DE19610352A1

DE19610352A1 - Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers und dadurch hergestellter Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE19610352A1
Application number: DE19610352A
Authority: DE
Inventors: Yutaka Nagai
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1996-03-15
Publication date: 1996-10-10
Also published as: JPH08279649A; US5815522A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsver fahren eines Halbleiterlasers und einen dadurch hergestell ten Halbleiterlaser und insbesondere ein Herstellungsver fahren eines Halbleiterlasers, welcher eine Fensterstruktur an einer Fläche aufweist und zu einer Funktionsweise einer hohen Lichtausgabe imstande ist, und einen dadurch herge stellten Halbleiterlaser.

Die Fig. 5(a) und 5(b) stellen einen Halbleiterlaser im Stand der Technik dar. Fig. 5(a) zeigt eine perspektivi sche Ansicht des Halbleiterlasers im Stand der Technik und Fig. 5(b) zeigt eine Querschnittsansicht des gleichen Halb leiterlasers, die entlang der Linie V-V in Fig. 5(a) genom men ist, das heißt, eine Querschnittsansicht entlang der Resonatorlängsrichtung. In den Figuren bezeichnet das Be zugszeichen 1 ein GaAs-Halbleitersubstrat eines n-Typs. Ei ne untere Al_xGa_1-xAs-Beschichtungslage 2 des n-Typs eines Zusammensetzungsverhältnisses von Aluminium von x = 0.5 und einer Dicke von 1.5 bis 2.0 µm ist auf dem Substrat 1 ange ordnet. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine aktive Schicht einer Quantumwellstruktur, welche eine fünfschichtige Struktur, die drei Al_yGa_1-yAs-Senkenschichten einer Dicke von ungefähr 10 nm und eines Zusammensetzungsverhältnisses von Aluminium von y = 0.05 bis 0.15 und zwei Al_zGa_1-zAs- Sperrschichten einer Dicke von ungefähr 10 nm und eines Zu sammensetzungsverhältnisses von Aluminium von z = 0.2 bis 0.35 aufweist, wobei die Senkenschichten und die Sperr schichten abwechselnd geschichtet sind, und zwei Lichtlei terschichten einer Dicke von 35 nm und der gleichen Zusam mensetzung wie die der Sperrschicht aufweist, wobei die ei ne auf der obersten Sperrschicht und die andere unter der untersten Sperrschicht der fünfschichtigen Struktur ange ordnet ist. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine obere Al_rGa_1-rAs-Beschichtungslage eines p-Typs einer Dicke von 1.5 bis 2.0 µm und eines Zusammensetzungsverhältnisses von Aluminium von r = 0.5, das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine GaAs-Kontaktschicht des p-Typs einer Dicke von 0.5 bis 1.0 µm, das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Protonenimplanta tionsbereich, das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine n-seitige Elektrode, das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine p-seitige Elektrode, das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Silizium- bzw. Si-Diffusionsbereich, das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Laserresonatorfläche, das Bezugszeichen 3a bezeichnet einen aktiven Bereich einer aktiven Schicht 3, welcher zu einer Laserlichtabstrahlung beiträgt, und das Bezugszeichen 3b bezeichnet einen Fensterstrukturbereich, der in der Nähe der Laserresonatorfläche 20 der aktiven Schicht 3 ausgebil det ist. Die Abmessungen dieses Halbleiterlasers betragen 300 bis 600 µm in der Länge in der Resonatorlängsrichtung und ungefähr 300 µm in der Breite.

Die Fig. 6(a) bis 6(e) zeigen Verfahrensdarstellun gen, die ein Herstellungsverfahren des Halbleiterlasers im Stand der Technik darstellen, der in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigt ist. In den Figuren dienen die gleichen Be zugszeichen, die in den Fig. 5(a) und 5(b) verwendet worden sind, dazu, die gleichen oder ähnliche Teile zu be zeichnen, wobei das Bezugszeichen 11 einen streifenförmigen SiN-Film bezeichnet, das Bezugszeichen 14 ein Photoresist bezeichnet, das Bezugszeichen 22 einen Si-Film bezeichnet und das Bezugszeichen 23 eine Protonenimplantation bezeich net.

Das Herstellungsverfahren im Stand der Technik wird un ter Bezugnahme auf die Fig. 6(a) bis 6(e) beschrieben. Die untere Beschichtungslage 2, die aktive Schicht 3 der Quantumwellstruktur, die obere Beschichtungslage 4 und die Kontaktschicht 5 werden in dieser Reihenfolge epitaxial auf das GaAs-Halbleitersubstrat 1 des n-Typs in einem Waferzu stand (in den Figuren nicht als ein Wafer gezeigt) aufge wachsen. Der Querschnitt des Wafers nach dem epitaxialen Wachstum ist in Fig. 6(a) gezeigt. Als nächstes wird ein SiN-Film auf der Oberfläche der Kontaktschicht 5 ausgebil det und dieser SiN-Film wird gemustert, um den streifenför migen SiN-Film 11 auszubilden, welcher sich in der Laserre sonatorlängsrichtung ausdehnt, aber keinen Punkt erreicht, an welchem sich die Laserresonatorfläche 20 befinden wird, wie es in Fig. 6(b) gezeigt ist. Der Abstand zwischen dem Ende des SiN-Films 11 und dem Punkt, an dem sich die Laser resonatorfläche 20 des Halbleiterlasers befinden wird, be trägt ungefähr 20 µm und die Breite des streifenförmigen SiN-Films 11, das heißt, die Länge in der Richtung, die senkrecht zu der Laserresonatorlängsrichtung verläuft, be trägt 1.5 bis 5.0 µm.

Als nächstes wird, wie es in Fig. 6(c) dargestellt ist, der Si-Film 22 so ausgebildet, daß er den Si-Film 11 und die Kontaktschicht 5 bedeckt und dann wird, wie es in Fig. 6(d) dargestellt ist, der Wafer bei einer hohen Temperatur von 900°C oder darüber geglüht, so daß das Si aus dem Si- Film 22 durch die Kontaktschicht 5 diffundiert und das In nere der unteren Beschichtungslage 2 erreicht, wodurch der Si-Diffusionsbereich 15 ausgebildet wird. Während dieses Diffusionsverfahrens sollte die Si-Konzentration in der ak tiven Schicht 3 innerhalb des Si-Diffusionsbereichs 15 un gefähr 3 × 10¹⁸ cm-³ betragen. Das Si diffundiert in keinen Bereich unter dem SiN-Film 11, da der SiN-Film 11 zwischen dem Si-Film 22 und der Kontaktschicht 5 angeordnet ist. Aufgrund dieser Si-Diffusion aufgrund des Glühens wird ein Teil der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur, welche sich in dem Si-Diffusionsbereich 15 befindet, fehlgeordnet.

Der Teil der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur, welcher fehlgeordnet ist und sich in der Nähe der Laserre sonatorfläche 20 befindet, wird der Fensterstrukturbereich 3b, welcher als eine Fensterstruktur dient. Der Teil der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur, welcher nicht fehlgeordnet ist, wird der aktive Bereich 3a.

Als nächstes werden der Si-Film 22 und der SiN-Film 11 durch ein Naßätzen unter bevorzugter Verwendung eines Ätz mittels auf HCl-Basis entfernt. Dann wird die Oberfläche der Kontaktschicht 5 mit einem Resist bedeckt und dieses Resist wird bevorzugt durch ein Photolithographieverfahren gemustert, um das streifenförmige Resist 14 auszubilden, das die gleichen Abmessungen wie jene des SiN-Films 11 auf weist und sich auf dem Bereich, auf dem der SiN-Film 11 an geordnet war, in der Laserresonatorlängsrichtung ausdehnt, wie es in Fig. 6(e) gezeigt ist. Dann wird unter Verwendung dieses Resists 14 als eine Maske eine Protonenimplantation von der Oberfläche der Kontaktschicht 5 bis zu einer Tiefe durchgeführt, die das Innere der oberen Beschichtungslage 4 erreicht, aber nicht die aktive Schicht 3 erreicht, wodurch der Bereich 8 ausgebildet wird, welcher innerhalb sowohl der Kontaktschicht 5 als auch der oberen Beschichtungslage 4 mit Protonen implantiert ist. Dieser Bereich wird ein Be reich eines hohen Widerstands und dient als eine Strom sperrschicht.

