DE60129261T2

DE60129261T2 - Halbleiterlaser mit Gebiet ohne Stromzuführung in der Nähe einer Resonatorendfläche

Info

Publication number: DE60129261T2
Application number: DE60129261T
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Fuji Photo Film Co. Kuniyasu; Fusao Fuji Photo Film Co. Yamanaka; Toshiaki Fuji Photo Film Co. Fukunaga
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: EP1583187A1; DE60119470D1; EP1583187B1; EP1198042A3; US6888866B2; EP1198042A2; US20050164420A1; DE60119470T2; US20020061044A1; DE60129261D1; EP1198042B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterlaserbauelement, welches mit einer strominjektionsfreien Zone nahe einer Resonatorstirnfläche ausgestattet ist, ferner eine Festkörperlaservorrichtung, die mit dem Halbleiterlaserbauelement ausgerüstet ist.
Beschreibung des Standes der Technik
In Halbleiterlaserbauelementen erhöht sich die Stromdichte an der Stirnfläche bei starker Ausgangsemission, so dass der emissionsfreie Rekombinationsstrom zunimmt und es zu einer Stirnflächenzerstörung und dergleichen kommt. Aus diesem Grund ist es schwierig, eine hohe Bauelement-Zuverlässigkeit zu erreichen.
Um das obige Problem zu lösen, wurden vielfältige Strukturen zur Bildung einer strominjektionsfreien Zone nahe der Resonatorstirnfläche vorgeschlagen. Beispielsweise gibt es ein Halbleiterlaserbauelement mit einer strominjektionsfreien Zone, die dadurch gebildet ist, dass in der Nähe des Endbereichs der Kontaktschicht keine Elektrode ausgebildet ist (IEEE Phonics Technology Letters, Vol. 12, Nr. 1, Jan. 2000, S. 13-15). In dieser Struktur ist allerdings die Strom-Injektionslosigkeit an der Bauelement-Stirnfläche deshalb unvollständig, weil Strom durch die Kontaktschicht in der Nähe der Stirnfläche streut. Die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 11(1999)-354880 zeigt ein weiteres Halbleiterlaserbauelement. Bei diesem Halbleiterlaserbauelement sind eine Ätzstopperschicht und eine Kontaktschicht auf einer Mantelschicht angeordnet, und ein Teil der Kontaktschicht nahe der Stirnfläche ist so weit entfernt, bis die Ätzstopperschicht freiliegt. Eine sich zu der Stirnfläche hin erstreckende Elektrode ist an der Ätzstopperschicht ausgebildet. Da die Elektrode nahe der Stirnfläche in Berührung mit der Ätzstopper schicht steht, ist die Strom-Injektionslosigkeit an der Stirnfläche unvollständig. Die japanische Patentanmeldung Nr. 2000-311405 (eingereicht von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung) zeigt ein Halbleiterlaserbauelement mit Rippenstruktur, welches eine strominjektionsfreie Struktur nahe einer Resonatorstirnfläche aufweist, ferner ist ein entsprechendes Fertigungsverfahren offenbart. Die japanische Patentanmeldung Nr. 2000-253518 zeigt ein Halbleiterlaserbauelement mit einer Stromeingrenzungsstruktur, welches in der Nähe einer Resonatorstirnfläche eine strominjektionsfreie Struktur aufweist, außerdem ist ein entsprechendes Fertigungsverfahren offenbart.
Andererseits wurden zahlreiche Strukturen vorgeschlagen, die dazu dienen, die Bandlückenenergie an einer Resonatorstirnfläche zu vergrößern, so dass das emittierte Licht nicht absorbiert wird. Beispielsweise ist in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 11(1999)-220224 und der JJAP, Vol. 38, S. L387-389, Nr. 4A, 1999 ein Halbleiterlaserbauelement mit Zugspannungs-Sperrschichten aus InGaAsP offenbart. Diese Schichten sind auf der Oberseite und der Unterseite einer aktiven InGaAs-Schicht ausgebildet. Bei dieser Struktur kommt es zu einer Gitter-Relaxation in der aktiven Schicht nahe der Lichtaustritts-Stirnfläche, die Bandlücke ist vergrößert, und die Lichtabsorption an der Lichtaustritts-Stirnfläche ist verringert. Dies reduziert den reaktiven Strom, der zu einer Wärmeerzeugung führen kann.
Wenn die oben angesprochene strominjektionsfreie Zone in einem Halbleiterlaserbauelement mit einer Rippen- oder Rückenstruktur ausgebildet ist, muss der Schritt zu Bildung von Nuten sowie der Schritt zum Entfernen eines Teils der Kontaktschicht zur Schaffung einer strominjektionsfreien Zone ausgeführt werden, was mühselig und zeitraubend ist. Darüber hinaus wird das durch Spin-Coating aufgetragene Photoresistmaterial in den Ätznuten dicker als in den flachen Bereichen, es wird ausgehärtet durch ein Gemisch einer Wasserlösung mit NH₃:H₂O₂, das die Kontaktschicht selektiv ätzt. Aus diesem Grund verschlechtert sich, wenn ein erneutes photolithographisches Ätzen nach der Ausbildung der Rippen-Nuten durchzuführen ist, die Ablösefähigkeit des Photoresists, so dass etwas von dem Photoresistmaterial in den Nuten verbleibt. Wenn Photoresistmaterial stehenbleibt, ergibt sich das Problem, dass das nicht beseitigte Photoresistmaterial die Nuten verunreinigt und dadurch das Haftenbleiben der Isolierschicht an dieser Stelle verringert, so dass sich Hohlräume etc. bei dem anschließenden Elektroden-Sinter-Wärmebehand lungsschritt ausbilden, was die Wärmeabstrahlfähigkeit während des Laserbetriebs verschlechtert. Außerdem gibt es das Problem, dass nach der Ausbildung der Nuten die Seitenfläche einer zur Nut hin über eine längere Zeitspanne freiliegenden Schicht oxidiert wird, was Kristalldefekte begünstigt und dadurch die Laseremission zum Stillstand bringt. Insbesondere dann, wenn die zu der Nut hin freiliegende Schicht aus AlGaAs besteht, kommt es leicht zum Oxidieren.
Man kann also daran denken, die Reihenfolge des Schritts zum Ausbilden des Rückens und den Schritt zum Beseitigen der Kontaktschicht umzukehren, so dass als erstes die Kontaktschicht entfernt und dann die Nuten gebildet werden. Nachdem allerdings ein Teil der Kontaktschicht in der Nähe der Stirnfläche entfernt ist, wird die unterhalb der Kontaktschicht befindliche Mantelschicht oxidiert. Aus diesem Grund ergibt sich das Problem, daß die Reproduzierbarkeit der Tiefe beim Ätzen der Nut nicht zufriedenstellend ist. Da die Nutentiefe maßgeblich ist für eine äquivalente Brechungsindex-Stufendifferenz ΔNeff in bezug auf das Profil des Laserlichts, ist es unerwünscht, von einem Prozess Gebrauch zu machen, der keine Reproduzierbarkeit garantiert. Darüber hinaus reicht die erwähnte, Zugspannung aufweisende Sperrschicht nicht aus, die Zuverlässigkeit bei hoher Ausgangsleistung zu verbessern.
Die EP 0 920 096 A zeigt ein Halbleiterlaserbauelement mit zwei einander abgewandten Resonator-Stirnflächen, bei dem mindestens eine erste Mantelschicht vom ersten Leitungstyp, eine optische Wellenleiterschicht vom ersten Leitungstyp, eine Zugspannung aufweisende erste Sperrschicht, eine aktive Quantentopfschicht, eine zweite Sperrschicht mit Zugspannung, eine optische Wellenleiterschicht vom zweiten Leitungstyp, eine zweite Mantelschicht vom zweiten Leitungstyp, eine Kontaktschicht vom zweiten Leitungstyp und ein Substrat vom ersten Leitungstyp in der genannten Reihenfolge übereinandergestapelt angeordnet sind. Darüber hinaus weisen in diesem zum Stand der Technik zählenden Laserbauelement die erste Mantelschicht und die zweite Mantelschicht in bezug auf das Substrat eine Gitteranpassung auf. Die erste und die zweite Wellenleiterschicht besitzen Gitteranpassung in bezug auf das Substrat. Die Gesamtdicke der ersten und der zweiten Sperrschicht liegt zwischen 10 und 30 nm. Die erste und die zweite Sperrschicht besitzen Zugspannungen in bezug auf das Substrat. Die aktive Quantentopfschicht enthält eine Zusammensetzung, die eine Gitteranpassung in bezug auf das Substrat besitzt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung, die in den Ansprüchen 1 bis 6 definiert ist, wurde im Hinblick auf die oben erläuterten Umstände gemacht. Folglich ist es ein Ziel der Erfindung, ein Halbleiterlaserbauelement mit einer strominjektionsfreien Stirnflächenstruktur anzugeben, welches in der Lage ist, im Bereich von geringer bis zu hoher Ausgangsleistung hohe Zuverlässigkeit zu erzielen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist eine Festkörperlaservorrichtung, ausgestattet mit dem Halbleiterlaserbauelement, welches bei leistungsstarker Laseremission eine hohe Zuverlässigkeit besitzt.
Um die Ziele der Erfindung zu erreichen, wird ein erstes Halbleiterlaserbauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen.
Eine Zone, in der die Kontaktschicht entfernt ist, bildet die oben erwähnte „mindestens eine der Resonatorstirnflächen des Rückenteils". Der Ausdruck „mindestens eine der Resonatorstirnflächen des Rückenteils" soll besagen, dass die Zone die zwei Resonatorstirnflächen bilden kann, oder aber nicht nur eine Resonatorstirnfläche des Rückenteils bildet, sondern außerdem die Resonatorstirnfläche des Bauelements. Außerdem kann es sich um die vier Seitenflächen des Bauelements handeln. Das heißt: man kann einen Teil der Kontaktschicht am Umfang des Bauelements entfernen.
Darüber hinaus ist die erwähnte „Zugfestigkeitsgröße, die den beiden Sperrschichten gemeinsam ist" die Zugspannung in bezug auf das GaAs-Substrat. Angenommen, die Gitterkonstante des GaAs-Substrats betrage a_GaAs, und die Gitterkonstante der Sperrschicht betrage a₁, so wird der Zugspannungswert Δ₁ ausgedrückt in der Form Δ₁ = (a_GaAs – a₁)/a_GaAs. Der Zugspannungswert Δ1 gemäß der Erfindung genügt der Bedingung 0,003 < Δ₁ < 0,01.
Wenn man in ähnlicher Weise annimmt, dass die Gitterkonstante der aktiven Schicht a₂ beträgt, so wird der Zugspannungswert Δ₂ der aktiven Schicht ausgedrückt in der Form Δ₂ = (a_GaAs – a₂)/a_GaAs. Der Begriff „Gitteranpassung" bedeutet hier, dass Δ₂ der Bedingung – 0,003 ≤ Δ₂ ≤ 0,003 entspricht. Wie oben ausgeführt wurde, enthält die aktive Quantentopfschicht eine Zusammensetzung, welche Gitteranpassung in bezug auf das GaAs-Substrat aufweist, oder eine Zusammensetzung, die eine Zugspannung von bis zu 0,007 in bezug auf das Substrat besitzt. Die Zusammensetzung der aktiven Schicht erfüllt die Bedingung – 0,003 ≤ Δ₂ ≤ 0,007.
Erfindungsgemäß wird eine Festkörper-Laserapparatur geschaffen, welche aufweist: eine Anregungslichtquelle; einen Festkörperlaserkristall zum Emittieren von Laserlicht bei Anregung mit Anregungslicht, das von der Anregungslichtquelle emittiert wird; wobei die Anregungslichtquelle das oben beschriebene Halbleiterlaserbauelement aufweist.
Es sei angemerkt, dass der erste Leitungstyp und der zweite Leitungstyp einander entgegengesetzte Polaritäten besitzen. Wenn zum Beispiel der erste Leitungstyp dem p-Typ entspricht, so entspricht der zweite Leitungstyp dem n-Typ.
Bei dem Halbleiterlaserbauelement gemäß der Erfindung, wie es oben erläutert wurde, wird ein Teil der Kontaktschicht nahe der Resonatorstirnfläche entfernt, und auf der freigelegten Schicht wird eine Isolierschicht gebildet. Da in der Nähe der Stirnfläche des optischen Resonators also kein Strom injiziert wird, lässt sich die Stromdichte an der Stirnfläche reduzieren und damit auch die Erzeugung von Wärme an der Stirnfläche. Damit ist das erfindungsgemäße Halbleiterlaserbauelement in der Lage, eine Stirnflächenzerstörung aufgrund eines Anstiegs der Wärmeerzeugung, die durch emissionsfreien Rekombinationsstrom entsteht, zu unterdrücken, und damit ist das Bauelement in der Lage, ein Laserlichtstrahlbündel zu erzeugen, das von geringer bis zu hoher Ausgangsleistung eine hohe Zuverlässigkeit besitzt.
Bei dem Halbleiterlaserbauelement gemäß der Erfindung sind Zugspannungs-Sperrschichten aus InGaAsP auf der oberen und der unteren Seite der aktiven InGaAsP-Schicht vorhanden. Durch diese Ausgestaltung wird die Stärke der Zugspannung seitens der Zugspannung-Sperrschichten nahe der Stirnfläche durch Spaltung reduziert, die Bandlücke in der Nähe der Stirnfläche wird vergrößert, und die Lichtabsorption an der Lichtaustritts-Stirnfläche lässt sich vermindern. Da außerdem erfindungsgemäß an der Stirnfläche eine strom-injektionsfreie Zone gebildet ist, reduziert sich die Lichtintensität an der Stirnfläche, wodurch die Entstehung von Wärme reduziert werden kann. Außerdem lässt sich die Lichtabsorption an der Lichtaustritts-Stirnfläche verringern, so dass weitere Verbesserungen der Lichtabgabe und der Zuverlässigkeit erreicht werden.
Durch Schaffung der InGaAsP-Zugspannungs-Sperrschicht lässt sich die Barrierenhöhe zwischen der aktiven Schicht und der Sperrschicht vergrößern, und das Lecken von Elektronen und Löchern aus der aktiven Schicht in die optische Wellenleiterschicht lässt sich vermindern. Dies reduziert den Treiberstrom. Im Ergebnis lässt sich die Entstehung von Wärme an der Bauelement-Stirnfläche verringern, was zu einer Verbesserung der Temperaturkennlinie des Bauelements führt. