 4 und 6 aus GaAs. Alternativ können InGaAsP, InGaP, AlGaAs oder AlGaInP stattdessen verwendet werden. Obgleich die Lichteinschließschichten 4 und 6 aus einer einzigen Materialart bestehen, kann jede dieser Schichten aus zwei oder mehr Materialarten bestehen, die voneinander verschiedene Bandlückenenergiewerte haben, die aus InGaAsP, InGaP, AlGaAs und AlGaInP ausgewählt werden. Die Mantelschichten 3 und 7 bestehen aus AlGaAs. Alternativ kann InGaAsP, InGaP oder AlGaInP, das an GaAs gitterangepasst ist, stattdessen verwendet werden.
  • Obgleich die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in dieser Ausführungsform im Band 1,3 μm liegt, kann darüber hinaus die Wellenlänge im Band von 1,55 μm oder in jedem anderen beliebigen Band liegen.
  • Die Laservorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Laservorrichtung vom Fabry-Perot-Typ. Alternativ ist die vorliegende Erfindung auch bei einer verteilten Rückkopplungshalbleiterlaservorrichtung (DFB-Laservorrichtung) verwendbar, bei der ein Streugitter in der Nähe der aktiven Schicht ausgebildet ist (z.B. in einem Bereich des Substrats in der Nähe der aktiven Schicht).
  • AUSFÜHRUNGSFORM 2
  • 2A ist eine Vorderansicht einer Halbleiterlaservorrichtung in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt in der Nähe von 1,3 μm.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung enthält ein n-Typ-GaAs-Substrat 1 und eine auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 1 ausgebildete Mehrschichtstruktur. Die Mehrschichtstruktur enthält: eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 2 einer Dicke von 1 μm; eine n-Typ-Al0,5Ga0,5As-Mantelschicht 3 einer Dicke von 1,5 μm; eine n-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 4 einer Dicke von 100 nm; eine aktive Schicht 5; eine p-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 6 einer Dicke von 100 nm; und eine p-Typ-Al0,5Ga0,5As-Mantelschicht 7 einer Dicke von 0,15 μm, wobei alle diese Schichten in dieser Reihenfolge auf dem GaAs-Substrat 1 übereinander angeordnet sind. In dieser Ausführungsform ist eine n-Typ-Al0,6Ga0,4As-Stromsperrschicht 13 auf der p-Typ-Mantelschicht 7 abgeschieden. Ein Teil der Stromsperrschicht 13 ist in der Mitte weggeätzt, wodurch streifenförmige Öffnungen gebildet sind. Eine vergrabene p-Typ-Al0,5Ga0,5As-Schicht 14 einer Dicke von 2,0 μm und eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 8 einer Dicke von 1 μm sind über die Stromsperrschicht 13 gestapelt. Die vergrabene Schicht 14 kommt mit der Mantelschicht 7 in der Mitte des streifenförmigen Bereichs in Kontakt, der sich in der Richtung des Laserhohlraums erstreckt. Der Strom fließt vertikal durch diesen Bereich. Die Breite des Streifenbereichs ist 2,5 μm. Eine p-Seiten-Elektrode 9 ist mit der Kontaktschicht 8 in Kontakt. Eine n-Seiten-Elektrode 10 ist auf der Rückseite des n-Typ-GaAs-Substrats 1 ausgebildet.
  • 2B ist eine vergrößerte Ansicht der aktiven Schicht 5. Die aktive Schicht 5 hat eine Quantentopfstruktur, in der ein Paar GaAs-Sperrschichten 11 eine InNAsP-Topfschicht 12 zwischen sich einschließen. Die Molfraktionen und die Dicke der InNAsP-Topfschicht 12 sind so eingestellt, dass die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in der Nähe von 1,3 μm liegt. Eine Gitterverzerrung (Dehnung) von –1,5% bis +1,5% gegenüber GaAs ist an der InNAsP-Topfschicht 12 angewendet.
  • Durch Verwenden einer solchen Struktur kann der Bandversatz ΔEc zwischen den GaAs-Sperrschichten 11 und der InNAsP-Topfschicht 12 im Leitungsband auf 200 meV oder mehr eingestellt werden, und der Bandversatz ΔEv dazwischen im Valenzband kann auf 100 meV oder weniger eingestellt werden. Selbst wenn die Temperatur ansteigt, können somit Elektronen ausreichend eingeschlossen werden, und die resultierenden Charakteristika der Vorrichtung werden nicht verschlechtert.
  • Weil die Laservorrichtung dieser Ausführungsform eine reale Brechungsindex-Wellenleiterstuktur hat, kann darüber hinaus die Laservorrichtung in einem einzelnen Transversalmode stabil in Schwingung versetzt werden. Bei dieser Ausführungsform besteht die Topfschicht 12 aus InNAsP. Alternativ können dieselben Effekte erreicht werden, wenn die Topfschicht 12 aus InNP besteht.
  • Obgleich die Topfschichtanzahlen bei dieser Ausführungsform eins ist, kann die Anzahl zwei oder mehr sein. In dieser Ausführungsform bestehen die Sperrschichten 11 und die Lichteinschließschichten 4 und 5 aus GaAs. Alternativ können stattdessen InGaAsP, InGaP, AlGaAs oder AlGaInP verwendet werden.
  • Obgleich die Lichteinschließschichten 4 und 6 aus einer einzigen Materialart bestehen, kann jede dieser Schichten aus zwei oder mehr Arten von Materialien bestehen, die voneinander verschiedene Bandlückenenergiewerte haben, die aus InGaAsP, InGaP, AlGaAs und AlGaInP ausgewählt sind. Die Mantelschichten 3 und 7 bestehen aus AlGaAs. Alternativ können stattdessen InGaAsP, InGaP oder AlGaInP ausgewählt werden, die an GaAs gitterangepasst sind.
  • Obgleich die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung bei dieser Ausführungsform im Band von 1,3 μm liegt, kann darüber hinaus die Wellenlänge im Band von 1,55 μm oder in jedem anderen beliebigen Band liegen.
  • Die Laservorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Laservorrichtung vom Fabn-Perot-Typ. Alternativ ist die vorliegende Erfindung auch an einer verteilten Rückkopplungshalbleiterlaservorrichtung (DFB-Laservorrichtung) anwendbar, in der ein Beugungsgitter in der Nähe der aktiven Schicht ausgebildet ist (z.B. in einem Bereich des Substrats in der Nähe der aktiven Schicht.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 3
  • 3A ist eine Vorderansicht einer Halbleiterlaservorrichtung in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt in der Nähe von 1,3 μm.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung enthält ein n-Typ-GaAs-Substrat 1 und eine auf dem n-Typ-GaAs-Substrat ausgebildete Mehrschichtstruktur. Die Mehrschichtstruktur enthält: eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht (nicht gezeigt) einer Dicke von 1 μm; eine n-Typ-In0,5Ga0,5P Mantelschicht 15 einer Dicke; eine n-Typ In0,5Ga0,5P-Mantelschicht 15 einer Dicke von 1,5 μm, eine n-Typ GaAs-Lichteinschließschicht 4 einer Dicke von 100 nm; eine aktive Schicht 5; eine p-Typ GaAs-Lichteinschließschicht 6 einer Dicke von 100 nm; und eine p-TypIn0,5Ga0,5P-Mantelschicht 16 einer Dicke von 0,2 μm, wobei all diese Schichten in dieser Reihenfolge übereinander auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 1 angeordnet sind. Der Mehrschichtfilm mit der n-Typ-Mantelschicht 15, der n-Typ-Lichteinschließschicht 4, der aktiven Schicht 5, der p-Typ-Lichteinschließschicht 6 und der p-Typ-Mantelschicht 16 ist geätzt und bildet dadurch eine streifenförmige Mesa aus, die sich in der Laserhohlraumrichtung erstreckt.
  • Eine p-TypIn0,5Ga0,5P-Stromsperrschicht 17 und eine n-Typ-In0,5Ga0,5P-Stromsperrschicht 18 sind auf beiden Seiten der Mesa gestapelt. Eine vergrabene p-Typ-In0,5Ga0,5P-Schicht 19 einer Dicke von 2,0 μm und eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 8 einer Dicke von 1 μm sind über die Stromsperrschicht 18 und die p-Typ-Mantelschicht 16 gestapelt. Strom fließt vertikal durch diese Mesa. Die Breite der Mesa ist 1,5 μm. Eine p-Seiten-Elektrode 9 ist in Kontakt mit der Kontaktschicht 8. Eine n-Seiten-Elektrode 10 ist auf der Rückseite des n-Typ-GaAs-Substrats 1 ausgebildet.
  • 3B ist eine vergrößerte Ansicht der aktiven Schicht 5. Die aktive Schicht 5 enthält ein Paar GaAs-Sperrschichten 11 und eine InNAsP-Topfschicht 12. Die Molfraktion und die Dicke der InNAsP-Topfschicht 12 sind so eingestellt, dass die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in der Nähe von 1,3 μm liegt. Eine Gitterverzenung (Dehnung) von –1,5% bis +1,5% gegenüber GaAs ist an der InNAsP-Topfschicht 12 angewendet.
  • Durch Verwendung einer solchen Struktur kann der Bandversatz ΔEc zwischen den GaAs-Sperrschichten 12 und der InNAsP-Topfschicht 12 im Leitungsband auf 200 emV oder mehr eingestellt werden, und der Bandversatz ΔEv zwischen ihnen im Valenzband kann auf 100 meV oder weniger eingestellt werden. Selbst wenn die Temperatur ansteigt, können daher Elektronen ausreichend eingeschlossen werden, und die resultierenden Eigenschaften der Laservorrichtung werden nicht verschlechtert. Da darüber hinaus die Laservorrichtung dieser Ausführungsform eine reale Brechungsindex-Wellenleiterstruktur hat, kann die Laservorrichtung in einem einzigen Transversalmode stabil in Schwingung versetzt werden. Da der Strom nur durch die aktive Schicht 5 in der Mesa fließt, können außerdem Stromkomponenten, die nicht zur Schwingung beitragen, beachtlich reduziert werden, und es werden Stromcharakteristika realisiert, die einen niedrigen Schwellenwert haben.