Schließlich wird das Resist 14 entfernt und die p-sei tige Elektrode 10 wird auf der Kontaktschicht 5 ausgebildet und die n-seitige Elektrode 9 wird auf der Seite des Substrats 1 ausgebildet. Dann wird der Wafer getrennt und die Laserresonatorfläche 20 wird ausgebildet, wodurch der Halbleiterlaser erzielt wird, der die Fensterstruktur auf weist, wie er in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigt ist.

Die Funktionsweise des Halbleiterlasers im Stand der Technik wird beschrieben. Wenn eine Spannung so an den Halbleiterlaser angelegt wird, daß die p-seitige Elektrode 10 plus wird und die n-seitige Elektrode 9 minus wird, wer den durch die Kontaktschicht 5 des p-Typs und die obere Be schichtungslage 4 des p-Typs Löcher in die aktive Schicht 3 der Quantumwellstruktur injiziert, während Elektronen durch das Halbleitersubstrat 1 des n-Typs und die untere AlGaAs- Beschichtungslage 2 des n-Typs in die aktive Schicht 3 der Quantumwellstruktur injiziert werden, und die Rekombination der Elektronen und der Löcher tritt in dem aktiven Bereich 3a der aktiven Schicht 3 auf und eine induzierte Abstrah lung von Licht ergibt sich in dem aktiven Bereich 3a der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur. Wenn die Injek tionsrate von Trägern ausreichend hoch ansteigt und die Er zeugung von Licht größer als ein Kompensieren der Dämpfung entlang des Wellenleiters wird, ergibt sich eine Laseros zillation. Da der Bereich 8, welcher mit Protonen implan tiert ist, aufgrund der Protonenimplantation einen hohen Widerstand aufweisen wird, fließt kein Strom durch Teile der Kontaktschicht 5 des p-Typs und der oberen Beschich tungslage 4 des p-Typs, welche sich in dem protonenimplan tierten Bereich 8 befinden, sondern lediglich in einem Be reich, welcher nicht mit Protonen implantiert ist.

Die Fensterstruktur wird beschrieben. Die maximale op tische Ausgabe eines AlGaAs-Reihenhalbleiterlasers, welcher ein Laserlicht einer Wellenlänge eines Bandes von 0.8 µm erzeugt und im allgemeinen als eine Lichtquelle für Vor richtungen mit einer optischen Scheibe, wie zum Beispiel einem Kompaktdisk- bzw. CD-Player, verwendet wird, wird durch die optische Ausgabe bestimmt, bei welcher eine Flä chenbeschädigung auftritt. Die Flächenbeschädigung ist eine Erscheinung, daß Kristalle, die den Halbleiterlaser bilden, durch die Wärme schmelzen, die durch die Laserlichtabsorp tion von Oberflächenniveaus in dem Flächenbereich erzeugt wird, und der Resonator kann nicht länger funktionsfähig sein. Um die Funktionsweise einer hohen optischen Ausgabe zu verwirklichen, ist es deshalb notwendig, sich eine Ein richtung auszudenken, die die Flächenbeschädigung für höhe re optische Ausgaben vermeidet. Um dies zu erreichen, ist es bemerkenswert wirkungsvoll, eine Struktur in einem Flä chenbereich einer aktiven Schicht zu haben, welche die Ab sorption des Laserlichts erschwert, das heißt, eine Fen sterstruktur, welche gegenüber dem Laserlicht "transparent" ist. Diese Fensterstruktur kann durch ein Ausbilden einer Struktur in der Nähe der Laserresonatorfläche erzielt wer den, deren Bandlückenenergie größer als die des aktiven Be reichs der aktiven Schicht ist, welcher das Laserlicht ab strahlt. Bei dem in den Fig. 5(a) und 5(b) gezeigten Halbleiterlaser im Stand der Technik wird die Fensterstruk tur, wie zum Beispiel die, die vorhergehend beschrieben worden ist, da die aktive Schicht 3 eine Quantumwellstruk tur aufweist, unter Verwendung der Fehlordnung der Quantum wellstruktur 3 aufgrund der Si-Diffusion ausgebildet, die ein Wärmebehandlungsverfahren beinhaltet. Die Fig. 7(a) und 7(b) zeigen Ansichten, die Profile des Zusammensetz ungsverhältnisses von Aluminium in der Nähe der aktiven Schicht 3 zur Beschreibung der Fehlordnung der Quantumwell struktur darstellen. Fig. 7(a) stellt das Profil des Zusam mensetzungsverhältnisses von Aluminium der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur vor der Fehlordnung dar und Fig. 7(b) stellt das Profil des Zusammensetzungsverhältnisses von Aluminium der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur nach der Fehlordnung dar.

In den Fig. 7(a) und 7(b) dienen die gleichen Be zugszeichen, die in den Fig. 5(a) und 5(b) verwendet worden sind, dazu, die gleichen oder ähnliche Teile zu be zeichnen, wobei die Bezugszeichen 30, 31 und 32 eine Sen kenschicht, eine Sperrschicht bzw. eine Lichtleiterschicht der aktiven Schicht 3 bezeichnen. Ebenso stellt in den Figuren die Ordinate das Zusammensetzungsverhältnis von Alu minium dar und die Abszisse stellt die Stelle der unteren Beschichtungslage 2, der aktiven Schicht 3 und der oberen Beschichtungslage 4 in der Richtung eines Kristallwachstums dar, Al2 stellt das Zusammensetzungsverhältnis von Alumi nium der Senkenschicht 30 dar, Al1 stellt das Zusammensetz ungsverhältnis der Sperrschicht 31 und der Lichtleiter schicht 32 dar und Al3 stellt das Zusammensetzungsverhält nis von Aluminium der aktiven Schicht 3 nach der Fehlord nung dar. Wenn Störstellen, wie zum Beispiel Zink (Zn) oder Silizium (Si) in die aktive Schicht 3 der Quantumwellstruk tur diffundiert werden, wie sie in Fig. 7(a) gezeigt ist, wird diese Diffusion von dem Mischen von Atomen, die die Senkenschicht 30 und die Sperrschicht 31 bilden, begleitet, und das Zusammensetzungsverhältnis von Aluminium des Be reichs, der mit den Störstellen diffundiert wird, wird, wie es in Fig. 7(b) gezeigt ist, Al3, welches zwischen Al1 und Al2 liegt, und die aktive Schicht 3 der Quantumwellstruktur wird fehlgeordnet. Das heißt, das Zusammensetzungsverhält nis von Aluminium der fehlgeordneten aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur wird Al3, welches weitestgehend gleich Al1, dem Zusammensetzungsverhältnis von Aluminium der Sperrschicht 31 und der Lichtleiterschicht 32, ist, und die effektive Bandlückenenergie der aktiven Schicht 3 wird wei testgehend gleich der der Sperrschicht 31 und der Lichtlei terschicht 32. Da die effektive Bandlückenenergie der akti ven Schicht 3 der Quantumwellstruktur, welche durch die Si- Diffusion fehlgeordnet ist, größer als die der aktiven Schicht 3 wird, welche nicht fehlgeordnet ist, und der ak tive Bereich 3a wird, wird deshalb der fehlgeordnete Teil der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur "transparent" gegenüber dem Laserlicht und dient als die Fensterstruktur und der Bereich der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruk tur in der Nähe der Laserresonatorfläche 20 wird der Fen sterstrukturbereich 3b.

