DE2552870A1

DE2552870A1 - Halbleiter-laserdiode

Info

Publication number: DE2552870A1
Application number: DE2552870A
Authority: DE
Inventors: Robert D Burnham; Donald R Scifres
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1974-12-09
Filing date: 1975-11-25
Publication date: 1976-06-10
Also published as: US3984262A; JPS5183487A; NL7513927A; SE7513563L; FR2294563A1

Description

Xerox Corporation, Pochester, N.Y. / USA

Halbleiter-Laserdiode

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Laserdiode sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode.

Bei vielen praktischen Anwendungen von Laserdioden bzw. Diodenlasern sollen diese eine kontinuierliche Welle erzeugen, d.h. im CW-Betrieb arbeiten, und zwar bei Zimmertemperatur mit einer Gleichspannung zwischen etwa 3 und 6 Volt. Zur Erzielung eines kontinuierlichen Betriebs muß die Stromdichte im aktiven Bereich der Laserdiode etwa 2.000 Ampere/cm betragen. Derartig hohe Stromdichten können nur schwer erreicht werden, wenn der aktive (gepumpte) Bereich des Lasers groß ist, was zu einem großen Gesamtstromfluß führt und eine überhitzung zur Folge hat.

Eine der erwähnten praktischen Anwendungen von Laserdioden liegt in der Verwendung als Lichtquelle in einem integrierten optischen System unter Verwendung von optischen Faserelementen, die einen Durchmesser in der Größenordnung von nur 10 Mikron aufweisen. Wenn der aktive Bereich des Lasers groß ist, so zeigen verschiedene fadenförmige Bereiche Laserwirkung Über den gesamten aktiven Bereich. Da der aktive Bereich größer ist als der Durchmesser der optischen Faserelemente, übertragen diese weniger Licht als das aus allen fadenförmigen Bereichen. Es wird

C η π Π ?Ul 0 7 1 1

/U

also Leisturuj aufgewendet, um fadenförninc Bereiche zu pun-pen, die zur LichtauFoangsleistung nicht beitragen. Das Pumpen von ausgenutzten und nicht ausgenutzten fadenförmigen Bereichen erfordert einen hohen Purr-pstron, wodurch Wärreabführungöprobloü.e entstehen.

Es wurden bereits verschiedene Ansätze unternommen, .m den aktiven Eereich von Laserdioden zu verkleinern, indem eine Begrenzung bzw. Abgrenzung den Punpstror.es vorgenommen wurde. Diese Versuche richteten sich insbesondere auf eine Abwandlung der Laserdiodenstruktur na, h Vervollständigung der Züchtung dieser Struktur. So wurde bereits versucht, einen Kanal mit niedrigem Widerstand durch die p-ßeite einer Laserdiode zu bilden, wobei der Kanal sich bis nahe an den aktiven Bereich erstreckt, während sich auf beiden Seiten rUs Kanals ein Weg mit hohem Widerstand befindet. Der Kanal mit niedrigen Widerstand, der durch Tonenimplantation, Diffusion und Ktztcchniken vorgezeichnet wird, ist auf der p-Seite der Laseidiode gebildet, und diese Bildung erfolgte, wie bereits erwähnt, nach der vollständigen Züchtung der Lacardiode. "

Es bestehen verschiedene Probleme bei der Bildung einer Strombegrenzung von der p-Seite der Laserdiode aus, nachdem die Züchtung des Lasers abgeschlossen ist. Zunächst muß der Kanal mit niedrigem Widerstand durch wenigstens zwei Halbleiterbereiche gebildet werden, die aufgrund von Verfahrensfehlern unterschiedliche Dicke aufweisen können, wodurch es schwierig wird, den Kanal nahe an den aktiven Bereich heranzubringen, ohne daß dieser sich in den aktiven Bereich hinein erstreckt. Ferner ist die Breite des Kanäle, schwer zu steuern. So ergibt eine Schwellstrorreduzierung durch Einwirkung auf die p-Seite der Laserdiode nach abgeschlossener Züchtung derselben eine unzureichende Zuverlässigkeit beim Petrieb der Vorrichtung. Auch muß zur Bildung des Kanals mit niedrigem W₁ -!erstand eine zusätzliche kontinuierliche Schicht auf der iv^cito c->r Diode gebildet werden. Diese zusiU,z-

liehe Schicht entfernt den metallisierten.Kontakt auf der p-Seite der Diode weiter vom aktiven Pereich, wodurch der Kanal lang wird, so daß dieser einen erhöhten Widerstand aufweisen kann. Loi einem von den aktiver/Bereich weiter entfernten metallisierten Kontakt kann die wärmeabführung schwierig werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Laserdiode zu schaffen, bei der sich eine verbesserte Abgrenzung des Punpstiomes ergibt, ein niedrigerer Pumpstron erforderlich ist und bei der ein kontinuierlicher Laserbetrieb möglich ist.