  • Bei dieser Ausführungsform besteht die Topfschicht 12 aus InNAsP. Alternativ können die gleichen Effekte erreicht werden, wenn die Topfschicht aus InNP besteht. Obgleich die Topfschichtanzahl bei dieser Ausführungsform eins ist, kann die Anzahl zwei oder mehr sein. In dieser Ausführungsform bestehen die Sperrschichten 12 und die Lichteinschließschichten 4 und 6 aus GaAs. Alternativ kann stattdessen InGaAsP verwendet werden. Obgleich die Lichteinschließschichten 4 und 6 aus einer einzigen Materialart bestehen, kann jede dieser Schichten aus InGaAsP bestehen mit einem oder mehr Sätzen an Molfraktionen. Die Mantelschichten 15 und 16 bestehen aus InGaP. Alternativ kann stattdessen InGaAsP, das an GaAs gitterange passt ist und eine größere Bandlückenenergie als die der Sperrschichten hat, verwendet werden.
  • Obgleich die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in dieser Ausführungsform im Band von 1,3 μm liegt, kann darüber hinaus die Wellenlänge im Band von 1,55 μm oder in jedem anderen beliebigen Band liegen. Die Laservorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Laservorrichtung vom Fabn-Perot-Typ. Alternativ ist die vorliegende Erfindung auch an einer verteilten Rückkopplungshalbleiterlaservorrichtung (DFB-Laservorrichtung) anwendbar, in der ein Streugitter in der Nähe der aktiven Schicht ausgebildet ist (z.B. in einem Bereich des Substrats in der Nähe der aktiven Schicht).
  • AUSFÜHRUNGSFORM 4
  • 4A ist eine Draufsicht auf eine Halbleiterlaservorrichtung (Vertikal-Laserhohlraumtyp-Oberflächenemissionslaservorrichtung) in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 4B ist eine Querschnittsansicht des Mittenabschnitts derselben. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt in der Nähe von 1,3 μm.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung enthält ein n-Typ-GaAs-Substrat 1 und eine Mehrschichtstruktur, die auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 1 ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält: eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 2 einer Dicke von 1 μm; einen n-Typ-Halbleitermehrschichtreflexionsspiegel 20; eine n-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 4 einer Dicke von 100 nm; eine aktive Schicht 5, eine p-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 6 einer Dicke von 100 nm; einen p-Typ-Halbleitermehrschichtreflexionsspiegel 21; und eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 8 einer Dicke von 1 μm, die sämtlich in dieser Reihenfolge übereinander liegend auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 1 angeordnet sind.
  • Der p-Typ-Halbleitermehrschichtreflexionsspiegel 21 und die p-Typ-GaAs-Konstaktschicht 8 sind geätzt worden, um eine kreisförmige Mesa zu bilden, deren Durchmesser 50 μm ist.
  • Eine Stromeinschließstruktur mit einem AlAs-Bereich 22 und einem Aluminiumoxidbereich 23 ist zwischen der p-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 6 und dem p-Typ-Halbleitermehrschichtreflexionsspiegel 21 angeordnet. Die Stromeinschließstruktur ist in den zentralen AlAs-Bereich 22 eines Durchmessers von 5 μm und den Aluminiumoxidbereich 23, der den AlAs-Bereich 22 umgibt und elektrisch isolierende Eigenschaften hat, unterteilt. Strom fließt nur durch den AlAs-Bereich 22, um in die aktive Schicht 5 injiziert zu werden. Der Aluminiumoxidbereich 23 ist durch selektives Oxidieren des Randbereichs der AlAs-Schicht ausgebildet.
  • Der n-Typ-Halbleitermehrschichtreflexionsspiegel 20 hat eine Struktur mit altemierend gestapelten 28 AlAs-Schichten und 28 GaAs-Schichten, während der p-Typ-Halbleitermehrschichtreflexionsspiegel 21 eine Struktur mit alternierend gestapelten 30 Al0,67Ga0,33As-Schichten und 30 GaAs-Schichten hat. Die Dicke einer jeden Schicht ist 1,3 μm, um das Gesamtreflexionsvermögen derselben zu maximieren.
  • Eine p-Seiten-Elektrode 9 ist in Kontakt mit der Kontaktschicht 8. Eine n-Seiten-Elektrode 10 ist auf der Rückseite des n-Typ-GaAs-Substrats 1 ausgebildet. Bei der Ausführungsform ist die n-Seiten-Elektrode 10 jedoch nicht in einem Mittenbereich entsprechend der Unterseite der kreisförmigen Mesa auf der Rückseite des n-Typ-GaAs-Substrats 1 ausgebildet. Durch Verwenden einer solchen Struktur kann das Laserlicht durch das n-Typ-GaAs-Substrat 1 emittiert werden.
  • 4C ist eine vergrößerte Ansicht der aktiven Schicht 5. Die aktive Schicht 5 enthält ein Paar GaAs-Sperrschichten 11 und eine InNAsP-Topfschicht 12. Die Molfraktionen und die Dicke der InNAsP-Topfschicht 12 sind so eingestellt, dass die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in der Nähe von 1,3 μm liegt. Eine Gitterverzerrung (Dehnung) von –1,5% bis +1,5% gegenüber dem GaAs ist an der InNAsP-Topfschicht 12 angewendet.
  • Durch Verwendung einer solchen Struktur kann der Bandversatz ΔEc zwischen den GaAs-Sperrschichten 11 und der InNAsP-Topfschicht 12 im Leitungsband auf 200 meV oder mehr eingestellt werden, und der Bandversatz ΔEv dazwischen im Valenzband kann auf 100 meV oder weniger eingestellt werden. Selbst wenn die Temperatur ansteigt, können somit Elektronen ausreichend eingeschlossen werden, und die resultierenden Eigenschaften der Laservorrichtung werden nicht verschlechtert. Da weiterhin ein Al(Ga)As/GaAs-Mehrschichtfilm, der ein sehr hohes Reflexionsvermögen ermöglicht, als der Halbleitermehrschichtreflexionsspiegel verwendet werden kann, werden Eigenschaften erreicht, die einen niedrigen Schwellenwert haben. Wenn ein InP-Substrat verwendet wird, wie es üblicherweise getan wird, dann kann der Al(Ga)As/GaAs-Mehrschichtfilm nicht epitaxial auf dem InP-Substrat gezüchtet werden, und es ist notwendig gewesen, den Al(Ga)/GaAs-Mehrschichtspiegel an dem InP-Substrat zu befestigen. Da bei dieser Ausführungsform jedoch ein GaAs-Substrat verwendet wird, kann eine Oberflächen emittierende Halbleiterlaservorrichtung mit einem Mehrschichtspiegel hohen Reflexionsvermögens bei geringen Kosten geschaffen werden.
  • In dieser Ausführungsform besteht die Topfschicht 12 aus InNAsP. Alternativ können die gleichen Effekte erreicht werden, wenn die Topfschicht 12 aus InNP besteht. Obgleich die Topfschichtanzahl bei dieser Ausführungsform eins ist, kann die Anzahl zwei oder mehr sein. In die ser Ausführungsform bestehen die Sperrschichten 11 und die Lichteinschließschichten 4 und 6 aus GaAs. Alternativ können stattdessen InGaAsP, InGaP, AlGaAs und AlGaInP verwendet werden. Obgleich die Lichteinschließschichten 4 und 6 aus einer einzigen Art Material bestehen, kann jede dieser Schichten aus zwei oder mehr Arten Materialien bestehen, die voneinander verschiedene Bandlückenenergiewerte haben und aus InGaAsP, InGaP, AlGaAs und AlGaInP ausgewählt sind.
  • Obgleich die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in dieser Ausführungsform im Band von 1,3 μm liegt, kann außerdem die Wellenlänge im Band von 1,55 μm oder in jedem anderen beliebigen Band liegen.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 5
  • 5 ist eine Vorderansicht einer Halbleiterlaservorrichtung in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt in der Nähe von 1,3 μm.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung enthält ein n-Typ-GaP-Substrat 25 und eine Mehrschichtstruktur, die auf dem n-Typ-GaP-Substrat 25 ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält: eine n-Typ-GaP-Mantelschicht 26 einer Dicke von 1,5 μm; eine n-Typ-GaNx'Asy'P1–x'–y'-Lichteinschließschicht 27 (wobei 0 < x' < 1 und 0 ≤ y' ≤ 1) (nachfolgend einfach als "GaNAsP" bezeichnet); eine aktive Schicht 28; eine p-Typ-GaNasP-Lichteinschließschicht 29; eine p-Typ-GaP-Mantelschicht 30 einer Dicke von 2,0 μm im Mittenabschnitt; und eine p-Typ-GaP-Kontaktschicht 31 einer Dicke von 1 μm, wobei alle diese Schichten in dieser Reihenfolge auf den n-Typ-GaP-Substrat 25 gestapelt sind.
  • In dieser Ausführungsform sind Teile der Mantelschicht 30 weggeätzt, wodurch eine streifenförmige Gratstruktur zum Einstellen des Transversalmode des Laserlichts gebildet wird. Ein SiO2-Isolierfilm 49 ist über der Mehrschichtstruktur abgeschieden, d.h. auf der p-Typ-Mantelschicht 30, und eine p-Seiten-Elektrode 9 ist auf der Schicht 49 angeordnet. Die p-Seiten-Elektrode 9 ist durch streifenförmige Öffnungen, die in dem SiO2-Isolierfilm 49 ausgebildet sind, in Kontakt mit der Kontaktschicht 31. Eine n-Seiten-Elektrode 10 ist auf der Rückseite des n-Typ-GaP-Substrats 25 ausgebildet.
  • 5B ist eine vergrößerte Ansicht der aktiven Schicht 28. Die aktive Schicht 28 enthält ein Paar GaNAsP-Sperrschichten 32 und eine InNAsP-Topfschicht 12. Die Molfraktionen und die Dicke der InNAsP-Topfschicht 12 sind so eingestellt, dass die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in der Nähe von 1,3 μm liegt. Ein Gitterverzerrung (Dehnung) von –1,5% bis +1,5% gegenüber dem GaP ist an der InNAsP-Topfschicht 12 angewendet.
  • Durch Einsatz einer solchen Struktur kann der Bandversatz ΔEc zwischen den GaNAsP-Sperrschichten 32 und der InNAsP-Topfschicht 12 im Leitungsband auf 500 meV oder mehr eingestellt werden, was größer ist als der einer Struktur, die ein GaAs-Substrat verwendet. Selbst wenn die Temperatur ansteigt, können somit Elektroden ausreichend eingeschlossen werden, und die resultierenden Eigenschaften der Laservorrichtung werden nicht verschlechtert.
  • In dieser Ausführungsform besteht die Topfschicht 12 aus InNAsP. Alternativ können die gleichen Effekte erreicht werden, wenn die Topfschicht 12 aus InNP besteht. Obgleich die Topfschichtanzahl in dieser Ausführungsform eins ist, kann die Anzahl zwei oder mehr sein. Obgleich die Lichteinschließschichten 27 und 29 aus einer einzigen Art Material bestehen, kann jede dieser Schichten aus GaNAsP mit zwei oder mehr Sätzen an Molfraktionen bestehen.
  • Darüber hinaus, obgleich die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in dieser Ausführungsform im Band von 1,3 μm liegt, kann die Wellenlänge im Band von 1,55 μm oder in jedem anderen beliebigen Band liegen. Die Laservorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Laservorrichtung vom Fabn-Perot-Typ. Alternativ ist die vorliegende Erfindung auch an einer verteilten Rückkopplungshalbleiterlaservorrichtung (DFB-Laservorrichtung) anwendbar, in der ein Beugungsgitter in der nähe der aktiven Schicht ausgebildet ist (z.B. in einem Bereich des Substrats in der Nähe der aktiven Schicht).
  • AUSFÜHRUNGSFORM 6
  • 6A ist eine Vorderansicht einer Halbleiterlaservorrichtung in der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt in der Nähe von 1,3 μm.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung enthält ein n-Typ-GaP-Substrat 25 und eine Mehrschichtstruktur, die auf dem n-Typ-GaP-Substrat 25 ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält: eine n-Typ-GaP-Mantelschicht 26 einer Dicke von 1,5 μm; eine n-Typ-GaNAsP-Lichteinschließschicht 27; eine aktive Schicht 28; eine p-Typ-GaNAsP-Lichteinschließschicht 29; und eine p-Typ-GaP-Mantelschicht 30 einer Dicke von 0,15 μm, wobei alle diese Schichten in dieser Reihenfolge auf dem GaP-Substrat 25 gestapelt sind. In dieser Ausführungsform ist eine n-Typ-GaP-Stromsperrschicht 33 auf der p-Typ-Mantelschicht 30 abgeschieden. Ein Teil der Stromsperrschicht 33 ist in deren Mitte weggeätzt. Eine vergrabene p-Typ-GaP-Schicht 34 einer Dicke von 2,0 μm und eine p-Typ-GaP-Kontaktschicht 31 einer Dicke von 1 μm sind über der Stromsperrschicht 33 gestapelt. Die vergrabene Schicht 34 gelangt in direkten Kontakt mit der Mantelschicht 30 in der Mitte des streifenförmigen Bereichs, der sich in der Richtung des Laserhohlraums erstreckt. Strom fließt vertikal durch diesen Bereich. Die Breite des Streifenbereichs ist 2 μm. Eine p-Seiten-Elektrode 9 ist mit der Kontaktschicht 31 in Kontakt. Eine n-Seiten-Elektrode 10 ist auf der Rückseite des n-Typ-GaP-Substrats 25 ausgebildet.
  • 6B ist eine vergrößerte Ansicht der aktiven Schicht 28. Die aktive Schicht 28 enthält ein Paar GaNAsP-Sperrschichten 32 und eine InNAsP-Topfschicht 12. Die Molfraktionen und die Dicke der InNAsP-Topfschicht 12 sind so eingestellt, dass die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in der Nähe von 1,3 μm liegt. Eine Gitterverzerrung (Dehnung) von –1,5% bis +1,5% gegenüber den GaP ist an der InNAsP-Topfschicht 12 angewendet.
  • Durch Verwenden einer solchen Struktur kann der Bandversatz ΔEc zwischen den GaNAsP-Sperrschichten 32 und der InNAsP-Topfschicht 12 im Leitungsband auf 500 meV oder mehr eingestellt werden, was größer ist, als bei einer Struktur, die ein GaAs-Substrat verwendet. Selbst wenn die Temperatur steigt, können somit Elektronen ausreichend eingeschlossen werden, und die resultierenden Eigenschaften der Laservorrichtung werden nicht verschlechtert. Da der Strom effektiv eingeschlossen werden kann, kann darüber hinaus der Schwellenstrom herabgesetzt werden.
  • In dieser Ausführungsform besteht die Topfschicht 12 aus InNAsP. Alternativ können die gleichen Effekte erreicht werden, wenn die Topfschicht aus InNP besteht. Obgleich in dieser Ausführungsform die Topfschichtanzahl gleich eins ist, kann die Anzahl zwei oder mehr sein. Obgleich die Lichteinschließschichten 27 und 29 aus einer einzigen Art Material sind, kann jede dieser Schichten aus GaNAsP mit zwei oder mehr Sätzen an Molfraktionen bestehen.
  • Obgleich die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in dieser Ausführungsform im Band von 1,3 μm liegt, kann darüber hinaus die Wellenlänge im Band von 1,55 μm oder in jedem anderen beliebigen Band liegen. Die Laservorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Laservorrichtung vom Fabry-Perot-Typ. Alternativ ist die vorliegende Erfindung auch an einer verteilten Rückkopplungshalbleiterlaservorrichtung (DFB-Laservorrichtung) anwendbar, in der ein Beugungsgitter in der Nähe der aktiven Schicht ausgebildet ist (z.B. in einem Bereich des Substrats in der Nähe der aktiven Schicht).
  • AUSFÜHRUNGSFORM 7
  • 7 ist eine Vorderansicht einer Halbleitervorrichtung in der siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt in der Nähe von 1,3 μm.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung enthält ein n-Typ-GaP-Substrat 25 und eine Mehrschichtstruktur, die auf dem n-Typ-GaP-Substrat 25 ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält: eine ny-Typ-GaP-Mantelschicht 26 einer Dicke von 1,5 μm; eine n-Typ-GaNAsP-Lichteinschließschicht 27; eine aktive Schicht 28; eine p-Typ-GaNAsP-Lichteinschließschicht 29; und eine p-Typ-GaP-Mantelschicht 30, wobei alle diese Schichten in dieser Reihenfolge auf dem n-Typ-GaP-Substrat 25 gestapelt sind. Die Mehrschichtstruktur mit der n-Typ-Mantelschicht 26, der n-Typ-Lichteinschließschicht 27, der aktiven Schicht 28, der p-Typ-Lichteinschließschicht 29 und der p-Typ-Mantelschicht 30 ist geätzt, um dadurch eine streifenförmige Mesa auszubilden, die sich in der Laserhohlraumrichtung erstreckt. Eine p-Typ-GaP-Stromsperrschicht 35 und eine n-Typ-GaP-Stromsperrschicht 36 sind auf beiden der mesa gestapelt. Eine vergrabene p-Typ-GaP-Schicht 37 einer Dicke von 2,0 μm und eine p-Typ-GaP-Kontaktschicht 31 einer Dicke von 1 μm sind über der Stromsperrschicht 36 und p-Typ-Mantelschicht 30 gestapelt. Strom fließt vertikal durch diese Mesa. Die Breite der Mesa ist 1,5 μm. Eine p-Seiten-Elektrode 9 ist mit der Kontaktschicht 31 in Kontakt. Eine n-Seiten-Elektrode 10 ist auf der Rückseite des n-Typ-GaP-Substrats 25 ausgebildet.
  • 7B ist eine vergrößerte Ansicht der aktiven Schicht 28. Die aktive Schicht 28 enthält ein Paar GaNAsP-Sperrschichten 32 und eine InNAsP-Topfschicht 12. Die Molfraktionen und die Dicke der InNAsP-Topfschicht 12 sind so eingestellt, dass die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in der Nähe von 1,3 μm liegt. Eine Gitterverzenung (Dehnung) von –1,5% bis + 1,5% gegenüber dem GaP ist an der InNAsP-Topfschicht 12 angewendet.
  • Durch Verwenden einer solchen Struktur kann der Bandversatz ΔEc zwischen den GaNAsP-Sperrschichten 32 und der InNAsP-Topfschicht 12 im Leitungsband auf 500 meV oder mehr eingestellt werden, was größer ist, als bei einer Struktur, die ein GaAs-Substrat verwendet. Selbst wenn die Temperatur ansteigt, können somit Elektronen ausreichend eingeschlossen werden, und die resultierenden Eigenschaften de Laservorrichtung werden nicht verschlechtert. Da die Laservorrichtung dieser Ausführungsform eine reale Brechnungsindex-Wellenleiterstruktur hat, kann die Laservorrichtung stabil in einem einzigen Transversalmode in Schwingung versetzt werden. Außerdem, da der Strom nur durch die aktive Schicht 28 in der Mesa fließt, können Stromkomponenten, die zur Laserlichtemission nicht beitragen, beachtlich herab gesetzt werden, und es können Stromcharaktenstika mit niedrigem Schwellenwert realisiert werden.
  • In dieser Ausführungsform besteht die Topfschicht 12 aus InNAsP. Alternativ können die gleichen Effekte erreicht werden, wenn die Topfschicht aus InNP besteht: Obgleich die Topfschichtanzahl in dieser Ausführungsform eins ist, kann die Anzahl zwei oder mehr sein. Obgleich die Lichteinschließschichten 27 und 29 aus einer einzigen Art Material bestehen, kann jede dieser Schichten aus GaNAsP mit zwei oder mehr Sätzen an Molfraktionen bestehen. Obgleich die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in dieser Ausführungsform im Band von 1,3 μm liegt, kann darüber hinaus die Wellenlänge im Band von 1,55 μm oder in jedem anderen beliebigen Band liegen. Die Laservorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Laservorrichtung vorn Fabry-Perot-Typ. Alternativ ist die vorliegende Erfindung auch an einer verteilten Rückkopplungshalbleiterlaservorrichtung (DFB-Laservorrichtung) anwendbar, in der ein Beugungsgitter in der Nähe der aktiven Schicht ausgebildet ist (z.B. in einem Bereich des Substrats in der Nähe der aktiven Schicht).
  • AUSFÜHRUNGSFORM 8
  • 8A ist eine Vorderansicht einer Halbleiterlaservorrichtung in der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt in der Nähe von 1,3 μm.
  • Die Halbleiterlaservorrichtung enthält einen n-Typ-Si-Substrat 38 und eine Mehrschichtstruktur, die auf dem n-Typ-Si-Substrat 38 ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält: eine n-Typ-GaNP-Mantelschicht 39 einer Dicke von 1,5 μm; eine n-Typ-InGaNP-Lichteinschließschicht 40; eine aktive Schicht 41; eine p-Typ-InGaNP-Lichteinschließschicht 42; und eine p-Typ-GaNP-Mantelschicht 43, wobei alle diese Schichten in dieser Reihenfolge auf dem n-Typ-Si-Substrat 38 gestapelt sind. Die Mehrschichtstruktur mit der n-Typ-Mantelschicht 39, der n-Typ-Lichteinschließschicht 40, der aktiven Schicht 41, der p-Typ-Lichteinschließschicht 42 und der p-Typ-Mantelschicht 43 ist geätzt, um dadurch eine streifenförmige Mesa auszubilden, die sich in der Laserhohlraumrichtung erstreckt. Eine p-Typ-GaNP-Stromsperrschicht 44 und eine n-Typ-GaNP-Stromsperrschicht 45 sind auf beiden Seiten der Mesa gestapelt. Eine vergrabene p-Typ-GaNP-Schicht 46 einer Dicke von 2 μm und eine p-Typ-GaP-Kontaktschicht 31 einer Dicke von 0,3 μm sind über der Stromsperrschicht 45 und der p-Typ-Mantelschicht 43 gestapelt. Strom fließt vertikal durch diese Mesa. Die Breite der Mesa ist 1,5 μm. Eine p-Seiten-Elektrode 9 ist in Kontakt mit der Kontaktschicht 31. Eine n-Seiten-Elektrode 10 ist auf der Rückseite des n-Typ-Si-Substrats 38 ausgebildet.
  • 8B ist eine vergrößerte Ansicht der aktiven Schicht 41. Die aktive Schicht 41 enthält ein Paar InGaNP-Sperrschichten 47 und eine InNAsP-Topfschicht 12. Die Molfraktionen und die Dicke der InNAsP-Topfschicht 12 sind so eingestellt, dass die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in der Nähe von 1,3 μm liegt. Eine Gitterverzerrung (Dehnung) von –1,5% bis +1,5% gegenüber dem Si ist an der InNAsP-Topfschicht 12 angewendet.
  • Durch Verwendung einer solcher Struktur kann der Bandversatz ΔEc zwischen den InGaNP-Sperrschichten 47 und der InNAsP-Topfschicht 12 im Leitungsband auf 500 meV eingestellt werden, was größer ist, als bei einer Struktur, die ein GaAs-Substrat verwendet. Selbst wenn die Temperatur ansteigt, können somit Elektronen ausreichend eingeschlossen werden, und die resultierenden Eigenschaften der Laservorrichtung werden nicht verschlechtert. Weiterhin, da die Laservorrichtung dieser Ausführungsform eine reale Brechungsindex-Wellenleiterstruktur hat, kann die Laservorrichtung stabil in einem einzigen Transversalmode in Schwingung versetzt werden. Da der Strom nur durch die aktive Schicht 41 in der Mesa fließt, können außerdem Stromkomponenten, die zur Laserschwingung nicht beitragen, beachtlich reduziert werden, und es werden Stromeigenschaften mit niedrigem Schwellenwert realisiert. Da ferner das Substrat aus Silizium besteht, können die Kosten, die für das Substrat erforderlich sind, beträchtlich im Vergleich zu einem Fall reduziert werden, indem ein Substrat aus einem Verbindungshalbleiter verwendet wird. Es ist auch einfach, die Halbleiterlaservorrichtung mit anderen elektronischen Vorrichtungen zu integrieren.
  • In dieser Ausführungsform besteht die Topfschicht 12 aus InNAsP. Alternativ können die gleichen Effekte erreicht werden, wenn die Topfschicht 12 aus InNP besteht. Obgleich die Topfschichtanzahl bei dieser Ausführungsform eins ist, kann die Anzahl zwei oder mehr sein. Obgleich die Lichteinschließschichten 40 und 42 aus einer einzigen Art Material bestehen, kann jede dieser Schichten aus InGaNP mit zwei oder mehr Sätzen an Molfraktionen bestehen. Obgleich die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in dieser Ausführungsform im Band von 1,3 μm liegt, kann darüber hinaus die Wellenlänge im Band von 1,55 μm oder in jedem anderen beliebigen Band liegen. Die Laservorrichtung dieser Ausführungsform ist eine Laservorrichtung vom Fabry-Perot-Typ. Alternativ ist die vorliegende Erfindung auch an einer verteilten Rückkopplungshalbleiterlaservorrichtung (DFB-Laservorrichtung) anwendbar, in der ein Streuungsgitter in der Nähe der aktiven Schicht ausgebildet ist (z.B. in einem Bereich des Substrats in der Nähe der aktiven Schicht).
  • AUSFÜHRUNGSFORM 9
  • 12A ist eine perspektivische Teilschnittdarstellung einer Halbleiterlaservorrichtung in der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Halbleiterlaservorrichtung in dieser Ausführungsform ist eine verteilte Rückkopplungshalbleiterlaservorrichtung (DFB-Laservorrichtung). Die Schwingungswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt in der Nähe von 1,3 μm).
  • Die Halbleiterlaservorrichtung enthält ein n-Typ-GaAs-Substrat 1 und eine Mehrschichtstruktur, die auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 1 ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält: eine n-Typ-GaAs-Pufferschicht 2 einer Dicke von 1 μm; ein n-Typ-In0,5Ga0,5P-Mantelschicht 15 einer Dicke von 1,5 μm; eine n-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 4 einer Dicke von 100 nm; eine aktive Schicht 5; eine p-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 6 einer Dicke von 100 nm; und eine p-Typ-In0,5Ga0,5P-Mantelschicht 16 einer Dicke von 0,2 μm, wobei alle diese Schichten in dieser Reihenfolge auf dem n-Typ-GaAs-Substrat 1 gestapelt sind. Die Mehrschichtstruktur mit der n-Typ-In0,5Ga0,5P-Mantelschicht 15, der n-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 4, der aktiven Schicht 5, der p-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 6 und der p-Typ-In0,5Ga0,5P-Mantelschicht 16 bildet eine streifenförmige Mesa, die sich in der Laserholraumrichtung erstreckt. Eine p-Typ-In0,5Ga0,5P-Stromsperrschicht 17 und eine n-Typ-In0,5Ga0,5P-Stromsperrschicht 18 sind auf beiden Seiten der Mesa gestapelt. Eine vergrabene p-Typ-In0,5Ga0,5P-Schicht 19 einer Dicke von 2,0 μm und eine p-Typ-GaAs-Kontaktschicht 8 einer Dicke von 1 μm sind über der Stromsperrschicht 18 und der p-Typ-Mantelschicht 16 gestapelt. Strom fließt vertikal durch diese Mesa. Die Breite der Mesa ist 1,5 μm. Eine p-Seiten-Elektrode 9 ist mit der Kontaktschicht 8 in Kontakt. Eine n-Seiten-Elektrode 10 ist auf der Rückseite des n-Typ-GaAs-Substrats 1 ausgebildet.
  • In dieser Ausführungsform wird nach dem Abscheiden der n-Typ-In0,5Ga0,5P-Mantelschicht 15 und vor dem Abscheiden der n-Typ-GaAs-Lichteinschließschicht 4 ein Beugungsgitter 49 durch Ätzen ausgebildet. Das Beugungsgitter 49 funktioniert in einer solchen Weise, dass die Laservorrichtung in einem einzigen Longitudinalmode stabil schwingt.
  • 12B ist eine vergrößerte Ansicht der aktiven Schicht 5. Die aktive Schicht 5 hat eine Struktur, in der ein Paar GaAs-Sperrschichten 11 eine InNAsP-Topfschicht 12 zwischen sich einschließen. Die Molfraktionen und die Dicke der InNAsP-Topfschicht 12 sind so eingestellt, dass die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in der Nähe von 1,3 μm liegt. Eine Gitterverzerrung (Dehnung) von –1,5% bis + 1,5% gegenüber dem GaAs ist an der InNAsP-Topfschicht 12 angebracht.
  • Durch Verwenden einer solchen Struktur kann der Bandversatz ΔEc zwischen den GaAs-Sperrschichten 11 und der InNAsP-Topfschicht 1 12 im Leitungsband auf 200 meV oder mehr eingestellt werden, und der Bandversatz ΔEv dazwischen im Valenzband kann auf 100 meV oder weniger eingestellt werden. Selbst wenn die Temperatur steigt, können somit Elektronen ausreichend eingeschlossen werden, und die resultierenden Eigenschaften der Laservorrichtung werden nicht verschlechtert.
  • In dieser Ausführungsform besteht die Topfschicht 12 aus InNAsP. Alternativ können die gleichen Effekte erreicht werden, wenn die Topfschicht aus InNP besteht. Obgleich die Topfschichtanzahl in er aktiven Schicht 5 bei dieser Ausführungsform ein ist, kann die Anzahl zwei oder mehr sein.
  • In dieser Ausführungsform bestehen die Sperrschichten 11 und die Lichteinschließschichten 4 und 6 aus GaAs. Alternativ kann stattdessen InGaAsP verwendet werden. Obgleich die Lichteinschließschichten 4 und 6 aus einer einzigen Art Material bestehen, kann jede dieser Schichten aus InGaAsP mit zwei oder mehr Sätzen an Molfraktionen bestehen. Die Mantelschichten 15 und 16 bestehen aus AlGaAs. Alternativ kann stattdessen InGaAsP, das an GaAs gitterangepasst ist und eine große Bandlückenenergie hat, verwendet werden.
  • Obgleich die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung in dieser Ausführungsform im Band von 1,3 μ liegt, kann darüber hinaus die Wellenlänge im Band von 1,55 μm oder in jedem anderen beliebigen Band liegen.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 10
  • 13 zeigt eine beispielhafte Anordnung eines optischen Übertragungssystems, das als eine Lichtquelle die Halbleiterlaservorrichtung in einer der vorangehenden ersten bis neunten Ausführungsformen verwendet.
  • Dieses System enthält: eine Halbleiterlaservorrichtung 51 der vorliegenden Erfindung; einen elektrischen Signalgenerator 54, der ein elektrisches Signal an die Halbleiterlaservorrichtung 51 abgibt und deren Intensität moduliert; eine Lichtleiffaser 52 zum Ausbreiten des Laserlichts (optische Signale) 56, das von der Halbleiterlaservorrichtung 51 emittiert wird; eine Linse 55 zum Sammeln des Laserlichts 56, das von der Halbleiterlaservorrichtung 51 abgegeben wird, auf der Lichtleiffaser 52; und einen Fotodetektor 53 zum Erfassen der optischen Signale, die sich durch die Lichtleiffaser 52 ausgebreitet haben und zum Umwandeln der optischen Signale in elektrische Signale. Durch Verwendung einer solchen Anordnung können Audiosignale, Videosignale und/oder Daten durch die Lichtleiffaser 52 übertragen werden.
  • Da in dieser Ausführungsform die als eine Signallichtquelle verwendete Halbleiterlaservorrichtung mit einer niedrigen Schwellenstromstärke und mit sehr steilen Wirkungsgradcharakteristika über einen breiten Temperaturbereich arbeiten kann, können Signale hoher Wiedergabetreue übertragen werden, ohne durch die Temperatur so stark beeinträchtigt zu werden.
  • Es ist anzumerken, dass die Linse keine unverzichtbare Komponente ist.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 11
  • 14 zeigt eine Halbleiterlaservorrichtung in der elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Halbleiterlaservorrichtung in dieser Ausführungsform enthält einen Laserabschnitt 202 und einen Transistorabschnitt 203, die auf demselben Halbleitersubstrat integriert sind.
  • Der Laserabschnitt 202 enthält eine Mehrschichtstruktur, die auf einem halbisolierenden GaAs-Substrat 201 ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält eine InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) als eine aktive Schicht. Die spezielle Struktur des Laserabschnitts 202 kann die der Halbleiterlaservorrichtung in einer der vorangehenden Ausführungsformen sein. Die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung liegt im Band von 1,1 bis 1,6 μm.
  • Um den in den Laserabschnitt 202 zu injizierenden Strom zu steuern, ist der Transistorabschnitt 203 an einer von dem Laserabschnitt 202 entfernten Stelle auf dem GaAs-Substrat 201 ausgebildet. Sowohl die Lasersektion 202 als auch die Transistorsektion 203 enthalten eine Halbleiterschicht, die auf dem GaAs-Substrat 201 als eine Komponente gezüchtet ist. Der Laserabschnitt 202 und der Transistorabschnitt 203 sind mit dem GaAs-Substrat 201 auf Atomniveau verbunden.
  • 17 zeigt eine beispielhafte Querschnittsstruktur des Transistorabschnitts 203. Wie man aus 17 verstehen kann, enthält der Transistorabschnitt 203 mehrere Halbleiterschichten und Elektroden, die sämtlich auf einem Substrat 501 ausgebildet sind (d.h. auf dem in 14 gezeigten Substrat 201). Genauer gesagt, eine n-GaAs-Schicht 502 und eine i-GaAs-Schicht 503 sind in dieser Reihenfolge auf dem Substrat 501 ausgebildet. Eine Al-Gateelektrode 505 ist auf dem Kanalbereich der i-GaAs-Schicht 503 ausgebildet. Eine Au/Ge/Ni-Au-Elektrode 506 und eine Au-Elektrode 507 sind über den Source/Drain-Bereichen der i-GaAs-Schicht 503 über einer n+-GaAs-Schicht 504 ausgebildet.
  • Zurückkommend auf 14 ist die Lichtemissionsoberfläche 204 des Laserabschnitts 202 mit einem Film niedrigen Reflexionsvermögens beschichtet. Eine weitere Oberfläche 205 des Laserabschnitts 202 ist mit einem hoch reflektierenden Film beschichtet. Eine Überwachungsdiode 211 zum Empfang von Überwachungslicht, das von der Oberfläche 205 des Laserabschnitts 202 abgegeben wird, ist an einer Stelle auf dem GaAs-Substrat 201 so angeordnet, dass sie der Oberfläche 205 gegenübersteht.
  • Auf der Oberseite des GaAs-Substrats 201 sind eine Elektrode 206, die mit dem Laserabschnitt 202 verbunden ist, und Elektroden 207 und 208, die mit dem Transistorabschnitt 203 verbunden sind, vorgesehen. Der Laserabschnitt 202 und der Transistorabschnitt 203 sind miteinander durch die Elektrode 210 und über einen Kondensator verbunden.
  • Im Betrieb wird der Elektrode 206 Gleichstrom zugeführt. Der von der Elektrode 207 dem Transistorabschnitt 203 zugeführte Strom wird durch den Transistorabschnitt 203 moduliert. Der modulierte Strom wird dem Laserabschnitt 202 über den Kondensator 209 zugeführt. Die Modulation durch den Transistorabschnitt 203 wird durch den Wechselstrom ausgeführt, der der Elektrode 208 zugeführt wird, die mit der Gateelektrode (d.h. der Al-Elektrode 505 von 17) des Transistorsabschnitts 203 verbunden ist.
  • Üblicherweise ist ein gesondert ausgebildeter Laserabschnitt mit Lot oder dgl. auf einem GaAs-Substrat, das Transistoren darauf aufweist, montiert worden. Somit war es bei einer konventionellen Vorrichtung notwendig, den Transistorabschnitt mit dem Laserabschnitt vermittels Leitungsdrähten, wie Au-Drähten, zu verbinden. Die Längen der Leitungsdrähte konnten jedoch sehr leicht variieren. Dementsprechend verursachten die geringen Variationen in den Längen der Leitungsdrähte beachtliche Änderungen in den Funkfrequenzeigenschaften der Laservorrichtung.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Laserabschnitt 202 zum Abgeben von Laserlicht einer langen Wellenlänge auf dem GaAs-Substrat 201 durch Kristallwachstum auszubilden. Die Elektrode 210, die den Transistorabschnitt 203 und den Laserabschnitt 202 miteinander verbindet, kann daher durch einen Dünnfilmmusterungsprozess ausgebildet werden. Die Variation in Längen und Breiten der Elektroden können daher minimiert werden, wodurch die oben beschriebenen Probleme gelöst werden.
  • Bei dieser Ausführungsform besteht das Substrat aus GaAs. Alternativ kann das Substrat aus Si bestehen. Die Überwachungsdiode 211 kann ebenfalls auf dem Substrat 201 durch Kristallwachstum ausgebildet werden. Es ist anzumerken, dass es nicht immer notwendig ist, den La serabschnitt mit dem Film niedrigen Reflexionsvermögens oder mit dem hoch reflektierenden Film zu bedecken.
  • AUSFÜHRUNGSF ORM 12
  • 15 zeigt eine Halbleiterlaservorrichtung in der zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Halbleiterlaservorrichtung dieser Ausführungsform enthält einen Laserabschnitt 302 und einen Transistorabschnitt 303, die auf demselben Halbleitersubstrat integriert sind.
  • Der Laserabschnitt 302 enthält eine Mehrschichtstruktur, die auf einem halbisolierenden Si-Substrat 301 ausgebildet ist. Die Mehrschichtstruktur enthält ein InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) als eine aktive Schicht. Die spezielle Struktur des Laserabschnitts 302 kann die der Halbleiterlaservorrichtung in einer der vorangehenden Ausführungsformen sein. Die Schwingungswellenlänge der Laservorrichtung liegt im Band von 1,1 bis 1,6 μm.
  • Um den in den Laserabschnitt 302 zu injizierenden Strom zu steuern, ist der Transistor 303 an einer vom Laserabschnitt 302 entfernten Stelle auf dem Si-Substrat 301 ausgebildet. Sowohl der Laserabschnitt 302 als auch der Transistorabschnitt 303 enthalten eine Halbleiterschicht, die auf dem Si-Substrat 301 als eine Komponente gezüchtet ist. Der Laserabschnitt 302 und der Transistorabschnitt 303 sind mit dem Si-Substrat 301 auf Atomniveau verbunden.
  • Die Lichtemissionsfläche 304 des Laserabschnitts 302 ist mit einem Film geringen Reflexionsvermögens beschichtet. Eine weitere Oberfläche 305 des Laserabschnitts 302 ist mit einem hoch reflektierenden Film beschichtet. Eine Überwachungsdiode 313 zum Aufnehmen von Überwachungslicht, das von der Oberfläche 305 des Laserabschnitts 302 abgeben wird, ist an einer Stelle auf dem Si-Substrat 301 so angeordnet, dass sie der Oberfläche 305 gegenübersteht.
  • Auf der Oberseite des Si-Substrats 301 sind eine Elektrode 306, die mit Laserabschnitt 302 verbunden ist, und Elektroden 307 und 308, die mit dem Transistorabschnitt 303 verbunden sind, vorgesehen. Der Laserabschnitt 302 und der Transistorabschnitt 303 sind miteinander durch eine Elektrode 310 und über einen Kondensator 309 verbunden.
  • Im Betrieb wird der Elektrode 306 Gleichstrom zugeführt. Der von der Elektrode 307 dem Transistorabschnitt 303 zugeführte Strom wird durch den Transistorabschnitt 303 moduliert. Der modulierte Strom wird über den Kondensator 309 dem Laserabschnitt 302 zugeführt. Die Modulation durch den Transistorabschnitt 303 wird durch den Wechselstrom ausgeführt, der der mit der Gateelektrode (d.h. der Al-Elektrode 505 von 17) verbundenen Elektrode 308 des Transistorabschnitts 303 zugeführt wird.
  • Eine V-förmige Rille 311 ist in der Oberfläche des Si-Substrats 301 in der Nähe der Lichtemissionsfläche 304 des Laserabschnitts 302 ausgebildet und stützt und hält eine Lichtleitfaser 312. Das von dem Laserabschnitt 302 abgegebene Laserlicht wird direkt in die Lichtleitfaser 312 eingekoppelt.
  • In einem konventionellen Aufbau kann ein Laserabschnitt zum Abgeben von Laserlicht in einem langwelligen Band nicht auf einem GaAs-Substrat durch Kristallwachstum ausgebildet werden. In einem konventionellen Aufbau ist es auch unmöglich, die Positionsausrichtgenauigkeit zwischen der Rille und dem Laserabschnitt auf 1 μm oder weniger genau zu halten, und der Wirkungsgrad, mit dem Laserlicht in die in der V-förmigen Rille angeordneten Lichtleitfaser eingekoppelt wird, ist niedrig.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Laserabschnitt 302 auf dem Si-Substrat 301 durch Kristallwachstum auszubilden. Somit kann nach dem Ausbilden des Laserabschnitts 302 die V-förmige Rille 311 durch Ausführen eines ein Maskenmuster verwendenden Prozesses ausgebildet werden. Als Folge ist es möglich, die Positionsausrichtgenauigkeit zwischen der V-förmigen Rille 311 und dem Laserabschnitt 302 auf 1 μm oder weniger einzustellen, und der Kopplungswirkungsgrad zwischen dem Laserlicht und der Lichtleitfaser 312, die sich in der V-förmigen Rille 311 befindet, kann beachtlich verbessert werden.
  • In dieser Ausführungsform besteht das Substrat aus Si. Alternativ kann das Substrat aus GaAs bestehen. Außerdem kann auch die Überwachungsdiode 311 auf dem Substrat 301 durch Kristallwachstum ausgebildet werden.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 13
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrichtung unter Bezugnahme auf die 16A bis 16D beschrieben.
  • Zunächst wird, wie in 16A gezeigt, ein Mehrschichtfilm 402 einschließlich einer InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) als einer aktiven Schicht epitaxial auf einem halbisolierenden GaAs-Substrat 401 durch eine MOVPE-Verfahren epitaxial gezüchtet. Die Schwingungswellenlänge wird so eingestellt, dass sie im Band von 1,1 bis 1,6 μm liegt.
  • Als nächstes wird, wie in 16B gezeigt, der Mehrschichtfilm 402 unter Verwendung bekannter Lithographie- und Ätztechniken gemustert, um dadurch einen Laserabschnitt 403 auszubilden, der eine Laserhohlraumstruktur hat.
  • Dann wird, wie in 16C gezeigt, ein Transistorabschnitt 404 ausgebildet. Ein beispielhafter Querschnitt des Transistorabschnitts 404 ist in 17 gezeigt. Die n-GaAs-Schicht 502, die i-GaAs-Schicht 503 und die n+-GaAs-Schicht 504 werden durch das üblicherweise verwendete MOVPE- oder MBE-Verfahren ausgebildet. Diese GaAs-Schichten können über der gesamten Oberfläche des Substrats 401 abgeschieden und dann gemustert werden. Alternativ können diese Schichten selektiv über einem speziellen Bereich des Substrats 401 gezüchtet werden.
  • Anschließend wird, wie in 16D gezeigt, ein Dünnfilm, der elektrische Leitfähigkeit hat, abgeschieden, und Elektroden 405, 406, 407, 408 und ein Kondensator 409 werden durch Lithographie- und Ätztechniken ausgebildet. Die Elektrode 406 liefert Gleichstrom an den Transistorabschnitt 404. Die Elektrode 407 liefert Wechselstrom an den Transistorabschnitt 404. Die Elektrode 408 überträgt Strom von dem Transistorabschnitt 404 zum Laserabschnitt 403.
  • Gemäß diesem Herstellungsverfahren wird nach Ausbildung des Laserabschnitts 403 durch einen Prozessschritt, der bei relativ hoher Temperatur ausgeführt wird, der Transistorabschnitt 404 durch einen Prozessschritt, wie beispielsweise Ionenimplantation, der bei einer relativ niedrigen Temperatur ausgeführt wird, ausgebildet. Somit kann die thermische Diffusion der implantierten Ionen unterdrückt werden, wodurch es möglich ist zu verhindern, dass die Leistung des Transistorabschnitts 404 verschlechtert wird.
  • Es ist anzumerken, dass wenn die InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) durch ein MOVPE-Verfahren ausgebildet wird, Quellengase für In, N, As und P sowie Wasserstoff oder Stickstoff, die als ein Trägergas dienen, in ein Reaktorrohr eingeleitet werden. Als Quellengase für In, N, As und P können Trimethylindium, Dimethylhydrazin, Tertiärbutylarsin und Tertiärbutylphosphin verwendet werden. Die InNxAsyP1–x–y-Kristallschicht kann auf einem Substrat gezüchtet werden, indem die Temperatur des Substrats auf beispielsweise 600°C eingestellt wird. Es ist auch anzumerken, dass Arsin als ein Quellenmaterial für As und Phosphin als ein Quellenmaterial für P verwendete werden können. Monomethylhydrazin oder Tertiärbutylhydrazin können ebenfalls als ein Quellenmaterial für N verwendet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein metallorganisches Gas, das einen niedrigeren Zersetzungspunkt als Ammonium hat, als ein Quellengas zur Lieferung von Stickstoff verwendet, wodurch InNxAsyP1–x–y-Mischkristalle (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) auf einem Halbleitersubstrat ge züchtet werden. Genauer gesagt, durch thermisches Zersetzen eines Gemischs eines Gases, das As enthält, eines Gases, das P enthält, eines metallorganischen Gases, das In enthält, und eines metallorganischen Gases, das N enthält, werden die InNAsP-Mischkristalle auf einem Substrat gezüchtet, das aus InP, GaAs, GaP oder Si besteht. Als metallorganisches Gas, das N enthält, können CH3N2H3 (Monomethylhydrazin), (CH3)2N2H2 (Dimethylhydrazin) oder t-C4H9N2H3 (Tertiärbutylhydrazin) verwendet werden.
  • In dem konventionellen MOVPE-Verfahren ist Ammonium im breiten Umfang als ein Quellengas zur Lieferung von Stickstoff verwendet worden. Die vorliegende Erfindung fand es jedoch nicht geeignet, Ammonium zum Züchten der InNAsP-Mischkristalle zu verwenden. Der Grund hierfür ist folgender. Da Ammonium sich nicht im Temperaturbereich (von etwa 500° bis etwa 600°) zersetzt, der vorzugsweise eingestellt ist, wenn die InAsP-Mischkristalle, die In enthalten, das einen hohen Dampfdruck hat, durch das MOVPS-Verfahren gezüchtet werden, kann eine ausreichende Menge an Stickstoff nicht in die InAsP-Mischkristalle durch Verwendung von Ammonium als ein Quellengas eingeführt werden.
  • Die vorliegenden Erfinder verwenden daher ein metallorganisches Gas, das einen niedrigeren Zersetzungspunkt als der von Ammonium hat, so beispielsweise Monomethylhydrazin, Dimethylhydrazin oder Tertiärbutylhydrazin anstelle von Ammonium. Der 50%-Zersetzungspunkt von Ammonium liegt in einer Höhe von etwa 1000°C. Hingegen liegen die 50%-Zersetzungspunkte von Monomethylhydrazin und Dimethylhydrazin bei etwa 300°C, und der 50%-Zersetzungspunkt von Tertiärbutylhydrazin liegt bei etwa 500°C. Da diese N enthaltenden metallorganischen Gase sich bei sehr viel niedrigeren Temperaturen zersetzen, als Ammonium, können die InNAsP-Mischkristalle, die In enthalten, das einen hohen Dampfdruck hat, bei niedrigen Temperaturen gezüchtet werden.
  • As(C4H9)H2 (Tertiärbutylarsin) kann als eine Quelle für As verwendet werden, und P(C4H9)H2 (Tertiärbutylphosphin) kann als eine Quelle für P verwendet werden. Der Zersetzungspunkt von Tertiärbutylarsin liegt niedriger als der von Arsin. Der Zersetzungspunkt von Tertiärbutylphosphin liegt ebenfalls niedriger als der von Phosphin. Wenn somit diese metallorganischen Gase verwendet werden, können InNAsP-Mischkristalle, die eine hervorragende Kristallinität haben, bei niedriger Temperatur gezüchtet werden.
  • Durch Verwendung eines Inertgases als ein Trägergas, das ein größeres Moluklargewicht hat, als Wasserstoff, ist es möglich zu verhindern, das sich N aus der Oberfläche eines gezüchteten InNAsP-Fims zersetzt. Als Folge können InNAsP-Mischkristalle, die eine große Molfraktion von N haben, erhalten werden.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 14
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Züchten von InNxAsyP1–x–y-Mischkristallen (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) in der vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 18 beschrieben.
  • Wie in 18 gezeigt, wird ein GaAs-Substrat 182 auf einem Träger 1820 angeordnet, der in einer Reaktorrohr 181 gebracht wird. Quellengase für In, N, As und P werden in das Reaktorrohr 181 zusammen mit Wasserstoff 183 eingeleitet, der als ein Trägergas dient. In dieser Ausführungsform werden Trimethylindium 184, Dimethylhydrazin 185, Tertiärbutylarsin 186 und Tertiätbutylphosphin 187 als die Quellengase für In, N, As bzw. P verwendet. Die Temperatur des Substrats 182 liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 500°C bis etwa 700°C, z.B. bei 600°C in dieser Ausführungsform, wodurch die InNxAsyP1–x–y-Kristallschicht 188 auf dem GaAs-Substrat 182 gezüchtet wird. Während dieses Kristallwachstums wird die Temperatur am Rührwerk von Trimethylindium 184 auf 25°C eingestellt, und die Strömungsrate desselben wird auf 200 sccm eingestellt. Die Strömungsraten von Dimethylhydrazin 185, Tertiärbutylarsin 186 und Tertiärbutylphosphin 187 werden auf 500 sccm, 5 sccm bzw. 5 sccm eingestellt. Dimethylhydrazin 185, Tertiärbutylarsin 186 und Tertiärbutylphosphin 187 werden sämtlich von den entsprechenden Rührwerken derselben direkt in das Reaktorrohr 181 eingeleitet.
  • Gemäß dem Verfahren dieser Ausführungsform kann eine InN0,3As0,2P0,5-Mischkristallschicht 188 auf diese Weise auf dem GaAs-Substrat 181 gezüchtet werden. Die Molfraktionen x und y der InNxAsyP1–x–y-Mischkristallschicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) 188 können durch Einstellen des Strömungsratenverhältnisses von Dimethylhydrazin 185, Tertiärbutylarsin 186 und Tertiärbutylphosphin 187 einjustiert werden.
  • Das Substrat 182 kann aus GaP oder Si anstelle GaAs bestehen. Arsin kann ebenfalls als ein Quellenmaterial für As verwendet werden, und Phosphin kann ebenfalls als ein Quellenmaterial für P verwendet werden. Monomethylhydrazin oder Tertiärbutylhydrazin können ebenfalls ein Quellenmaterial für N verwendet werden.
  • AUSFÜHRUNGSFORM 15
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Züchten von InNAsP-Mischkristallen in der fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 19 beschrieben.
  • Wie in 19 gezeigt, wird ein GaAs-Substrat 182 auf einem Träger 1820 angeordnet, der in ein Reaktorrohr 181 eingebracht wird. Quellengase für In, N, As und P werden in das Reaktorrohr zusammen mit Stickstoff 199 eingeführt, der als ein Trägergas dient. In dieser Ausführungsform werden Trimethylindium 184, Dimethylhydrazin 185, Tertiärbutylarsin 186 und Tertiärbutylphosphin 187 als die Quellengase für In, N, As bzw. P verwendet. Die Temperatur des Substrats 182 wird auf 600°C eingestellt, wodurch eine InNxAsyP1–x–y-Kristallschicht 188 auf dem GaAs-Substrat 182 gezüchtet wird.
  • Während dieses Kristallwachstums wird die Temperatur am Rührwerk des Trimethylindium 184 auf 25°C eingestellt und die Strömungsrate desselben auf 200 sccm eingestellt. Die Strömungsraten von Dimethylhydrazin 185, Tertiärbutylarsin 186 und Tertiärbutylphosphin 187 werden auf 500 sccm, 5 sccm bzw. 5 sccm eingestellt. Dimethylhydrazin 185, Tertiärbutylarsin 186 und Tertiärbutylphosphin 187 werden sämtlich von den entsprechenden Rührwerken derselben direkt in das Reaktorrohr 181 zugeführt.
  • Entsprechend dem Verfahren dieser Ausführungsform kann eine InN0,3As0,2P0,5-Mischkristallschicht 188 auf diese Weise auf dem GaAs-Substrat 181 gezüchtet werden. Die Molfraktionen x und y der InNxAsyP1–x–y-Mischkristallschicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) 188 können durch Einstellen des Strömungsratenverhältnisses von Dimethylhydrazin 185, Tertiärbutylarsin 186 und Tertiärbutylphosphin 187 beeinflusst werden.
  • Das Substrat 182 kann aus GaP oder Si anstelle von GaAs bestehen. Arsin kann ebenfalls als ein Quellenmaterial für As verwendete werden, und Phosphin kann auch als ein Quellenmaterial für P verwendet werden. Monomethylhydrazin oder Tertiärbutylhydrazin können ebenfalls als ein Quellenmaterial für N verwendet werden.
  • Wenn Wasserstoff 2010 als ein Trägergas verwendet wird, dann ist es, wie schematisch in 20A gezeigt, wahrscheinlicher, dass Stickstoffatome 2011, die einen hohen Dampfdruck haben, sich aus einem wachsenden Film 2013 auf einem Substrat 2012 lösen. Selbst wenn die Strömungsrate des Dimethylhydrazin gesteigert wird, nimmt somit die N-Molfraktion des wachsenden Films 2013 nicht so stark zu.
  • Wenn andererseits Stickstoff 2014 als ein Trägergas verwendet wird, dann wird die Dissoziation von Stickstoffatomen 2011 aus dem wachsenden Film 2013 unterdrückt, wie schematisch in 20B gezeigt. Der Grund hierfür ist, dass das Molekulargewicht von Stickstoff größer als das von Wasserstoff ist.
  • 21 zeigt den Zusammenhang zwischen der Strömungsrate von Dimethylhydrazin auf der Abszisse und der N-Molfraktion auf der Ordinate. Im Falle der Verwendung von Wasserstoff als ein Trägergas nimmt bei einer Steigerung der Strömungsrate des Dimethylhydrazin die N-Molfraktion ebenfalls entsprechend bis zu einem gewissen Punkt zu, jedoch tendiert die Zunahme später zur Sättigung, wie durch die gestrichelte Linie angedeutet. Im Falle der Verwendung von Stickstoff als Trägergas, ist andererseits die resultierende N-Molfraktion bei der gleichen Strömungsrate von Dimethylhydrazin größer als die von Wasserstoffträgergas, und es wird keine Sättigung beobachtet, wie durch die durchgehende Linie angezeigt.
  • Auf diese Weise können InN0,3As0,2P0,5-Mischkristalle, die eine größere N-Molfraktion im Vergleich zum Falle der Verwendung des Verfahrens der vierzehnten Ausführungsform haben, bei dieser Ausführungsform auf dem GaAs-Substrat gezüchtet werden.
  • Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden Erfindung InNxAsyP1–x–y-Mischkristalle (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1), die hervorragende Kristallinität haben, auf einem Substrat aus InP, GaAs, GaP oder Si mit dem MOVPE gezüchtet werden.
  • Somit können zahlreiche Typen an Verbundhalbleitervorrichtungen, wie eine Halbleiterlaservorrichtung, unter Verwendung von InNxAsyP1–x–y-Mischkristallen (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) in Massenproduktion auf diese Weise hergestellt werden.

Claims (39)

  1. Halbleiterlaservorrichtung, die ein Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) und eine mehrschichtige Struktur (2–8, 20, 21, 26–31, 39–46) umfasst, die auf dem Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ausgebildet ist, wobei die mehrschichtige Struktur (2–8, 20, 21, 26–31, 39–46) eine aktive Schicht (5, 28, 41) zum Emittieren von Licht enthält, die aktive Schicht (5, 28, 41) eine InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1 enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat GaAs, GaP oder Si ist, die InNxAsyP1–x–y-Schicht an das Substrat gitterangepasst ist.
  2. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die aktive Schicht (5, 28, 41) eine Quantentopfstruktur hat, die wenigstens eine Topfschicht (12) und wenigstens zwei Sperrschichten (11, 32, 47) enthält, wobei die Topfschicht (12) eine InNxAsyP1–x–y-Schicht (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1 ist.
  3. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaAs-Substrat (1, 182, 201, 401, 501, 2012) ist und die Sperrschichten (11) aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus AlGaInP, AlGaAs, GaAs, InGaAsP und InGaP besteht.
  4. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehrschichtige Struktur (2–8, 20, 21, 26–31, 39–46) des Weiteren umfasst: eine erste Mantelschicht (3, 26, 39), die den gleichen Leitfähigkeitstyp hat wie das Substrat (1, 25, 38) und sich unterhalb der aktiven Schicht (5, 28, 41) befindet; und eine zweite Mantelschicht (7, 30, 43) sowie eine Kontaktschicht (8, 31), die einen anderen Leitfähigkeitstyp haben als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) und sich oberhalb der aktiven Schicht (5, 28, 41) befinden, und wobei eine Elektrode (9) auf der Kontaktschicht (8, 31) so angeordnet ist, dass sie in einem Streifenbereich miteinander in Kontakt sind.
  5. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Abschnitt der mehrschichtigen Struktur (2–8, 20, 21, 26–31, 39–46), der die zweite Mantelschicht (7, 30, 43) und die Kontaktschicht (8, 31) einschließt, die einen anderen Leitfähigkeitstyp haben als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012), in einer Gratform ausgebildet ist.
  6. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehrschichtige Struktur (2–8, 20, 21, 26–31, 39–46) des Weiteren umfasst: eine erste Mantelschicht (3, 26, 39), die den gleichen Leitfähigkeitstyp hat wie das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) und sich unterhalb der aktiven Schicht (5, 28, 41) befindet; und eine zweite Mantelschicht (7, 30, 43), die einen anderen Leitfähigkeitstyp hat als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) und sich oberhalb der aktiven Schicht (5, 28, 41) befindet, und wobei die zweite Mantelschicht, die den anderen Leitfähigkeitstyp hat als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) einen gratartigen Abschnitt aufweist, und wobei eine Stromsperrschicht (13, 33, 45), die den gleichen Leitfähigkeitstyp hat wie das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012), so angeordnet ist, dass sie den gratförmigen Abschnitt dazwischen einschließt, und wobei eine vergrabene Schicht (14, 34, 46), die den anderen Leitfähigkeitstyp hat als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012), auf der Stromsperrschicht (13, 33, 45) angeordnet ist.
  7. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaAs-Substrat (1, 182, 201, 401, 501, 2012) ist und die Mantelschichten aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus GaAs, AlGaAs, InGaP und InGaAsP besteht.
  8. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaAs-Substrat (1, 182, 201, 401, 501, 2012) ist und die Mantelschichten (3, 7, 26, 30), die Stromsperrschicht (13) sowie die vergrabene Schicht (14) aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus GaAs, AlGaAs, InGaP und InGaAsP besteht.
  9. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehrschichtige Struktur (2–8, 20, 21, 26–31, 39–46) des Weiteren umfasst: eine erste Mantelschicht (3, 26, 39), die den gleichen Leitfähigkeitstyp hat wie das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) und sich unterhalb der aktiven Schicht (5, 28, 41) befindet; eine zweite Mantelschicht (7, 30, 43), die einen anderen Leitfähigkeitstyp hat als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) und sich oberhalb der aktiven Schicht (5, 28, 41) befindet; eine Stromsperrschicht (13, 33, 45), die den gleichen Leitfähigkeitstyp hat wie das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) und oberhalb der zweiten Mantelschicht (7, 30, 43) angeordnet ist, die den anderen Leitfähigkeitstyp hat als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012); und eine vergrabene Schicht (14, 34, 46), die den anderen Leitfähigkeitstyp hat als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) und über der Stromsperrschicht (13, 33, 45) angeordnet ist, wobei ein Teil der eingegrabenen Schicht mit der zweiten Mantelschicht (7, 30, 43), die den anderen Leitfähigkeitstyp hat als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012), in einem Streifenbereich in Kontakt ist.
  10. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaAs-Substrat (1, 182, 201, 401, 501, 2012) ist und die Mantelschichten (3, 7, 26, 30), die Stromsperrschicht (13) sowie die vergrabene Schicht (14) aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus GaAs, AlGaAs, InGaP und InGaAsP besteht.
  11. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehrschichtige Struktur (2–8, 20, 21, 26–31, 39–46) des Weiteren umfasst: eine erste Mantelschicht (4), die den gleichen Leitfähigkeitstyp hat wie das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) und sich unterhalb der aktiven Schicht (5, 28, 41) befindet; und eine zweite Mantelschicht (7, 30, 43) sowie eine Kontaktschicht (8, 31), die einen anderen Leitfähigkeitstyp haben als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) und sich unterhalb der aktiven Schicht (5, 28, 41) befinden, und wobei ein Teil des Substrats (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) sowie ein Abschnitt, der die Mantelschichten (3, 7, 26, 30, 39, 43) und die aktive Schicht (5, 28, 41) einschließt, so ausgebildet sind, dass sie eine Mesa-Form haben, und wobei beide Seitenbereiche der Mesa mit einer ersten Stromsperrschicht (17, 35, 44), die den anderen Leitfähigkeitstyp hat als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012), sowie einer zweiten Stromsperrschicht (18, 36, 45), die den gleichen Leitfähigkeitstyp hat wie das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012), gefüllt sind, und wobei eine vergrabene Schicht (19, 37, 46), die einen anderen Leitfähigkeitstyp hat als das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) über der zweiten Stromsperrschicht (18, 36, 45) angeordnet ist.
  12. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaAs-Substrat (1, 182, 201, 401, 501, 2012) ist und die Mantelschichten (3, 7, 26, 30), die Stromsperrschichten (17, 18) sowie die vergrabene Schicht (10) aus einem Material bestehen, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus GaAs, AlGaAs, InGaP und InGaAsP besteht.
  13. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaAs-Substrat (1, 182, 201, 401, 501, 2012) ist und die mehrschichtige Struktur des Weiteren enthält: einen Halbleiter-Mehrschichtspiegel (20), der den gleichen Leitfähigkeitstyp hat wie das Substrat (1) und sich unterhalb der aktiven Schicht (5) befindet; und einen Halbleiter-Mehrschichtspiegel (21), der einen anderen Leitfähigkeitstyp hat als das Substrat (1) und sich oberhalb der aktiven Schicht (5) befindet, und wobei das Paar Halbleiter-Mehrschichtspiegel (20, 21) einen Vertikal-Laserresonator bildet, und wobei das in dem Laserresonator erzeugte Laserlicht in einer Richtung vertikal zu dem Substrat (1) emittiert wird.
  14. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 13, wobei wenigstens einer des Paars von Halbleiter-Mehrschichtspiegeln (20, 21) eine AlAs/GaAs-Mehrschichtstruktur enthält.
  15. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 13, wobei wenigstens einer des Paars von Halbleiter-Mehrschichtspiegeln (20, 21) eine AlGaAs/GaAs-Mehrschichtstruktur enthält.
  16. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaP-Substrat (25) ist und die Sperrschichten (26, 30) aus GaNx'Asy'P1–x'–y' (wobei 0 x' < 1 und 0 < y' < 1) bestehen.
  17. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaP-Substrat (25) ist und die Mantelschichten (26, 30) aus GaP bestehen.
  18. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaP-Substrat (25) ist und die Mantelschichten (26, 30), die Stromsperrschicht (33) sowie die vergrabene Schicht (34) aus GaP bestehen.
  19. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaP-Substrat (25) ist und die Mantelschicht (26, 30), die Stromsperrschicht (33) sowie die vergrabene Schicht (34) aus GaP bestehen.
  20. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaP-Substrat (25) ist und die Stromsperrschichten (35, 36) sowie die vergrabene Schicht (37) aus GaP bestehen.
  21. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein GaAs- oder Si-Substrat (1, 3, 301) ist, und wobei ein Transistor (203), der die aktive Schicht (5, 41) mit Strom speist, auf dem Substrat (1, 38, 301) integriert ist.
  22. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) ein Si-Substrat (38, 301) ist, und wobei ein vertiefter Abschnitt (311), der eine Lichtleitfaser (52, 312) trägt, die von der aktiven Schicht (41) emittiertes Laserlicht empfängt, in dem Si-Substrat (38, 301) ausgebildet ist.
  23. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 22, wobei wenigstens ein Teil der Lichtleitfaser (52, 312) von dem vertieften Abschnitt (311) des Si-Substrats (38, 301) getragen wird.
  24. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 23, wobei ein Transistor, der die aktive Schicht (41) mit Strom speist, auf dem Si-Substrat (38, 301) integriert ist.
  25. Optisches Kommunikationssystem, das die Halbleiterlaservorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24 umfasst.
  26. Verfahren zum Erzeugen einer Halbleiterlaservorrichtung, das die folgenden Schritte umfasst: Ausbilden einer mehrschichtigen Struktur (2–8, 20, 21, 26–31, 39–46), die eine aktive Schicht enthält, die InNxAsyP1–x–y (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) enthält und an ein GaAs-, GaP- oder Si-Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) gitterangepasst ist; Ausbilden eines Laserresonators und einer reflektierenden Fläche desselben durch Strukturieren der mehrschichtigen Struktur (2–8, 20, 21, 26–31, 39–46); und Ausbilden eines Transistors (203) auf dem Halbleitersubstrat (1, 25, 38).
  27. Verfahren nach Anspruch 26, das des Weiteren den Schritt des Ausbildens eines vertieften Abschnitts (311) in dem Halbleitersubstrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) umfasst, der eine Lichtleitfaser (52, 312) trägt, die von der aktiven Schicht emittiertes Laserlicht empfängt.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, das des Weiteren den Schritt des Anordnens wenigstens eines Teils der Lichtleitfaser (52, 312) des Halbleitersubstrats (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) umfasst.
  29. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterlaservorrichtung durch Aufwachsen einer aktiven Schicht, die InNxAsyP1–x–y (wobei 0 < x < 1 und 0 ≤ y < 1) umfasst und an ein Substrat (1, 25, 38, 182, 201, 301, 401, 501, 2012) gitterangepasst ist, das aus einem Halbleitermaterial besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus GaAs, GaP und Si besteht, unter Verwendung eines Gases, das Arsen enthält, eines Gases, das Phosphor enthält und eines metallorganischen Gases, das Indium enthält, sowie eines metallorganischen Gases, das Stickstoff enthält.
  30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Gas, das Arsen enthält, AsH3 (Arsin) ist.
  31. Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Gas, das Phosphor enthält, PH3 (Phosphin) ist.
  32. Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Gas, das Arsen enthält, As(C4H9)H2 (Tertiärbutylarsin) ist.
  33. Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Gas, das Phosphor enthält, P(C4H9)H2 (Tertiärbutylphosphin) ist.
  34. Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Gas, das Arsen enthält, As(C4H9)H2 (Tertiärbutylarsin) ist und das Gas, das Phosphor enthält, P(C4H9)H2 (Tertiärbutylphosphin) ist.
  35. Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Gas, das Stickstoff enthält, ein metallorganisches Gas ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus CH3N2H3 (Monomethylhydrazin), (CH3)2N2H2 (Dimethylhydrazin) und t-C4H9N2H3 (Tertiärbutylhydrazin) -Gasen besteht.
  36. Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Gas, das Stickstoff enthält, ein metallorganisches Gas ist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus CH3N2H3 (Mo nomethylhydrazin)-, (CH3)2N2H2 (Dimethylhydrazin)- und t-C4H9N2H3 (Tertiärbutylhydrazin) -Gasen besteht.
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 36, wobei ein inertes Gas mit einem Molekulargewicht, das größer ist als das Molekulargewicht von Wasserstoff, als ein Trägergas eingesetzt wird.
  38. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 36, wobei Stickstoff als ein Trägergas eingesetzt wird.
  39. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 bis 36, wobei Argon als ein Trägergas eingesetzt wird.
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