Wie es vorhergehend beschrieben worden ist, wird der Fensterstrukturbereich 3b bei dem Halbleiterlaser im Stand der Technik, der die Fensterstruktur aufweist, durch ein Fehlordnen des Teils der aktiven Schicht 3 der Quantumwell struktur in der Nähe der Laserresonatorfläche 20 durch das Diffundieren von Störstellen, wie zum Beispiel Si, ausge bildet. Jedoch ist es bei dem Verfahren eines Diffundierens von Si notwendig, das Glühen bei einer hohen Temperatur von 900°C und darüber für mehrere Stunden durchzuführen. Zum Beispiel ergibt das Glühen, das bei einer Temperatur von 900°C oder darüber für zehn Stunden oder mehr durchgeführt wird, eine Diffusionstiefe von 1.5 µm oder mehr.

Wenn das Glühen, wie zum Beispiel das, das zuvor be schrieben worden ist, durchgeführt wird, diffundieren je doch thermisch Bestandteile, wie zum Beispiel Aluminium (Al) oder Gallium (Ga), in den Bereich der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur ausgenommen des Bereichs, der durch die Si-Diffusion fehlzuordnen ist, das heißt, in den aktiven Bereich 3a der aktiven Schicht 3 der Quantumwell struktur, und die Steilheit von Schnittstellen zwischen der Senkenschicht 30 und der Sperrschicht 31 oder der Lichtlei terschicht 32, welche die aktive Schicht 3 der Quantumwell struktur bilden, wird beschädigt. Als Ergebnis wird der Quanteneffekt beschädigt und hervorragende Vorrichtungscha rakteristiken eines Halbleiterlasers, der die aktive Schicht der Quantumwellstruktur aufweist, werden beträcht lich verschlechert.

Des weiteren diffundieren während der Diffusion von Störstellen, wie zum Beispiel Si, ein Dotierstoff des n- Typs der unteren Beschichtungslage 2 und ein Dotierstoff des p-Typs der oberen Beschichtungslage 4 ebenso und die Schnittstellen zwischen der aktiven Schicht 3 und der unte ren Beschichtungslage 2 und zwischen der aktiven Schicht 3 und der oberen Beschichtungslage 4 werden durch diese Do tierstoffdiffusion gemischt, wodurch die Steilheit beschä digt wird oder die aktive Schicht 3 zusammen mit der der Dotierstoffdiffusion fehlgeordnet wird, was die Verschlech terung von Lasercharakteristiken ergibt.

Des weiteren diffundiert der Dotierstoff des n-Typs der unteren Beschichtungslage 2 bis zu der oberen Beschich tungslage 4 oder der Dotierstoff des p-Typs der oberen Be schichtungslage 4 diffundiert bis zu der unteren Beschich tungslage 2, was die Ausbildung eines pn-Übergangs an einer von der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur entfern ten Stelle in der oberen Beschichtungslage 4 oder der unte ren Beschichtungslage 2 ergibt, welcher als ein Fernüber gang bezeichnet wird, und dieser verschlechtert Lasercharak teristiken. Insbesondere weist Zink (Zn), welches oft als ein Dotierstoff des p-Typs verwendet wird, einen hohen Dif fusionskoeffizienten in GaAs oder AlGaAs auf und diffun diert leicht unter einem Wärmebehandlungszustand von mehre ren Stunden, wie er zuvor beschrieben worden ist, und der Fernübergang tritt leicht auf.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers, bei wel chem eine Fensterstruktur ohne ein Diffundieren von Dotier stoffstörstellen bei einer hohen Temperatur ausgebildet werden kann, und einen durch das Herstellungsverfahren her gestellten Halbleiterlaser zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im An spruch 1, 2 und Anspruch 9 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers die folgenden Schritte auf: Vorbereiten eines GaAs-Substrats eines ersten Leitfähigkeitstyps, das eine vordere und eine hintere Oberfläche aufweist; aufeinanderfolgendes epitaxia les Aufwachsen einer unteren Al_xGa_1-xAs-Beschichtungslage (0 < x < 1) des ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht einer Quantumwellstruktur, die eine Mehrzahl von Al_zGa_1-zAs-Sperrschichten (0 < z < x) und eine einzige oder eine Mehrzahl von Al_yGa_1-yAs-Senkenschichten (0 < y < z) aufweist, wobei zwei der Sperrschichten, welche die äußer sten Schichten der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur werden, als eine Lichtleiterschicht dienen, einer oberen Al_rGa_1-rAs-Beschichtungslage (z < r <1) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer GaAs-Kontaktschicht des zwei ten Leitfähigkeitstyps auf die vordere Oberfläche des Substrats; Diffundieren von In in der Nähe eines Bereichs der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur, welcher eine Laserresonatorfläche wird, durch eine Wärmebehandlung, wo durch dieser Bereich der aktiven Schicht der Quantumwell struktur fehlgeordnet wird; und Ausbilden einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode auf der hinteren Oberfläche des Substrats bzw. der Oberfläche der Kontakt schicht. Deshalb kann die aktive Schicht in der Nähe der Laserresonatorfläche durch ein Diffundieren von In bei ei ner Temperatur, die so niedrig wie 600°C ist, fehlgeordnet werden und eine Fensterstruktur kann ohne ein Diffundieren von Dotierstoffstörstellen bei einer hohen Temperatur aus gebildet werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers die folgenden Schritte auf: Vorbereiten eines GaAs-Substrats eines ersten Leitfähigkeitstyps, das eine vordere und eine hintere Oberfläche aufweist; aufeinanderfolgendes epitaxia les Aufwachsen einer unteren Al_xGa_1-xAs-Beschichtungslage (0 < x < 1) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht einer Quantumwellstruktur, die eine Mehrzahl von Al_zGa_1-zAs-Sperrschichten (0 < z < x) und eine einzige oder eine Mehrzahl von Al_yGa_1-yAs-Senkenschichten (0 < y < z) aufweist, wobei zwei der Sperrschichten, welche die äußer sten Schichten der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur werden, als eine Lichtleiterschicht dienen, einer oberen Al-Ga_1-rAs-Beschichtungslage (z < r < 1) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer GaAs-Kontaktschicht des zwei ten Leitfähigkeitstyps auf die vordere Oberfläche des Substrats; Ausbilden eines In-Diffusionsblockierfilms, der sich in der Richtung ausdehnt, welche die Laserresonator längsrichtung wird, der eine Länge aufweist, die die Nähe eines Bereichs nicht erreicht, welcher eine Laserresonator fläche wird, der eine Streifenform aufweist, die eine vor geschriebene Breite aufweist, und der ein Material auf weist, welches die Diffusion von In auf der Oberfläche der Kontaktschicht abblockt, und dann Ausbilden eines In-Diffu sionsquellenfilms, welcher eine Diffusionsquelle von In wird, auf dem In-Diffusionsblockierfilm und der Kontakt schicht; Diffundieren von In von dem In-Diffusionsquellen film bis zu einer Tiefe, die das Innere der unteren Be schichtungslage erreicht, durch eine Wärmebehandlung, wo durch ein Teil der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur, welcher sich in dem Bereich befindet, der mit dem In dif fundiert wird, fehlgeordnet wird; Entfernen des In-Diffu sionsquellenfilms und des In-Diffusionsblockierfilms; Aus bilden eines Resistfilms auf einem Bereich der Kontakt schicht ausgenommen des Bereichs, welcher mit dem In dif fundiert ist, und dann Implantieren von Protonen von der Oberfläche der Kontaktschicht bis zu einer Tiefe, die das Innere der oberen Beschichtungslage erreicht, aber nicht die aktive Schicht der Quantumwellstruktur erreicht, unter Verwendung dieses Resistfilms als eine Maske; Entfernen des Resistfilms; und Ausbilden einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode auf der hinteren Oberfläche des Substrats bzw. auf der Oberfläche der Kontaktschicht. Deshalb kann die aktive Schicht in der Nähe dieser Resonatorfläche durch ein Diffundieren von In bei einer Temperatur, die so nied rig wie 600°C ist, fehlgeordnet werden und eine Fenster struktur kann ohne ein Diffundieren von Dotierstoffstör stellen bei einer hohen Temperatur ausgebildet werden.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch ge kennzeichnet, daß der In-Diffusionsblockierfilm SiN auf weist. Deshalb kann eine Fensterstruktur ohne ein Diffun dieren von Dotierstoffstörstellen bei einer hohen Tempera tur ausgebildet werden.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch ge kennzeichnet, daß der In-Diffusionsblockierfilm SiO₂ auf weist. Deshalb kann eine Fensterstruktur ohne ein Diffun dieren von Dotierstoffstörstellen bei einer hohen Tempera tur ausgebildet werden.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch ge kennzeichnet, daß der In-Diffusionsquellenfilm In aufweist. Deshalb kann eine Fensterstruktur ohne ein Diffundieren von Dotierstoffstörstellen bei einer hohen Temperatur ausgebil det werden.

Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch ge kennzeichnet, daß der In-Diffusionsquellenfilm In₂O₃ auf weist. Deshalb kann die unebene Verteilung des diffundier ten In auf einer Ebene, die parallel zu der Oberfläche der Kontaktschicht verläuft, beseitigt werden und der Teil der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur in dem Diffusions bereich kann gleichmäßig fehlgeordnet werden, wodurch sich eine Fensterstruktur einer gleichmäßigen Qualität ergibt.

Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch ge kennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist: Aus bilden eines SiO₂-Films auf dem In-Diffusionsquellenfilm nach dem Ausbilden des In-Diffusionsquellenfilms; und Ent fernen des SiO₂-Films nach dem Fehlordnen der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur. Deshalb kann das Ausfallen des As von der Oberfläche der Kontaktschicht während der In-Diffusion verhindert werden.

Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dadurch ge kennzeichnet, daß: das Substrat des ersten Leitfähig keitstyps GaAs des n-Typs aufweist; die untere Beschich tungslage des ersten Leitfähigkeitstyps Al_xGa_1-xAs (x = 0.5) des n-Typs aufweist; die aktive Schicht der Quan tumwellstruktur eine fünfschichtige Struktur aufweist, die drei Al_zGa_1-zAs-Sperrschichten (z = 0.2 bis 0.35) und zwei Al_yGa_1-yAs-Senkenschichten (y = 0.05 bis 0.15) aufweist, wobei die Sperrschichten und die Senkenschichten abwech selnd geschichtet sind; die obere Beschichtungslage des zweiten Leitfähigkeitstyps Al_rGa_1-rAs (r = 0.5) des p-Typs aufweist; und die Kontaktschicht des zweiten Leitfähig keitstyps GaAs des p-Typs aufweist. Deshalb kann die aktive Schicht in der Nähe der Laserresonatorfläche durch ein Dif fundieren von In bei einer Temperatur, die so niedrig wie 600°C ist, fehlgeordnet werden und eine Fensterstruktur kann ohne ein Diffundieren von Dotierstoffstörstellen bei einer hohen Temperatur ausgebildet werden.

Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Halbleiterlaser auf: ein GaAs-Substrat eines er sten Leitfähigkeitstyps, das eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche aufweist; eine untere Al_xGa_1-xAs- Beschichtungslage (0 < x < 1) des ersten Leitfähigkeits typs, die auf der vorderen Oberfläche des Substrats ange ordnet ist; eine aktive Schicht einer Quantumwellstruktur, die auf der unteren Beschichtungslage angeordnet ist, die eine Mehrzahl von Al_zGa_1-zAs-Sperrschichten (0 < z < x) und eine einzige oder eine Mehrzahl von Al_yGa_1-yAs-Senken schichten (0 < y < z) aufweist, wobei zwei der Sperrschich ten, welche die äußersten Schichten der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur werden, als eine Lichtleiterschicht dienen, und die einen Bereich aufweist, der durch die Dif fusion von Indium (In) aufgrund einer Wärmebehandlung in der Nähe der Laserresonatorfläche fehlgeordnet ist; eine obere Al_rGa_1-rAs-Beschichtungslage (z < r < 1) eines zwei ten Leitfähigkeitstyps, die auf der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur angeordnet ist; eine GaAs-Kontakt schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps die auf der oberen Beschichtungslage angeordnet ist; eine erste Elektrode, die auf der hinteren Oberfläche des Substrats angeordnet ist; und eine zweite Elektrode, die auf der Kontaktschicht ange ordnet ist. Deshalb kann die aktive Schicht in der Nähe ei ner Laserresonatorfläche durch ein Diffundieren von In bei einer Temperatur, die so niedrig wie 600°C ist, fehlgeord net werden und eine Fensterstruktur kann ohne ein Diffun dieren von Dotierstoffstörstellen bei einer hohen Tempera tur ausgebildet werden.

Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Halbleiterlaser gemäß dem neunten Aspekt der vor liegenden. Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur ausgenommen der Nähe der Laserresonatorfläche und ausgenommen des streifen förmigen aktiven Bereichs, der sich in der Laserresonator längsrichtung ausdehnt und der eine vorgeschriebene Breite aufweist, durch die Diffusion von In aufgrund einer Wärme behandlung fehlgeordnet ist; und Bereiche eines oberen Teils der oberen Beschichtungslage und der Kontaktschicht ausgenommen der Bereiche, welche sich oberhalb des aktiven Bereichs befinden, mit Protonen implantiert sind und zu ei nem Bereich eines hohen Widerstands gewandelt sind. Deshalb kann die aktive Schicht in der Nähe der Laserresonatorflä che durch ein Diffundieren von In bei einer Temperatur, die so niedrig wie 600°C ist, fehlgeordnet werden und eine Fen sterstruktur kann ohne ein Diffundieren von Dotier stoffstörstellen bei einer hohen Temperatur ausgebildet werden.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1(a) eine einen Halbleiterlaser gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung darstellende perspek tivische Ansicht;

Fig. 1(b) eine entlang der Linie I-I in Fig. 1(a) genommene Querschnittsansicht des glei chen Halbleiterlasers;

Fig. 2(a) bis 2(e) ein Herstellungsverfahren des Halblei terlasers gemäß dem ersten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung zeigende Verfahrensdarstellungen;

Fig. 3 eine das Hauptverfahren eines Herstel lungsverfahrens eines Halbleiterlasers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellende Querschnittsansicht;

Fig. 4 eine das Hauptverfahren eines Herstel lungsverfahren eines Halbleiterlasers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellende Querschnittsansicht;

Fig. 5(a) eine einen Halbleiterlaser im Stand der Technik darstellende perspektivische Ansicht;

Fig. 5(b) eine entlang der Linie V-V in Fig. 5(a) genommene Querschnittsansicht des glei chen Halbleiterlasers;

Fig. 6(a) bis 6(e) ein Herstellungsverfahren des Halblei terlasers im Stand der Technik zeigende Verfahrensdarstellungen;

Fig. 7(a) bis 7(b) das Aluminiumprofil des Wafers darstel lende Ansichten zum Beschreiben der Fehlordnung der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur des Halbleiterla sers im Stand der Technik; und

Fig. 8 einen eine Beziehung zwischen der Dif fusionstiefe von In und den Diffusions stunden darstellenden Graph zum Be schreiben des In-Diffusionsverfahrens bei dem Herstellungsverfahren des Halb leiterlasers gemäß dem ersten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung.

Es folgt die Beschreibung von bevorzugten Ausführungs beispielen der vorliegenden Erfindung.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines ersten be vorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 1(a) zeigt eine perspektivische Ansicht eines Halbleiterlasers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und Fig. 1(b) zeigt eine Quer schnittsansicht des gleichen Halbleiterlasers, die entlang der Linie I-I in Fig. 1(a) genommen ist, das heißt, die Querschnittsansicht in der Laserresonatorlängsrichtung. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein GaAs-Halb leitersubstrat eines n-Typs. Eine untere Al_xGa_1-xAs-Be schichtungslage 2 des n-Typs einer Dicke von 1.5 bis 2.0 µm und eines Zusammensetzungsverhältnisses von Aluminium von x = 0.5 wird auf dem Substrat 1 angeordnet. Das Bezugszei chen 3 bezeichnet eine aktive Schicht einer Quantumwell struktur, welche eine fünfschichtige Struktur, die drei Al_yGa_1-yAs-Senkenschichten einer Dicke von ungefähr 10 nm und eines Zusammensetzungsverhältnisses von Aluminium von y = 0.05 bis 0.15 und zwei Al_zGa_1-zAs-Sperrschichten einer Dicke von ungefähr 10 nm und eines Zusammensetzungsverhält nisses von Aluminium von z = 0.2 bis 0.35 aufweist, wobei die Senkenschichten und die Sperrschichten abwechselnd ge schichtet sind, und zwei Lichtleiterschichten einer Dicke von ungefähr 35 nm und von der gleichen Zusammensetzung wie die der Sperrschicht aufweist, wobei die eine auf der ober sten Senkenschicht bzw. die andere unter der untersten Schicht der fünfschichtigen Struktur angeordnet ist. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine obere Al_rGa_1-rAs-Beschich tungslage eines p-Typs einer Dicke von 1.5 bis 2.0 µm und eines Zusammensetzungsverhältnisses von Aluminium r = 0.5, das Bezugszeichen 5 bezeichnet eine GaAs-Kontaktschicht des p-Typs einer Dicke von 0.5 bis 1.0 µm, das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Protonenimplantationsbereich, das Bezugs zeichen 9 bezeichnet eine n-seitige Elektrode, das Bezugs zeichen 10 bezeichnet eine p-seitige Elektrode, das Bezugs zeichen 6 bezeichnet einen Indium- bzw. In-Diffusionsbe reich, das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Laserresonator fläche, das Bezugszeichen 3a bezeichnet einen aktiven Be reich der aktiven Schicht 3, welcher zu der Laserlichtab strahlung beiträgt, und das Bezugszeichen 3b bezeichnet ei nen Fensterstrukturbereich, der in der Nähe der Laserreso natorfläche 20 der aktiven Schicht 3 ausgebildet ist. Die Abmessungen dieser Halbleiterlaservorrichtung betragen 300 bis 600 µm in der Länge in der Resonatorlängsrichtung und ungefähr 300 µm in der Breite.

Die Fig. 2(a) bis 2(e) zeigen Verfahrensdarstellun gen, die ein Herstellungsverfahren des Halbleiterlasers ge mäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung zeigen. In den Figuren dienen die gleichen Bezugszei chen, die in den Fig. 1(a) und 1(b) verwendet worden sind, dazu, die gleichen oder ähnliche Teile zu bezeichnen. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet einen SiN-Film, das Bezugs zeichen 14 bezeichnet ein Photoresist bzw. einen Photolack, das Bezugszeichen 12 bezeichnet einen In-Film und das Be zugszeichen 23 bezeichnet eine Protonenimplantation.

Das Herstellungsverfahren wird beschrieben. Zuerst wer den die untere Al_xGa_1-xAs-Beschichtungslage 2 des n-Typs, die aktive Schicht 3 der Quantumwellstruktur, die obere Al_r-Ga_1-rAs-Beschichtungslage 4 des p-Typs und die GaAs-Kon taktschicht 5 des p-Typs in dieser Reihenfolge epitaxial auf das GaAs-Halbleitersubstrat 1 des n-Typs, welches sich in einem Waferzustand befindet (in den Figuren nicht als ein Wafer gezeigt), aufgewachsen. Für dieses epitaxiale Wachstum sind eine metall-organische chemische Gasphasenab scheidung (MOCVD) oder eine Molekularstrahlepitaxie (MBE) geeignet, von denen beide eine hervorragende Steuerbarkeit der Schichtdicke aufweisen. Der Querschnitt des Wafers nach dem epitaxialen Wachstum ist in Fig. 2(a) gezeigt.

Als nächstes wird die Oberfläche der Kontaktschicht 5 des p-Typs mit einem SiN-Film bedeckt und unter Verwendung eines Photolithographieverfahrens und eines Ätzverfahrens wird der streifenförmige SiN-Film 11, der sich in der La serresonatorlängsrichtung ausdehnt, aber keinen Punkt er reicht, welcher eine Laserresonatorfläche 20 wird, ausge bildet, wie es in Fig. 2(b) gezeigt ist. Dieser SiN-Film 11 kann zum Beispiel durch eine Plasma-CVD bzw. -Gasphasenab scheidung ausgebildet werden. Eine Dicke von 30 bis 200 nm ist für den SiN-Film 11 zweckmäßig und die Breite dieses Streifens beträgt 1.5 bis 5.0 µm.

Als nächstes wird der In-Film 12 auf den Oberflächen des SiN-Films 11 und der Kontaktschicht 5 ausgebildet. Als ein Verfahren zum Ausbilden des Films kann eine Elektronen strahlverdampfung, Zerstäubung oder dergleichen verwendet werden. Eine Breite von 10 bis 200 nm für den In-Film 12 ist zweckmäßig. Der Querschnitt des Wafers nach der Ausbil dung des In-Films 12 ist in Fig. 2(c) gezeigt.

Nachdem der In-Film 12 ausgebildet worden ist, wird der Wafer für eine Wärmebehandlung in einer Glühkammer angeord net. Da In bei einer Temperatur von 600°C oder darüber in eine Halbleiterschicht diffundiert, diffundiert das In von der Oberfläche der Kontaktschicht 5 auch bei dieser Tempe ratur in das Innere der unteren Beschichtungslage 2 und der In-Diffusionsbereich 6 wird ausgebildet, wie es in Fig. 2(d) gezeigt ist. Während der Wärmebehandlung wird durch die Diffusion von In aufgrund der Wärmebehandlung in einem Teil der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur, welche sich in dem In-Diffusionsbereich 6 befindet, die Quantum wellstruktur fehlgeordnet und die effektive Bandlückenener gie in dem fehlgeordneten Bereich der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur wird größer als die des Bereichs, wel cher nicht fehlgeordnet ist. Aus diesem Grund wird der Be reich des fehlgeordneten Bereichs in der Nähe der Laserre sonatorfläche die Fensterstruktur 3b, welche als ein "Fenster" gegenüber einem Laserlicht dient, das in dem Be reich der aktiven Schicht 3 erzeugt wird, welcher nicht fehlgeordnet ist, das heißt, dem aktiven Bereich 3a.

Die Diffusionstiefe von In kann durch die Glühstunden genau gesteuert werden und die Beziehung zwischen den Dif fusionsstunden und der Diffusionstiefe für eine In-Diffu sion in GaAs ist als ein Beispiel in Fig. 8 gezeigt. In Fig. 8 stellt die Ordinate die Diffusionstiefe (Einheit: µm) dar und die Abszisse stellt die Quadratwurzel der Diffu sionsstunden dar. Da In nicht durch den SiN-Film 11 diffun diert, diffundiert das In nicht unter den streifenförmigen SiN-Film 11. In diesem Ausführungsbeispiel ist es bevor zugt, daß In diffundiert, bis die Diffusionskonzentration von In in der aktiven Schicht 3 5 × 10¹⁸ cm^-3 wird. Anstel le des SiN-Films 11 kann ein Film verwendet werden, der ein Material aufweist, welches eine Diffusion von In verhin dert, wie zum Beispiel SiO₂.

Nachdem das In diffundiert worden ist, werden der In- Film 12 und der SiN-Film 11 durch ein Naßätzen unter bevor zugter Verwendung eines Ätzmittels auf HCl-Basis entfernt. Als nächstes wird die Oberfläche der Kontaktschicht 5 mit einem Resistfilm bedeckt und dann wird unter Verwendung ei nes Photolithographieverfahrens das streifenförmige Resist 14, das die gleichen Abmessungen wie jene des SiN-Films 11 aufweist und sich in der Laserresonatorlängsrichtung aus dehnt, ausgebildet, wo der SiN-Film 11 ausgebildet war, wie es in Fig. 2(e) gezeigt ist. Dann wird unter Verwendung dieses Resists 14 als eine Maske eine Protonenimplantation 23 von der Oberfläche der Kontaktschicht 5 bis zu einer Tiefe durchgeführt, die das Innere der oberen Beschich tungslage 4 erreicht, aber die aktive Schicht 3 nicht er reicht, bis die Konzentration ungefähr 4 × 10¹⁹ cm^-3 wird. Als Ergebnis wird der Protonenimplantationsbereich 8, der Teile der Kontaktschicht 5 und den oberen Abschnitt der oberen Beschichtungslage 4 ausgenommen des Unterbereichs des Resists 14 aufweist, welche mit Protonen implantiert sind, ausgebildet. Dieser Protonenimplantationsbereich 8 wird ein Bereich eines hohen Widerstands und dient als eine Stromsperrschicht.

Schließlich wird die p-seitige Elektrode 10 auf der Seite der Kontaktschicht 5 ausgebildet und die n-seitige Elektrode 9 wird auf der Seite des GaAs-Substrats 1 ausge bildet. Dann wird der Wafer getrennt und ein Paar von La serresonatorflächen 20 wird ausgebildet, wodurch sich der Halbleiterlaser ergibt.

Bei dem Halbleiterlaser gemäß dem ersten Ausführungs beispiel wird, da ein Teil der aktiven Schicht 3, welcher sich in dem In-Diffusionsbereich 6 befindet, aufgrund der Diffusion von In durch eine Wärmebehandlung fehlgeordnet wird, die Bandlückenenergie dieses Bereichs der aktiven Schicht 3, welcher durch die Diffusion von In fehlgeordnet ist, größer als die des Bereichs, welcher nicht fehlgeord net ist, das heißt, des aktiven Bereichs 3a, wie er im Stand der Technik beschrieben worden ist. Deshalb wird ein Teil dieses fehlgeordneten Bereichs in der Nähe der Laser resonatorfläche 20 der Fensterstrukturbereich 3b, welcher das Laserlicht nicht absorbiert. Da des weiteren die Berei che der aktiven Schicht 3, welche sich in der Nähe des ak tiven Bereichs 3a in der Richtung befinden, die senkrecht zu der Laserresonatorlängsrichtung verläuft, ebenso fehlge ordnet sind, ergibt sich eine Brechungsindexverteilung in der aktiven Schicht 3 in der Richtung, die senkrecht zu der Laserresonatorlängsrichtung verläuft, und das Laserlicht wird in den aktiven Bereich 3a eingeschränkt und in der La serresonatorlängsrichtung geführt.

In dem ersten Ausführungsbeispiel wird die aktive Schicht 3 der Quantumwellstruktur durch die Diffusion von In fehlgeordnet, welche aufgrund des Glühens auftritt, um eine Fensterstruktur auszubilden. Da In bei einer Glühtem peratur diffundiert, welche um 200°C oder mehr niedriger als die für eine Si-Diffusion ist, kann eine Verschlechte rung einer Steilheit der Schnittstellen zwischen der Sen kenschicht und der Sperrschicht oder der Lichtleiterschicht in dem aktiven Bereich 3a der aktiven Schicht 3 der Quan tumwellstruktur im Gegensatz zu dem Halbleiterlaser im Stand der Technik verhindert werden.

Da die Diffusion bei einer niedrigeren Glühtemperatur durchgeführt werden kann und folglich die Diffusion des Do tierstoffs des n-Typs und des Dotierstoffs des p-Typs, wel che in der unteren Beschichtungslage 2 des n-Typs bzw. in der oberen Beschichtungslage 4 des p-Typs beinhaltet sind, unterdrückt werden kann, kann auf eine ähnliche Weise die Verschlechterung einer Steilheit der Schnittstellen zwi schen der aktiven Schicht 3 und sowohl der unteren Be schichtungslage 2 des n-Typs als auch der oberen Beschich tungslage 4 des p-Typs aufgrund der Diffusion der Dotier stoffe in den aktiven Bereich 3a der aktiven Schicht 3, die Fehlordnung des aktiven Bereichs 3a der aktiven Schicht 3 und das Auftreten eines Fernübergangs, in welchem ein Do tierstoff der oberen Beschichtungslage oder der unteren Be schichtungslage in die andere Beschichtungslage diffun diert, was alles bei dem Halbleiterlaser im Stand der Tech nik auftritt, vermieden werden und die Verschlechterung von ursprünglichen Lasercharakteristiken kann verhindert wer den.

Da des weiteren bei dem Halbleiterlaser im Stand der Technik das Si, welches ein Element der Gruppe V ist, in den auf GaAs basierenden Halbleiterlaser diffundiert wird, welcher ein Halbleiterlaser der Gruppe III-V ist, wird Si zu den Störstellen, die den Leitfähigkeitstyp des Halblei terlasers beeinträchtigen und bildet einen Störstellenbe reich einer hohen Konzentration aus, erzeugt eine steile Änderung eines Leitfähigkeitstyps und es wird schwierig, den Diffusionsbereich während eines nachfolgenden Verfah rens einer Protonenimplantation zu einem Bereich eines ho hen Widerstands zu wandeln. Da jedoch In, das in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, ähnlich Ga in GaAs ein Element der Gruppe III ist, unterscheidet es sich von dem Fall, in welchem ein Dotierstoffelement, wie zum Beispiel Si, diffundiert wird, und bildet keinen Bereich einer hohen Störstellenkonzentration aus, was es gegenüber dem Fall ei ner Si-Diffusion erleichtert, den Diffusionsbereich zu ei nem Bereich eines hohen Widerstands zu wandeln.

Wie es vorhergehend beschrieben worden ist, ist es ge mäß dem ersten Ausführungsbeispiel möglich, einen Teil der aktiven Schicht 3 in der Nähe der Laserresonatorfläche 20 auch bei einer Temperatur von ungefähr 600°C fehlzuordnen und die Fensterstruktur ohne ein Durchführen einer Diffu sion von Dotierstörstellen bei einer hohen Temperatur aus zubilden, da In in einen Teil der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur in der Nähe der Laserresonatorfläche 20 durch eine Wärmebehandlung diffundiert wird und somit die Fensterstruktur ausgebildet wird. Als Ergebnis weist dieses Herstellungsverfahren einen Effekt eines Vorsehens eines hochqualitativen Halbleiterlasers auf.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines zweiten be vorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht, die senkrecht zu der Laserresonatorlängsrichtung geschnitten ist und das Hauptverfahren eines Herstellungsverfahrens eines Halblei terlasers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 19 einen In₂O₃-Film. In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der In₂O₃-Film 19 anstelle des In-Films 12 verwendet, welcher in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet worden ist, um In zu diffun dieren.

In dem ersten Ausführungsbeispiel wurde der In-Film 12, der auf der Kontaktschicht 5 ausgebildet ist, als eine Dif fusionsquelle der In-Diffusion verwendet. In diesem Fall besteht jedoch eine Möglichkeit, daß ein Aufblähen (ball-up) auftritt, welches eine Erscheinung ist, daß der In-Film 12 auf der Oberfläche während eines Erwärmens für die In- Diffusion schmilzt und sich aufgrund der Oberflächenspannung lokal anhäuft. Wenn diese Erscheinung auftritt, wird die Verteilung des In-Films 12 über der Kontaktschicht 12 un eben und da die In-Diffusion an jeder Stelle startet, an welcher der In-Film 12 schmilzt und sich verstreut, wird es schwierig, die Diffusionsstelle, die Diffusionstiefe und die Diffusionshöhe bezüglich einer Ebene, die parallel zu der Oberfläche der Kontaktschicht 5 verläuft, zu steuern. Als Ergebnis wird es unmöglich, die Fehlordnung zum Ausbil den einer Fensterstruktur in dem In-Diffusionsbereich 6 in der aktiven Schicht 3 gleichmäßig durchzuführen.

Das zweite Ausführungsbeispiel behebt diese Situation. In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Verfahren eines Ausbildens des In-Films 12 auf der Oberfläche der Kontakt schicht 5 bei dem Herstellungsverfahren eines Halbleiterla sers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2(c) gezeigt ist, durch ein Verfahren eines Ausbildens des In₂O₃-Films 19 ersetzt, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Wenn der In₂O₃-Film 19 wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel als die In-Diffusionsquelle verwendet wird, kann eine gleichmäßige Diffusion von In verwirklicht werden, da das Oxid von In thermisch stabiler ist und härter zu schmelzen als der In-Film 12 ist, und deshalb tritt die Aufbläher scheinung nicht auf.

Wie es vorhergehend gemäß dem zweiten Ausführungsbei spiel beschrieben worden ist, kann die unebene Verteilung der In-Diffusion in einem Teil der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur, welche sich in dem Diffusionsbereich auf einer Ebene befindet, die parallel zu der Oberfläche der Kontaktschicht verläuft, vermieden werden, da der In₂O₃-Film 19 anstelle des In-Films 12 auf der Kontakt schicht 5 und dem SiN-Film 11 ausgebildet wird und dieser verwendet wird, um In zu diffundieren. Der Teil der aktiven Schicht 3 der Quantumwellstruktur, welcher sich in dem Dif fusionsbereich befindet, kann gleichmäßig fehlgeordnet wer den und eine Fensterstruktur einer gleichmäßigen Qualität kann ausgebildet werden. Als Ergebnis weist dieses Herstel lungsverfahren einen Effekt eines Vorsehens eines hochqua litativen Halbleiterlasers auf.

Nachstehend erfolgt die Beschreibung eines dritten be vorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt eine Querschnittsansicht, die senkrecht zu der Laserresonatorlängsrichtung geschnitten ist und das Hauptverfahren des Herstellungsverfahrens eines Halbleiter lasers gemäß dem dritten Ausführungsbeispiels zeigt. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 13 einen SiO₂-Film.

In dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Wafer auf eine Temperatur von 600°C oder darüber erwärmt, wenn der Wafer geglüht wird, um In zu diffundieren. Wenn das GaAs- Kristall, welches ein Material der Kontaktschicht 5 ist, einer Temperatur von 600°C oder darüber ausgesetzt wird, fällt das Arsen (As) aus den Kristallen aus und die Ober fläche wird rauh. Wenn die Oberflächenrauheit, wie zum Bei spiel diese, auftritt, tritt bei einem Verfahren eines Aus bildens einer Elektrode, zum Beispiel wenn ein Resist auf der Kontaktschicht 5 angeordnet wird und es gemustert wird, eine Unebenheit auf der Resistoberfläche auf. Dies er schwert es, Licht während eines Nachbildens bzw. Kopierens zu bündeln und ein erwünschtes Muster auszubilden.

Um das Ausfallen As zu verhindern, welches während der In-Diffusion auftritt, wird in dem dritten Ausführungsbei spiel der SiO₂-Film 13, welcher das Ausfallen von As ab blocken kann, nach dem Verfahren eines Ausbildens des In- Films 12, wie es in Fig. 2(c) des ersten Ausführungsbei spiels gezeigt ist, auf dem In-Film 12 angeordnet und dann wird In in einem zu dem einen in dem ersten Ausführungsbei spiel ähnlichem Verfahren diffundiert. Da der SiO₂-Film 13 ausgebildet ist und dieser SiO₂-Film 13 als ein Blockier film für das As dient, welches ausfällt, wird durch ein Verhindern des Ausfallens des Arsens von der Oberfläche der Kontaktschicht 5 die Oberflächenrauheit der Kontaktschicht 5 beträchtlich verringert. Folglich kann bei dem nachfol genden Verfahren eines Ausbildens einer Elektrode die Elek trode einer erwünschten Form einfach ausgebildet werden. Dieser SiO₂-Film 13 kann durch Fluorwasserstoffsäure oder dergleichen nach dem In-Diffusionsverfahren einfach ent fernt werden.

Wie es vorhergehend beschrieben worden ist, kann das Ausfallen des As von der Oberfläche der Kontaktschicht 5 während des In-Diffusionsverfahrens gemäß dem dritten Aus führungsbeispiel abgeblockt werden, da die aktive Schicht 3 der Quantumwellstruktur durch die In-Diffusion fehlgeordnet wird, nachdem der SiO₂-Film 13 auf dem In-Film 12 ausgebil det worden ist, und die Oberflächenrauheit der Kontakt schicht 5 wird verhindert.

Obgleich gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel das Ver fahren eines Ausbildens des SiO₂-Films auf dem In-Film zu dem Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hinzugefügt worden ist, kann das Verfahren eines Ausbildens des SiO₂-Films auf dem In₂O₃- Film in der vorliegenden Erfindung zu dem Herstellungsver fahren eines Halbleiterlasers gemäß dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel hinzugefügt werden, um das Ausfallen des As während des In-Diffusionsverfahrens abzublocken, und ähnli che Effekte wie in dem dritten Ausführungsbeispiel können erzielt werden.

Des weiteren kann, obgleich in dem ersten, zweiten und dritten Ausführungsbeispiel ein Halbleiterlaser beschrieben wird, der eine Struktur aufweist, bei welcher Abschnitte der Kontaktschicht und der obere Teil der unteren Beschich tungslage ausgenommen der Abschnitte oberhalb des aktiven Bereichs der aktiven Schicht durch einen Protonenimplanta tion in einen Bereich eines hohen Widerstands gewandelt werden, die vorliegende Erfindung an anderen Halbleiterla sern angewendet werden, die andere Strukturen aufweisen, wie zum Beispiel einem Halbleiterlaser, der eine Stegstruk tur aufweist. In diesen Fällen können durch ein Diffundie ren von In in der Nähe der Laserresonatorfläche durch eine Wärmebehandlung und dadurch ein Fehlordnen des entsprechen den Bereichs der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur ähnliche Effekte wie in den vorhergehenden Ausführungsbei spielen erzielt werden.

Bei einem Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers, wie es in der vorhergehenden Beschreibung offenbart worden ist, werden eine untere Beschichtungslage eines n-Typs, ei ne aktive Schicht einer Quantumwellstruktur, eine obere Be schichtungslage eines p-Typs und eine Kontaktschicht des p- Typs in dieser Reihenfolge epitaxial auf ein GaAs-Substrat des n-Typs aufgewachsen und dann wird ein streifenförmiger SiN-Film, der sich in der Laserresonatorlängsrichtung aus dehnt und eine Länge aufweist, die die Nähe eines Bereichs nicht erreicht, welcher eine Laserresonatorfläche wird, auf der Kontaktschicht ausgebildet. Dann wird ein In-Film auf dem SiN-Film und der Kontaktschicht ausgebildet und dann wird eine Wärmebehandlung durchgeführt, wodurch In bis zu einer Tiefe diffundiert wird, die das Innere der unteren Beschichtungslage erreicht, und ein Teil der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur innerhalb des In-diffun dierten Bereichs fehlgeordnet wird. Deshalb kann die aktive Schicht in der Nähe der Laserresonatorfläche durch ein Dif fundieren von In bei einer Temperatur, die so niedrig wie 600°C ist, fehlgeordnet werden und eine Fensterstruktur kann ohne ein Diffundieren von Dotierstoffstörstellen bei einer hohen Temperatur ausgebildet werden.

Claims

1. Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers, das die folgenden Schritte aufweist:
Vorbereiten eines GaAs-Substrats (1) eines ersten Leit fähigkeitstyps, das eine vordere und eine hintere Ober fläche aufweist;
aufeinanderfolgendes epitaxiales Aufwachsen einer unte ren Al_xGa_1-xAs-Beschichtungslage (2) (0 < x < 1) des er sten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht (3) einer Quantumwellstruktur, die eine Mehrzahl von Al_zGa_1-zAs- Sperrschichten (0 < z < x) und eine einzige oder eine Mehrzahl von Al_yGa_1-yAs-Senkenschichten (0 < y < z) aufweist, wobei zwei der Sperrschichten, welche die äu ßersten Schichten der aktiven Schicht (3) der Quantum wellstruktur werden, als eine Lichtleiterschicht die nen, einer oberen Al_rGa_1-rAs-Beschichtungslage (4) (z < r < 1) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer GaAs-Kontaktschicht (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps auf die vordere Oberfläche des Substrats (1);
Diffundieren von In in der Nähe eines Bereichs der ak tiven Schicht (3) der Quantumwellstruktur, welcher eine Laserresonatorfläche (20) wird, durch eine Wärmebehand lung, wodurch dieser Bereich der aktiven Schicht (3) der Quantumwellstruktur fehlgeordnet wird; und
Ausbilden einer ersten Elektrode (9) und einer zweiten Elektrode (10) auf der hinteren Oberfläche des Substrats (1) bzw. der Oberfläche der Kontaktschicht (5).

2. Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers, das die folgenden Schritte aufweist:
Vorbereiten eines GaAs-Substrats (1) eines ersten Leit fähigkeitstyps, das eine vordere und eine hintere Ober fläche aufweist;
aufeinanderfolgendes epitaxiales Aufwachsen einer unte ren Al_xGa_1-xAs-Beschichtungslage (2) (0 < x < 1) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Schicht (3) ei ner Quantumwellstruktur, die eine Mehrzahl von Al_zGa_1-zAs-Sperrschichten (0 < z < x) und eine einzige oder eine Mehrzahl von Al_yGa_1-yAs-Senkenschichten (0 < y < z) aufweist, wobei zwei der Sperrschichten, welche die äußersten Schichten der aktiven Schicht der Quantumwellstruktur werden, als eine Lichtleiterschicht dienen, einer oberen Al_rGa_1-rAs-Beschichtungslage (4) (z < r < 1) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer GaAs-Kontaktschicht (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps auf die vordere Oberfläche des Substrats (5);
Ausbilden eines In-Diffusionsblockierfilms (11), der sich in der Richtung ausdehnt, welche die Laserresona torlängsrichtung wird, der eine Länge aufweist, die die Nähe eines Bereichs nicht erreicht, welcher eine Laser resonatorfläche (20) wird, der eine Streifenform auf weist, die eine vorgeschriebene Breite aufweist, und der ein Material aufweist, welches die Diffusion von In auf der Oberfläche der Kontaktschicht (5) abblockt, und dann Ausbilden eines In-Diffusionsquellenfilms (12), welcher eine Diffusionsquelle von In wird, auf dem In- Diffusionsblockierfilm (11) und der Kontaktschicht (5);
Diffundieren von In von dem In-Diffusionsquellenfilm (12) bis zu einer Tiefe, die das Innere der unteren Be schichtungslage (2) erreicht, durch eine Wärmebehand lung, wodurch ein Teil der aktiven Schicht (3) der Quan tumwellstruktur, welcher sich in dem Bereich befindet, der mit dem In diffundiert wird, fehlgeordnet wird;
Entfernen des In-Diffusionsquellenfilms (12) und des In- Diffusionsblockierfilms (11);
Ausbilden eines Resistfilms (14) auf einem Bereich der Kontaktschicht (5) ausgenommen des Bereichs, welcher mit dem In diffundiert ist, und dann Implantieren von Pro tonen von der Oberfläche der Kontaktschicht (5) bis zu einer Tiefe, die das Innere der oberen Beschichtungs lage (4) erreicht, aber nicht die aktive Schicht (3) der Quantumwellstruktur erreicht, unter Verwendung dieses Resistfilms (14) als eine Maske;
Entfernen des Resistfilms (14); und
Ausbilden einer ersten Elektrode (9) und einer zweiten Elektrode (10) auf der hinteren Oberfläche des Substrats (1) bzw. auf der Oberfläche der Kontaktschicht (5).

3. Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der In-Diffu sionsblockierfilm (11) SiN aufweist.

4. Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der In-Diffu sionsblockierfilm (11) SiO₂ aufweist.

5. Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der In-Diffu sionsquellenfilm (12) In aufweist.

6. Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der In-Diffu sionsquellenfilm (19) In₂O₃ aufweist.

7. Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte aufweist:
Ausbilden eines SiO₂-Films (13) auf dem In-Diffusions quellenfilm (12) nach dem Ausbilden des In-Diffusions quellenfilms (12); und
Entfernen des SiO₂-Films (13) nach dem Fehlordnen der aktiven Schicht (3) der Quantumwellstruktur.

8. Herstellungsverfahren eines Halbleiterlasers nach An spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß:
das Substrat (1) des ersten Leitfähigkeitstyps GaAs des n-Typs aufweist;
die untere Beschichtungslage (2) des ersten Leitfähig keitstyps Al_xGa_1-xAs (x = 0.5) des n-Typs aufweist;
die aktive Schicht (3) der Quantumwellstruktur eine fünfschichtige Struktur aufweist, die drei Al_zGa_1-zAs- Sperrschichten (z = 0.2 bis 0.35) und zwei Al_yGa_1-yAs- Senkenschichten (y = 0.05 bis 0.15) aufweist, wobei die Sperrschichten und die Senkenschichten abwechselnd ge schichtet sind;
die obere Beschichtungslage (4) des zweiten Leitfähig keitstyps Al_rGa_1-rAs (r = 0.5) des p-Typs aufweist; und
die Kontaktschicht (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps GaAs des p-Typs aufweist.

9. Halbleiterlaser, der aufweist:
ein GaAs-Substrat (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps, das eine vordere Oberfläche und eine hintere Oberfläche aufweist;
eine untere Al-Ga_1-xAs-Beschichtungslage (2) (0 < x < 1) des ersten Leitfähigkeitstyps, die auf der vorderen Oberfläche des Substrats (1) angeordnet ist;
eine aktive Schicht (3) einer Quantumwellstruktur, die auf der unteren Beschichtungslage (2) angeordnet ist, die eine Mehrzahl von Al_zGa_1-zAs-Sperrschichten (0 < z < x) und eine einzige oder eine Mehrzahl von Al_yGa_1-yAs-Senkenschichten (0 < y < z) aufweist, wobei zwei der Sperrschichten, welche die äußersten Schichten der aktiven Schicht (3) der Quantumwellstruktur werden, als eine Lichtleiterschicht dienen, und die einen Be reich aufweist, der durch die Diffusion von Indium (In) aufgrund einer Wärmebehandlung in der Nähe einer Laser resonatorfläche (20) fehlgeordnet ist;
eine obere Al-Ga_1-rAs-Beschichtungslage (4) (z < r < 1) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der aktiven Schicht (3) der Quantumwellstruktur angeordnet ist;
eine GaAs-Kontaktschicht (5) des zweiten Leitfähig keitstyps die auf der oberen Beschichtungslage (4) ange ordnet ist;
eine erste Elektrode (9), die auf der hinteren Oberflä che des Substrats (1) angeordnet ist; und
eine zweite Elektrode (10), die auf der Kontaktschicht (5) angeordnet ist.

10. Halbleiterlaser nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß
ein Bereich der aktiven Schicht (3) der Quantumwell struktur ausgenommen der Nähe der Laserresonatorfläche (20) und ausgenommen des streifenförmigen aktiven Be reichs (3a), der sich in der Laserresonatorlängsrichtung ausdehnt und der eine vorgeschriebene Breite aufweist, durch die Diffusion von In aufgrund einer Wärmebehand lung fehlgeordnet ist; und
Bereiche eines oberen Teils der oberen Beschichtungs lage (4) und der Kontaktschicht (5) ausgenommen der Be reiche, welche sich oberhalb des aktiven Bereichs (3a) befinden, mit Protonen implantiert sind und zu einem Bereich eines hohen Widerstands gewandelt sind.