DieseAufgabe wird durch eine Halbleiter-Laserdiode gelöst, die gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch einen vielschichtigen Halbleiterkörper mit einer Mehrzahl von einander berührenden Schichten, von denen wenigstens zwei zur Definierung eines pnüberganges dazwischen dotiert sind, eine erste Einrichtung zur Steuerung des pn-Uberganges in Durchlaßrichtung zur Bewirkung eines durch den pn-übergang fließenden Pumpstromes oberhalb der Laserschwelle zur Erzeugung von stimulierter kohärenter Pekombinationsstrahlung und eine in dem Halbleiterkörper angeordnete zweite Einrichtung auf der η-Seite des pn-Uberganges zur Einschränkung des Weges des Pumpstromflusses auf der η-Seite des pn-Uberganges des Halbleiterkörpers.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Halbleiter-Laserdiode ist gekennzeichnet durch Bildung eines Pumpstrom-Begrenzungskanals in einer Schicht aus Halbleitermaterial und anschließende Bildung eines pn-Uberganges zwischen Schichten des Halbleitermaterials, so daß durch den Kanal laufender Pumpstrom j eine Injizierung von Minorität st rä gern durch den pn-übergang er- J gibt und sich die Erzeugung von kohärentem Licht ergibt. I

In der erfindungsgemäßen Laserdiode erfolgt die Stromabgrenzung j durch einen Kanal mit niedrigem Widrstand auf der η-Seite der j Laserdiode. Der Kanal wird in dem Substrat der Vorrichtung vor

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'/ η b / 8 7 0

der Züchtung der Schichten gebildet, die den aktiven Bereich <j_eS Lasers definieren, wodurch eine Beschädigung dieser Schichten verhindert wird und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung vergrößert wird. Da der Kanal auf dem SuI strat· gebildet wird, kann seine Breite genau gesteuert v.-erden, und es kann gleichzeitig ea.ne Mehrzahl von Kanälen gebildet werden (wobei durch nachfolgendes Abspalten viele Vorrichtungen auf einem Substrat gebildet werden können) . Die Strombegrenzung kann weiter verbessert v/erden, wobei sich daraus die Vorteile eines niedrigeren Pümpstroiues, einer besseren Wärmeableitung und des Betriebs eines einzelnen Fadenbereiches bzw. Filaments ergeben, indem StronbegrenzungskanHle auf beiden Seiten des aktiven Bereiches gebildet werden.

Der Strombegrenzungskanal auf der η-Seite der Laserdiode wird vorzugsweise durch ein Diffusionsverfahren gebildet, und zwar durch eine polierte Oberfläche eines Substrats hindurch, welches Streifen von Photoabdeckmaterial darauf aufweist. Die diffundierten Bereiche bilden pp-Ubergänge mit den Substratnaterial, wobsi der Kanal auf beiden Seiten durch diese pn-Ubergänge begrenzt wird. Nach der Diffusion werden die übrigen Schichten der Laserdiode gezüchtet. Eine Strombegrenzung ergibt sich, weil der Kanal in dem Substrat einen Stromfluß ermöglicht, während die diffundierten Bereiche nichtleitend sind aufgrund einer Steuerung in Sperrichtung an den pn-Ubergängen, die den diffundierten Bereichen zugeordnet sind.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Laserdiode;

Fig. 2 den Weg eines Pumpstromes in einem Teil des in Fig. 1 gezeigten Lasers;

Fig. 3a Verfahrensschritte bei der Herstellung der Laserbis 3g diode von Figur 1; und

ε η p R ? i/0 7 11

^;i / (J

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Laserdiode.

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf eine doppelte Hetero-Übergangs-Laserdiode beschrieben werden. Es leuchtet jedoch ein, daß die verbesserte Stromabgrenzungsstruktur sich ebenfalls hex Einfach-Heteroübergang-Laeerdioden.undHomostruktur-Laserdioden

anwenden läßt.

in Figur 1 ist eine doppelte HeteroÜbergang-Diode 2 dargestellt, die die erfindungsgoniHecn Merkmale aufweist. Die Diode 2 umfaßt ein n-GaAs-Substrat 4, eine n-GaAlAe-Schicht 6,eine p-GaAs-Schicht 8, eine p-GaAlAs-Schicht 1O und eine p-GaAfi-Schicht 12. Die Schicht 12 ist zur Vereinfachung der Herstellung eines elektri. hen Kontaktes (nicht dargestellt) auf der p-Seite des Lasers vorgesehen.

Aufgrund seines Basismaterials (CaAs) und ihrer Dotierungskonzentration besitzt die Schicht 8 eine Bandbreite von etwa 1,4 eV, was beträchtlich niedriger liegt als die etwa 1,8 eV-Bandbreite der Schichten 6 und 10. Ferner ist auch der Brechungsindex der Schicht 8 wesentlich größer (ungefähr 3,6) als der Brechungsindex von etwa 3,4 der Schichten 6 und 10. Es ist bekannt, daß bei Steuerung in Vorwärtßriehtung (positive Spannung an Schicht 12 und relativ negative Spannung an Substrat 4) am pn-übergang 14 Elektronen aus der Schicht 6 in die Schicht 8 injiziert werden und in der Schicht 8 durch die von der HeteroÜbergang-Schicht erzeugte Potentialdifferenz abgegrenzt werden. Bei ausreichendem Pumpstrom wird eine Inversion der Besetzung erreicht und eine Verstärkung erzielt, wobei Licht durch strahlende Rekombination der Trager im Bereich 8 erzeugt wird. Dieses Licht wird innerhalb der Sch Mit 8 aufgrund des hohen Brechungsindex derselben verglichen mit den der Bereiche 6 und 10 geführt.

Kino Strrmabgrenzunq v/ird durch die p-GaAs-Bereiche 16 erreicht, welche dazwischen eir.on Kai.ul 18 definieren. Die p-GaMAs-l-erei-

.. / υ· ν: ι

j b 2 8 7 U

cho 20 warden w.Uend der Züchtung dor Schichten 6 , .0 »m

12 bildet durch HÜCdiKusion dor *-^ν«™""^^β" ^" reiche 16 in die Schicht'6. Die Strc.bgr.n.ung erfoIgt durch

eine

den Kanal 18 (der vor**,«.!» ·»>· ^E«^{ite V}°" '"" ausist,, weil a,e ,„Hergänge 2₂ --'^

zuvor beschrieben, in verwand n-Kanal 18

_9esteUer_t is,,, und - ^^^^₁I"JT«,« 1

6 9«n t

_9eseU ^^^^₁I. JT«,« 1

i. Substrat 4 und Schicht 6 .-9«n t . _{u (} „_{el de}.

ergibt eine Verbesserun, ge-em* .olo _{der Dlode}

nen die Stro_mab_gre„,un, nur nnerh-lb^ P ₆_ _{e>
10 und 12}

erfolgt, da die Bereiche 16 vor den

gebildet werden, wobei die Bereiche 20 sich mit

Schichten 6, 8, 10 und 12 bilden.

_Die —o_mb;gren_{r:: :: ;Γ},_;;:: , zugnahme aui F_Jgur 2 erlauter _{n p£eile 23 lB}

1 gezeigten Lasers darsteUt. t^e 9 ^ ₄ ^ _flie

rigur 2 „i,.n den Heg de Pu.p tr^ ^^ ^ ^ schicht 8. Der stro.fluß "*' _{da die pn}-_übergan₉e 22

Durchgang durch den K^ ^-ch- . „.^

in Sperrichtun, 9"^^·^; _{des Pumpstrom}es ist so.it berichtung gesteuert ist Der g ^ _g ^ ^^^ _B<|.

grenzt, und nur ein ""^¹ _aktlve Bereich relativ reich 8M wird ^P-P- ^e;_/₀ ^P _Mlk ^P _{ron breit}, _wenn der Kanal Klein ist «verbuch et, . ° ^ ^ _{Ereite des Be}-

10 etwa 10 «IKron bre t ist) g ^ ^

reiches 8, der gewöhnUch .t . » « ^

geringerer runpstror, erforderlic.i, um a

_ver.

er-

,H,hen ,.It der =»«Ρ"^ _dur* das Vumpen weniger Dioicnla^rn. Demgemäß wird gezeigten La

scrdiodc kann Uicht erfolgen, so naß

Ϊ'·.·; Pauir,tc!'.!'cratur möqüoli tüi..

i, : ~ ■ / D 7 ι 1

Wegen des re^itiv schmalen aktiven IUj.eicht; v/erden weniger (vorzugsweise nur ein) faserförmige Bereiche Laserwirkung zeigon, was zu einem Betrieb mit höherem Wirkungsgrad führt, v/enn der Laser als Lichtquelle in Verbindung mit dünnen optischen Faser elementen verwendet wird. Die Dünne des aktiven Bereiches begrenzt die Laserwirkung in wesentlichen auf den niedrigsten Transversalmode, da die Modes mit höherer Ordnung in den aktiven Bereich keine ausreichende Intensität besitzen, um eine für Laserv/irkung ausreichende Kopplung zu ergeben.

