NL8802011A

NL8802011A - Een halfgeleiderlaserinrichting.

Info

Publication number: NL8802011A
Application number: NL8802011A
Authority: NL
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-08-19
Filing date: 1988-08-12
Publication date: 1989-03-16
Also published as: DE3827961C2; US4841535A; DE3827961A1; JPS6448486A; JP2553580B2

Description

•I*' *

Een halfgeleiderlaserinrichting

De onderhavige uitvinding betreft een halfgeleiderlaserinrichting die zodanige parameters voor een laserstruc-tuur heeft, dat een oscillatie in fundamentele transversale modus bereikbaar is en een lange levensduur kan worden ver-5 kregen.

Epitaxie-technieken in vloeibare fase zijn het meest gebruikt als techniek voor kristalgroei van massapro-duktie van halfgeleide laserinrichtingen. Onlangs is de omzetting van LPE naar MO-CVD (metaal organische chemische 10 dampneerslag) die de mogelijkheid van precieze regeling van laagdikte en geschiktheid voor massaproduktie versneld, met het oog op een verbetering in rendement en een vermindering van kosten.

Fig. 4 toont een dwarsdoorsnede aanzicht van een 15 SBA (zelfgealigneerd, gebogen aktieve laag)-laser volgens de stand van de techniek die een laseropbouw heeft die geschikt is voor de produktie door MO-CVD, hetgeen is beschreven in de Japanse ter inzage gelegde octrooipublikatie nr. 60-192380 van dezelfde uitvinder. In fig. 4 verwijst verwijzingsnummer 20 1 naar een p-type GaAs-substraat. Een eerste p-type AlGaAs-insluitlaag 2 is aangebracht aan het p-type GaAs-substraat 1. Een n-type GaAs-stroomblokkeerlaag 3 is aangebracht op de eerste p-type AlGaAs-insluitlaag 2. Een tweede p-type AlGaAs-insluitlaag 4 is aangebracht op de stroomblokkeerlaag 3. Een 25 p-type of n-type aktieve AlGaAs-laag 5 is aangebracht op de tweede p-type AlGaAs-insluitlaag 4. Een n-type AlGaAs-insluitlaag 6 is aangebracht op de aktieve laag 5. Een n-type GaAs-contactlaag 7 is aangebracht op de n-type AlGaAs-insluitlaag 6. Een n-elektrode 8 is aangebracht op de contact-30 laag 7. Een p-elektrode 9 is aangebracht op het achteropper-vlak van substraat 1. Een streepgroef 10 is aangebracht in de stroomblokkeerlaag 3.

Bij deze SBA-laser met een opbouw volgens de stand van de techniek, bedraagt de breedte van de streepgroef 10 35 meer dan 2 μχα. en de dikte van de tweede p-type AlGaAs insluitlaag bedraagt ongeveer 0,2jxm.

.8802011 -2-

Deze laser-opbouw kan worden geproduceerd door tweemaal een kristalgroei met MO-CVD uit te voeren. Bij de eerste kristalgroei worden de eerste p-type AlGaAs-insluit-laag 2 en de n-type GaAs stroomblokkeerlaag 3 geproduceerd op 5 het p-type GaAs substraat 1. Na de eerste kristalgroei wordt de streepgroef 10 geproduceerd door etsing. Bij de tweede kristalgroei worden de tweede p-type AlGaAs-insluitlaag 4, de aktieve laag 5 en de n-type AlGaAs-insluitlaag 6 successievelijk gegroeid op de wafel, waardoor een dubbele hetero-opbouw 10 wordt gevormd. Door deze tweede kristalgroei met MO-CVD, krijgt de aktieve laag 5 een gebogen configuratie veroorzaakt door de trapachtige configuratie van de streepgroef 10.

De inrichting werkt als volgt.

Wanneer een spanning wordt aangelegd aan deze laser 15 waarbij de zijde van de p-elektrode 9 positief (plus) gemaakt wordt, loopt de stroom geconcentreerd door het apertuurdeel van de streepgroef 10. Gaten worden dan geïnjecteerd in het eerste vlakke deel 11 van de aktieve laag 5 waarbij de bodem van de streepgroef 10 van de zijde van de tweede p-type 20 AlGaAs-insluitlaag 4 en elektroden worden daarin geïnjecteerd van de zijde van de n-type AlGaAs-insluitlaag 6, welke recom-bineren voor het optreden van lichtemissie. Wanneer de stroom toeneemt tot boven de drempelstroom, start in de inrichting een laseroscillatie. De aktieve laag van deze SBA heeft een 25 gelijk gebogen configuratie als de streepgroef 10 en in een vlak inklusief de aktieve laag bij het bodemgebied van de streepgroef 10 verschilt de effektieve brekingsindex in horizontale richting. Dienovereenkomstig treedt laseroscillatie op bij het vlakke deel 11 van de gebogen aktieve laag 5, 30 welk deel een aktief gebied wordt.

In deze halfgeleiderlaserinrichting van SBA-type van dergelijke construktie volgens de stand van de techniek, is de bodembreedte van de streepgroef groter dan 2 μια en de afstand van het aktieve gebied naar de bodem van de groef on-35 geveer 0,2/tm klein. Een dergelijke configuratie dient een breed aktief gebied te hebben, dat laseroscillaties in transversale modus onstabiel maakt. De kleine afstand van het * 880201 f ψ « -3- aktieve gebied naar de bodem van de groef van ongeveer 0,2/j.m betekent dat een hergroei-grensvlak bevattende roosterfouten en dislokaties in hoge dichtheid nabij de aktieve laag is gelokaliseerd. Dit resulteert in de waarschijnlijkheid dat de 5 inrichting in kwaliteit achteruit gaat door deze roosterfouten bij langdurige werking.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding een SBA-type halfgeleiderlaserinrichting te verschaffen die in staat is een oscillatie in fundamentele transversale modus te 10 leveren en een lange levensduur te verschaffen.

Andere doeleinden en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit de gedetailleerde beschrijving die hierna gegeven wordt; het moge echter duidelijk zijn dat de gedetailleerde beschrijving en de specifieke 15 uitvoeringsvormen slechts als illustratie gegeven zijn, daar verscheidene veranderingen en modifikaties binnen de geest en strekking van de uitvinding duidelijk zullen worden aan deskundigen op dit technische gebied uit de gedetailleerde beschrijving.

20 Volgens de onderhavige uitvinding wordt een halfge leiderlaserinrichting geleverd, omvattende een gebogen aktieve laag, geproduceerd op halfgeleidende lagen, welke halfgeleidende lagen een streepgroef hebben met een omgekeerde trapeziumvormige dwarsdoorsnede, langs een 25 trapachtige configuratie van de groef, waarin: een bodembreedte van de groef minder dan 2 μια bedraagt; en een afstand van het aktieve gebied naar het bodemdeel van de groef, ongeveer 0,6/Um bedraagt.

30

FIGUUROPSOMMING

Figuur 1 is een perspectivisch dwarsdoorsnede aanzicht dat een halfgeleiderlaser volgens de onderhavige uit-35 vinding toont; figuur 2 is een schema dat de relatie tussen toenemende werkingsstroom van de SBA-laser en afstand van het her- .8802011 b l» -4- groei grensvlak naar het aktieve gebied toont; figuur 3 is een schema dat de relatie tussen de breedte van het aktieve gebied en de breedte van de streep-groef toon; en 5 figuur 4 is een perspektivisch dwarsdoorsnede-aan- zicht dat een SBA-laser volgens de stand van de techniek toont.

Een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zal in detail worden beschreven met verwijzing naar de teke-10 ningen.

Fig. 1 toont een perspektivisch dwarsdoorsnede aanzicht van een halfgeleide laserinrichting als uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding. In fig. 1 geeft verwijzings-nummer 1 een p-type GaAs-substraat aan. Een eerste p-type 15 GaAs-insluitlaag 2 is aangebracht op het p-type GaAs-substraat 1. Een n-type GaAs-stroomblokkeerlaag 3 is aangebracht op de eerste p-type AlGaAs-insluitlaag 2. Een tweede p-type AlGaAs-insluitlaag 4 is aangebracht op de stroomblokkeerlaag 3. Een p-type of n-type aktieve AlGaAs (of GaAs)-laag 5 is 20 aangebracht op de tweede p-type AlGaAs-insluitlaag 4. Een n-type AlGaAs-insluitlaag 6 is aangebracht op de aktieve laag 5. een n-type GaAs-contactlaag 7 is aangebracht op de p-type AlGaAs-insluitlaag 6. Een n-elektrode 8 is aangebracht op de contactlaag 7. Een p-elektrode 9 is aangebracht op het 25 achteroppervlak van substraat 1. Een streepgroef 10 is aangebracht in de stroomblokkeerlaag 3. Nummer 11 geeft een aktief gebied aan en nummer 12 geeft een hergroeigrensvlak aan.

De opbouw van de resp. lagen van deze uitvoeringsvorm zijn fundamenteel gelijk aan die van de SBA laser vol-30 gens de stand van de techniek zoals getoond in fig. 4. In deze uitvoeringsvorm bedraagt de bodembreedte Wg echter minder dan 2/tm (Wg < 2 /im) en is de afstand d groter dan 0,6 /m (d > 0,6/im) in tegenstelling tot het feit dat Wg groter is dan 2 /tm en de afstand d ongeveer 0,2 yum bij de opbouw 35 volgens de stand van de techniek bedraagt.

De SBA laser van deze uitvoeringsvorm werkt als ' volgt.

.8802011 3 s -5-

Fig. 2 toont de relatie tussen de afstand d van het aktieve gebied 11 naar het hergroei-grensvlak 12 en de toenemende mate vanaf de initiële waarde van werkingsstroom verkregen, wanneer de SBA laser werkzaam is gedurende 10 uur bij 5 constante lichtuitgang van 5 mW en bij een hoge temperatuur van 70°C, hetgeen een versnellende conditie is. Zoals duidelijk is uit deze figuur, wordt, in een gebied waar de afstand d kleiner is dan 0,5/tm de toenemende mate van werkstroom extreem groot, waardoor problemen ontstaan in levensduur van 10 het element en de betrouwbaarheid. In deze uitvoeringsvorm is de afstand d ingesteld boven 0,6//m en is de toenemende mate van werkstroom met initiële waarde beperkt tot onder ongeveer 5%, waardoor voldoende levensduur voor praktisch gebruik wordt verkregen.

15 Figuur 3 is een typisch schema dat de relatie tus sen de breedte Wa van het aktieve gebied en de bodembreedte Wg van de streepgroef in de nabijheid van de streepgroef van de SBA laser toont. In de praktische groeiomstandigheden van MO-CVD schrijdt de kristalgroei in een zodanige richting 20 voort, dat de groef begraven wordt. Dit betekent dat een hoek gevormd door de basis van de groeibodem en de lijn die een einde van de groeibodem en een einddeel van het aktieve gebied verbindt, kleiner dan 90®C dient te zijn. Dienovereenkomstig is, hoe langer de afstand d van het hergroeioppervlak 25 12 is, hoe nauwer de breedte van het aktieve gebied is. De hoek at hangt eveneens van de groeiconditie van MO-CVD af, meer in het bijzonder van de groeitemperatuur Tg. Bijvoorbeeld bij praktische groeitemperatuur (700/^850®C) is hoe hoger de groeitemperatuur hoe groter de hoek oc bedraagt, 30 d.i. de hoek is ongeveer 55® bij 700®C en ongeveer 75° bij 850°C. Derhalve is de breedte Wa van het aktieve gebied breder bij hogere temperatuur.

Op deze wijze wordt de breedte Wa van het aktieve gebied bepaald door de breedte Wg van de streepgroef, groei-35 conditie (groeitemperatuur) en dikte d van de tweede p-type AlGaAs-insluitlaag 4. Ten einde een SBA laser te verkrijgen die oscilleert in de stabiele fundamentele transversale i8802011

V

-6- modus, met hoge opbrengst, tonen experimentele data dat de breedte van het aktieve gebied onder l,7/*m dient te zijn.

Bij deze uitvoeringsvorm wordt, daar de breedte Wg onder ongeveer 2/cm en de dikte d boven 0,6 /cm, de breedte Wa 5 van het aktieve gebied enigszins kleiner dan 1,6/cm bij ongeveer 850°C, de bovenste grens in de groeitemperatuur, waardoor een oscillatie in de stabiele fundamentele transversale modus mogelijk wordt. Wanneer de groeitemperatuur minder dan 850°C bedraagt, wordt de hoek<x. c*<75° en wordt de breedte 10 Wa van het aktieve gebied vanzelf kleiner dan 1,7/un. Eveneens kan in dit geval een oscillatie in stabiele fundamentele transversale modus worden verkregen.

Terwijl in de boven geïllustreerde uitvoeringsvorm de AlGaAs-SBA laser aangebracht op een P;-type GaAs substraat 15 wordt verkregen, kan een laser geproduceerd op een n-type substraat op een laser geproduceerd uit ander materiaal, d.i. series AlGalnP of InGaAsP, met dezelfde opbouw inklusief een gebogen aktieve laag, worden verkregen.

Zoals duidelijk is uit de voorgaande beschrijving 20 wordt volgens de onderhavige uitvinding de bodembreedte van de streepgroef onder 2/cm ingesteld en de afstand van een aktief gebied naar het hergroeigrensvlak boven 0,6 /cm ingesteld. Zodoende kan de breedte van het aktieve gebied gemakkelijk kleiner dan 1,7/cm worden gemaakt waardoor een 25 stabiele oscillatie in fundamentele transversale modus mogelijk wordt en een lange levensduur wordt verkregen.

.8802011

Claims

1. Inrichting uit halfgeleidende lagen omvattende een gebogen aktieve laag, geproduceerd op halfgeleidende lagen, welke halfgeleidende lagen een streepgroef hebben met een omgekeerde trapeziumvormige dwarsdoorsnede, langs een 5 trapachtige configuratie van de groef, waarin: een bodembreedte van de groef minder dan 2 μπι bedraagt; en een afstand van het aktieve gebied naar het bodemdeel van de groef, ongeveer 0,6JUm bedraagt.

2. Halfgeleiderlaserinrichting volgens conclusie 1, waarin de halfgeleidende lagen, die de laserinrichting vormen, worden geleverd door MO-CVD (metaal-organische, chemische dampneerslag)-methode.

3. Een halfgeleiderlaserinrichting volgens conclu-15 sie 1, die series AlGaAs-, AlGalnP- of InGaAsP-materiaal omvat. .8802011