Wie aus Figur 2 zu ersehen ist, laufen die gestrichelten Pfeile 2 3 (die den Strontluß darstellen) iir Bereich 6 nur unwesentlich auseinander. Diese Abgrenzung erfolgt aufgrund der niedrigen Dotierung (etwa 10 '/cm ) des Bereiches 6. Ferner ist der Bereich 6 dünn ausgelegt, etwa 0,2 Mikron, um die Streuung des Stromes zu reduzieren. Im Bereich 8¹ tritt keine große Streuung auf, da dieser Bereich nur etv/a 0,3 Mikron dick

Wie in Figur 1 gezeigt, umfaßt die Vorrichtung 2 nur Schichten 10 und 12 oberhalb des aktiven Bereiches 8' und nicht eine zusatzliche Schicht, wje diese verwendet wird, wenn die Stromabgrenzung bezüglich der p-Seite der Laserdiode erfolgt. Da nur die Schichten 10 und 12 auf der p-Seite liegen, welche jeweils eine Dicke von etwa 2 Mikron aufweisen, kann der aktive Bereich 8¹ nahe an der Wärmesenke angeordnet werden, um so eine wirksame Wärmeableitung zu gewährleisten.

Der Laser von Figur 1 kann durch ein Verfahren hergestellt werden, das die Bildung des Kanals 18 vor der Bildung der Schichten 6, 8, 10 und 12 vorsieht. Wie in Figur 3a dargestellt ist, beginnt die Herstellung durch Auftragen einer dünnen Schicht 40 aus Siliziumnitrid (Si₃N₄) auf einer glatten, polierten Oberfläche eines n-GaAs-Substrats 4, welches ein Dotierungsniveau

1 ft "\
von 2 - 4 χ 10 /cm aufweisen kann, wobei das Dotierungsmittel Silizium oder Tellur ist. Die Siliziumnitridschicht kann durch herkömmliche Aufdampfungsverfahren bis zu einer Dicke von etwa

GHOS?i / 0 7 11

Z b b 2 8 7 U

ο λ mnach wird ein herkormlicher ultra-

,.5OO A ^tragen «erden- °a ac, _beispielsweise

violette^indl»,- Photo* a * < _{w(jrau£hln eine}

Shipley AZ 1350, auf der Schicht >) gezeigt,

_BeUch_tung dos "-t—-^" ; ^ravloletten U*t

in der die ^«^ V/l'Lpfindlich gegen«her .inen, auegesetzt vurden, um. diese Teile ι _nichtbelicht_eten

— - mTtL^^^^t. wie belspielswei- T₈IIe der Schicht 42 wurden d ^ ^ ^ ^. _Feaqen2.

_{M a}«ch Eintauchen dc. Vo«"^h^ J_{ten Telle der} schicht

bad wie beispielsweise Azeton. Die b _{werden dar}.

40. dl. von de. "^h°^tOaM;^Ck :f_e ^m _a :_h ^g;r_asmaa_t,un_g .It fluor-

ie durch

;_u :f_ea :_h;r_asmaa_tg aufhln entfernt, beispielsweise durch _{daß al(J}

haltten Gas und eine, "«^^^ " _a Π 'r Entfernung des Struktur von Figur 3c erhalten w rd «· _3d ,_e2eigte Vorrich-

ruckstandigen Abdecklacks wird die in Fig _tierung8ralt-

tel wie beispielsweise "»^ „ „ _bllden, wie In

j niveau von 5 - Ip.x 10¹ cm auf. «

Breite der «*£ daß der beabsichtigte Abstand 8 ^ chen 16 erzielt wird. Da eine seitliche "

nefen^lffuslon des P"^·™^^ I «rlioht, die die Wünschte Abstand ·.■ von -a -^ _werden> ^ ^ _Mf. Bereiche 40 etwa 18 Mikron bre j zwischen den Be-

fusionstiefe etwa 4 «krön betrtgt. Die Trenn , ^^^ reichen 40 knnn 500 Mikron betrage N-^' ^. _herkSmU. ehe ,6 werden die Bereiche O ^ ^^^^^,, _PlasmaStzung, chen Lösungsmittels entfernt, beisp
un die Struktur von Figur 3f ^u ergeben.

r, ·-, s f: ? μ / 0 71 ι

-O-

/bb/870

Die Schichten 6, 8, 10 und 12 werden nun gezüchtet (wie in Figur 3g gezeigt), und zwar in herkömmlicher Weise mittels Flüssigkeitsphase-Epitaxinlzüchtung. Während dien, r Züchtungsvorgänge erfolgt eine gewisse fWckdiffusion des Zinks in die Schicht 6, was zur Bildung der Rereiche 20 und der pn-übergnnge 22 führt, welche bei Steuerung der Laserdiode in Durchlaßrichtung einen Stromfluß durch die Bereiche 16 v.nd 20 verhindern und den Stromfluß auf Kanal 18 beschränken. Das beschriebene Verfahren ergibt eine Mehrzahl von Laserdioden mit Pumpstronbedrenzung, wobei einzelne Laserdioden gebildet werden, indem die Vorrichtung von Figur 3g längs der gestrichelten Linie 50 geschnitten wird.

Eine weitere Verbesserung der Stromabgrenzung wird dadurch erreicht, daß der Strom auf beiden Seiten des aktiven Bereiches begrenzt wird. Figur 4 zeigt eine Struktur, die sich von der Vorrichtung nach Figur 1 dadurelyunterficheidet, daß die n-Ga/\s-Sc',,icht 30 und der Kanal 32 hinzugefügt wurden, die durch Bereiche 34 und 35 gebildet werden, bei denen es sich um p-Bereiche handelt. Die Bereiche 34 und 35 können mittels herkömmlicher Diffusionsverfahren gebildet werden. Die gestrichelten Pfeile in Figur 4 zeigen den Fluß des Pumpstromes durch die Vorrichtung hindurch. Da die pn-übergänge 36, die zwischen Schicht 30 und Schicht 12 und zwischen Schicht 30 und Bereich 34 gebildet werden, sowie die pnübergänge 22 in Sperrichtuncj gesteuert sind, wenn die Diode in Durchlaßrichtung gesteuert ir.t, muß der Pump strom durch die Kanüle 18 und 32 fließen, wie dies eingezeichnet ist, wodurch eine noch stärkere Stro^abgrenzung und ein noch kleinerer aktiver Bereich als bei der Vorrichtung von rigur 1 erreicht wird. Da ferner der Stromfluß in den Schichten 6, 8 und 10 nur unwesentlich auseinanderlaufen kann, weil er erst danach durch den Kanal 32 laufen kann, kann die Breite des Kanals 18 weiter auf einen Viert zwischen 5 und 10 Mikron reduziert werden.

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Kanal 18 kann anders gebildet werden al r> mit Diffusionsverfahren, beispielsweise kann ein Substrat Ί gebildet v/erden mit Bereichen 16 als innere Bereiche, cder es kann Prctonenir,-plantation verwendet werden, ur isolierende Bereiche statt der diffundierten Bereiche- 16 zu erzeugen. In diesen Fällen würden die Bereiche 22 nicht gebildet, der Stron wäre jedoch durch die isolierenden Ik-reiche weiterhin auf dun Kanal 18 begrenzt. Auch der Kanal 32 kann mit anderen Mitteln gebildet werden als durch Diffusionstechnik, in ähnlicher VSTei se wie bei der Bildung von Kanal 18. Ferner können Streifen in p-Substraten gebildet werden, die insbesondere für Laser nützlich sind, die aus anderen Material hergestellt sind.

Der Dotierungsgrad der Schichten 8, 10 und 12 kann innerhalb eines ziemlich großen Bereiches geändert werden, wobei jeweils Werte von 5 χ ΐυ¹⁶ - 10¹⁸/cm³, 5 χ 10¹⁷ - 1O¹⁹/cm³ und 1O¹⁹/cm³ bevorzugt werden. Die Dotierung aller Schichten kann sich innerhalb weiter Bereiche ändern, abhängig von der Art der Verwendung des Lasermaterials. Wenn beispielsweise der Laser dazu verwendet wird, um Licht senkrecht zur Ebene des pn-Uberganges auszukoppeln, so kann entweder die Schicht 18 oder die Schicht 12 schwacher dotiert sein, um Absorptionsverluste zu reduzieren.

Claims

2b5287Q Patentansprüche

1. Halbleiter-Laserdiode, gekennzeichnet durch

einen vielschichtigen Halbleiterkörper mit einer Mehrzahl von einander berührenden Schichten, von denen wenigstens zwei (6, 8) zur Definierung eines pn-t)bergam,,-s (14) dazwischen dotiert

sind, j . - · ■ ._: ^: ■■■■ ι · ■ ■■ .-I

eine erste Einrichtung zur Steuerung des pn-Uberganges (14) in | Durchlaßrichtung zur Bewirkung eines durch den pn-übergang (14)-fließenden Pumpstromes oberhalb der Laserschwelle zur Erzeugung;: von stimulierter kohärenter Pekombinationsstrnhlung und ein© in !-den Halbleiterkörper angeordnete zweite Einrichtung auf der η-Seite des pn-Uberganges zur Einschränkung des Weges des Prapitromflusses auf der η-Seite des pn-Uberganges (14) des Halbleiterkörpers.

2. Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS eine zusätzliche Einrichtung innerhalb des Halbleiterkörper«? auf der p-Seite des pn-Uberganges (14) zur Einschränkung des Weges des Pumpstroraflusses auf der p-Seite des pn-übergangeε (14) des Halbleiterkörpers vorgesehen ist.

3. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Schichten (6, 8) im Grenzbereich dazwischen einen ersten Heterogrenzbereich bilden.

4. Halbleiterlaserdiode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß d©r Halbleiterkörper eine dritte Schicht (10) umfaßt, die an eine (8) der beiden Schichten (6, 8) angrenzt und mit dieser an der Grenzfläche dazwischen einen zweiten Heterogrenzbereich bildet.

α η η π ι L ι η 1

] 2 S 5 2 8 70

5. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (8) der beiden Schichten (6, 8) aus GaAs und die andere (6) dei beiden Schichten (6, 8) und die dritte Schicht (10) aus GaAlAs sind.

6. Halbleiter-Laserdiode nach einem di r vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da?¹ die zweite Einrichtung im Abstand

\ voneinander angeordnete Bereiche aus eigenleitendem Halbleiter- V material umfaßt.

I' ,

7. Halbleiterlaserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung im Abstand von- )' oinandter angeordnete Dereiche in dem Halbleiterkörper umfaßt, die im Abstand voneinander angeordnete pn-tJbergiinge mit anderen Tei- _t ,lon ä<s® Halbleiterkörpers bilden, und die erste Einrichtung die isn Abstand voneinander angeordneten pn-ttbergSnge in Sperrichtung oteuGEt, wenn der pn-Ubergang in Durchlaßrichtung gesteuert ist j sur Abgrenzung des Weges des Pumpstromes auf der η-Seite des pn-Überganges auf einen Flußkanal zwischen den im Abstand voneinanösr angeordneten pn-ObergHngen.
\ , .

0. H^>leit@r-Laserdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da-•ΐ durch gekennzeichnet, daß die eine (8) der beiden Schichten (6,

8) etwa 0,2 Mikron dick ist und die andere (6) der beiden Schichten (6, 8) etwa 0,3 Mikron dick ist.

9. Halbleiter-Laserdiode, die zur Erzeugung von Laserwirkung elektrisch gepumpt wird, gekennzeichnet durch ©inen vielschichtigen Halbleiterkörper mit wenigstens einer ersten, zweiten und dritten Schicht aus aneinander angrenzendem Halbleitermaterial, von denen die zweite und dritte Schicht des Halbleitermaterials an der Grenzschicht dazwischen einen ersten,

nichtgleichrichtenden Heterogrenzbereich bilden und die erste und zweite Schicht des Halbleitermaterials an der Grenzfläche dazwischen einen zweiten gleichrichtenden Heterogrenzbereich bilden,

ι ί ^r:;: ? /* / η ν 1 1

2 D 'i 2 8 7

\ im Abstand voneinander in einem verbleibenden Teil des Halbleitermaterials gebildete Bereiche auf der Seite des gleich-

^:l richtenden Überganges der zweiten Schicht zur Abgrenzung des Wfeges des Pumpstromflusses zwischen den im Abstand voneinander

,| angeordneten Bereichen, wenn der Halbleiterkörper elektrisch Ί gepumpt wird, und

eine Einrichtung zum elektri chen Pumpen des Halbleiterkörpers, ί) durch die der gleichrichtende übergang in Durchlaßrichtung ge- ^J steuert wird.

! 10. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich- -_T '_;l net, daß die im Abstand voneinander angeordneten Bereiche den ^V''C< Weg des Pumpstromflusses auf ei.»en Kanal zwischen diesen Be- * reichen begrenzen.

11. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Pumpstromweg-Begrenzungskanal auf der nichtgleichrichtenden Seite der zweiten Schicht aus Halbleitermaterial vorgesehen ist.

f. ■.■■■.

12. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 10 odar 11, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abstand voneinander angeordneten Bereiche zusätzliche gleichrichtende übergänge mit der ersten Schicht bilden und die zusätzlichen gleichrichtenden übergänge in Sperrichtung gesteuert werden, wenn die Einrichtung zum elektrischen Pumpen eine Steuerung in Durchlaßrichtung des gleichrichtenden Überganges bewirkt.

13. Halbleiter-Laserdiode, gekennzeichnet durch

ein Substrat (4) aus einen ersten Halbleitermaterial, eine erste Schicht (6) aus einem zweiten Halbleitermaterial angrenzend an das Sui «trat (4),

eine zweite Schicht (8) des ersten Halbleitermaterial angrenzend an die erste Schicht (6) zur Bildung eines gleichrichtenden Hetierogrenzbereiches an der Grenzfläche dazwischen,

t.·■!^fi;;?.'./ 071 1

- 14 - ?b52870

eine dritte Schicht (10) des zweiten Halbleitermaterials angrenzend an die zweite Schicht (8) zur Bildung eines nichtgleichrichtenden Heterogrenzbereiches an der Grenzfläche dazwischen,

im Abstand voneinander angeordnete Bereiche an der Grenzfläche zwischen dem Substrat (4) und der ernten Schicht (6), die gleichrichtende übergänge mit dem Hauptkörper des Substratmaterials und der ersten Schicht bilden, wobei der Teil des Substrats und der Teil der ©rsten Schicht zwischen den im Abstand voneinander ange <Mr«3n@fc@n Bereichen dazwischen einen ersten Pumpstrom-Flußkanal bilcteü unu der gleichrichtende Heterogrenzbereich und die "gleich-' richtenden übergänge so polarisiert werden, daß eine Steuerung des gleichrichtenden Heterogrenzbereiches in Durchlaßrichtung eine Steuerung in Sperrichtung an wenigstens zwei der gleichrichtenden übergängen bevi rkt, und

eine Einrichtung zum Anlegen einer Pumpstrom- Vorspannung an dem Substrat (4) und der dritten Schicht (10), so daß der gleichrichtende Heterogrenzbereich in Durchlaßrichtung gesteuert wird und die wenigstens zv/ei gleichrichtenden tlbergHnge in Sperrich- tung gesteuert werden zur Begrenzung des Punpstromflusses auf den Kanal zwischen den in Abstand voneinander angeordneten Bereichen. :

14. Halbleiter-Laserdiode nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Schicht (12) des ersten Halbleitermaterial angrenzend an die dritte Schicht (10) vorgesehen ist, die dazwischen einen Heterogrenzbereich bildet, ein Teil der vierten Schicht (12) vom selben Leitungctyp ist wie die dritte Schicht (10), Während andere Teile auf beiden Seiten des Teiles der vierten Schicht (12) vom entgegengesetzten Leitungstyp sind, so daß ein nichtgleichrichtender Kanal durch die vierte Schicht (12) zur dritter. Schicht (1O) gebildet wird, und der erste und zweite Kanal zueinander ausgerichtet sind, so daß der Weg des Pumpstromes auf die Kanäle und im v/esentlicher. auf die Teile der ersten, zweiten und dritten Schicht dazwischen beschrankt ist.

G η π η 2 i ι ο 71 ι

b 5 2 8 7 O

15. Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode, gekennzeichnet

Bildung eines Pumpstrom-Begrenzungskanalß in einer Schicht aun Halbleitermaterial und

anschließende Bildung eines pn-überganges zwischen Schichten des Halbl<sitermäerials, so daß durch den Kanal laufender Pumpstrom ©in© Injizierung von MinoritHtstriigern durch den pn-Ubergang ergibt und eich die Erzeugung von kohärentem Licht ergibt.

, ■ j

'Ϊ6.'V^irfahsren* n&ch-Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-Ufo©jrg©a«3 ^©bildet wird durch Züchtung einer Halbleiterschicht aus ©Insu■teitungstyp,auf der den Kanal enthaltenden Schicht des Halbleitermaterial© und anschließende Züchtung einer Halbleiterschieht. ctes entgegengesetzten Leitungstyps auf der Halbleiterschicht des einen Leitungstyps.

17. Verführen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal ©ich aus der Bildung von aneinander angrenzenden Halbleiterb@r@lchen des anderen Leitungstyps ergibt, so daß andere pn-UbergSnge gebildet werden, wobei die anderen pn-t'bergiinge in Sperrichtung gesteuert werden, wenn der pn-tJbergang in Durchlaßrichtung gesteuert wird.

18. Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode mit einem pnübergang zur Injizierung von MinoritStstrHgern, gekennzeichnet durch '■■.·■■'

Bildung von angrenzenden Oberflächenbereichen eines dazwischen einen Kanal definierenden Materials auf der Oberfläche eines Substrate aus Halbleitermaterial eines Leitungstyps, Züchtung ^ier ersten Schicht eines Halbleitermaterials des einen Leitungstyps auf der Substratoberfliiehe mit den angrenzenden Oberflächenbereichen,

Züchtung einer zweiten Schicht des Halbleitermaterials des anderen Leitungstyps auf der err ten Schicht des Halbleitermaterials zur Bildung des pn-tJberganges zwischen der ersten und der zweiten Schicht und

C OHR?U /07 1 1

2 b S 2 8 7 O

Steuerung des pn-Ubcrganger in HurchlaPrichtuncj, no daß ein Pumpstrom durch den Kanal fließt zur Injizierung von Minoritäts-, _M trägern durch den pn-Hbermng, so daß dadurch kohärentes Licht erzeugt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die «» , _t angrenzenden Oberflächenbereiche gebildet werden durch Abdeckten _e, ; eines Bereiches der Substratoberfläche mit einem Material, das

\,^{'l gegenüber Diffusion von Verunreinigungen des anderen Leitungs- » *\ typs durch dieses hindurch undurchlässig ist, Diffundierung der ^ ί ^f V©runreinigunn des anderen Leitungstyps in die von dem Material _gs Vi nicht geschützten Bereiche der Oberfläche des Substrats und Fnt- ^, \ ₍ fernen des Materials zur Bildung des Kanals zwischen den diffun- t <^l dierten Oberflächenbereichen,

die diffundierten Oberflächenbereiche andere pri-t»bergMnge bilden, die in Sperrichtung gesteuert werden, wenn der pri-tJbergang ' _t in Durchlaßrichtung gesteuert wiri, zur Beschränkung des Pump- * stromflusses durch den Kanal hindurch und nur durch einen Teil der ersten Schicht, so daß dadurch nur ein Teil der zweiten Schicht gepumpt wird,

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal definiert wird durch angrenzende Bereiche aus eigenleitendem Halbleitermaterial.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal definiert wird durch angrenzende isolierende Bereiche, die durch Protonenimplantation in die Oberflache des Substrats gebildet werden.

22. Verfahren zur Herstellung einer Heteroübergang-Laserdiode mit einem pn-übergang zur Injektion von MinoritHtstra'gern, gekennzeichnet durch

Bildung von angrenzenden Oberflächenbereichen, die einen Kanal dazwischen definieren, auf der Oberfläche eines Substrats aus

G 0 9 8 ? L I 0 7 1 1

? τ. 5. 8/0

Halbleitermaterial eines Leitungstyps, Züchtung einer ersten Schicht eines ersten Halbleitermaterial des einen Leitungstyps auf der Suhstratoberflache, Züchtung einer /weiten Schicht eines zweiten Halbleitermaterial«; des anderen Leitungstyps auf der ersten Schicht zur Bildung des pn-Uberganges,

Züchtung einer dritten Schicht des zweiten Halbleitermaterials auf der zweiten Schicht, wobei die dritte Schicht vom anderen Leitungstyp ist, und

Bildung von Elektroden für den Laser dergestalt, daß bei Steuerung des pn-Uberganges in Durchlaßrichtung der Fluß des Pumpstromes in dem Substrat durch den Kanal erfolgt, wodurch der Fluß des Pumpstromes auf einen kleinen Bereich der ersten Schicht begrenzt wird und ',Minoritätsträger durch den pn-Ubergang nur in einen kleinen Bereich der zweiter. Schicht injiziert werden.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal gebildet wird durch Abdeckung eines Bereiches der Substratoberfläche mit einem Material, das undurchlässig ist gegenüber Diffusion von Verunreinigung des anderen Leitungstyps durch dieses hindurch, Diffundierung der ausgewählten Verunreinigung in Oberflächenbereiche des Substrats, die von den» Material nicht geschützt sind, und Entfernung des Materials zur Bildung von im Abstand voneinander angeordneten pn-Ubergängen, zwischen denen der Kanal liegt, wobei die im Abstand voneinander angeordneten pn-Ubergänge in Sperrichtung gesteuert sind, wenn der pn-übergang zwischen der ersten und zweiten Schicht in Durchlaßrichtung gestaert wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat und die zweite Schicht aus GaAs und die erste und dritte Schicht aus GaAlAs sind.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal eine Breite in der Größenordnung von IO Mikron aufweist.

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26. Verfahren nach einen der Ansprüche-· U> bin 21, dadurch cje~ kennzeichnet, daß der Kanal ojre F'ri;it<r- ir der Größenordnung Von 10 Mikron aufweist.

27. Verfahren nach einen der Annpri ehe 18 hit- 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite .Schicht etwa 0,3 Mikron und die erste Schicht etwa 0,2 \ikron dick ist.

2B. Verfahren nach einen der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal eine Ereite von etwa

10 Mikron aufholst.

29,^: Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht etv/a 0,2 Mikron dick ist.

30. Verfahren zur Herstellung einer HetoroUbergang-Laserdiodf eilt-einem* pn-übergang zur Injektion von Minoritiitstriigern, qekiinnzelchnet durch

Bildung von angrenzenden OberflHchenbereichen, die einen Kanal däwischen definieren, auf der Oberfläche eines Substrats aus Halbleitermaterial eines Leitungstyps, Züchtung einer ersten Schicht eines ersten-Halbleitermaterials ^d@s einen Leitungstyps auf der Substratoberflache, Züchtung einer zweiten Schicht eines zweiten Halbleitermaterials des anderen Leitungstyps auf der ersten Schicht zur Bildung des pn -Überganges,

Züchtung einer dritten Schicht des zweiten Halbleitermaterials auf der zweiten Schicht, wobei die dritte Schicht vom anderen Leitungstyp ist,

Bildung eines zweiten Kanals des anderen Leitungstyps durch die vierte Schicht und

Steuerung des pn-Uberganges in Durchlaßrichtung, so daß der Fluß des Pumpstromes aus einer Steuerungseinrichtung durch den ersten und zweiten Kanal erfolgt.

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31. Verfahren zur Herstellung einer Laserdiode, bei der eine Steuerungseinrichtung einen Pumpstrom zur Injektion von Minoritätsträgern durch einen pn-übergang der Diode liefert, gekennzeichnet durch

Bildung eines Pumpstrom-Begrenzungskanals in einem Körper aus Halbleitermaterial und

anschließende Bildung des pn-Uberganges mit aneinander angrenzenden Schichten aus Halbleitermaterial,wobei ein Substrat und die Schichten aneinander angrenzen.

32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß ■ eine zusätzliche Halbleiterschicht gebildet wird und eiri zusätzlicher Strorabegrenzungskanal durch die zusätzliche Schicht hindurch gebildet wird, wobei der erste und zweite Kanal auf verschiedenen Seiten des pn-überganges aneinander angrenzen.

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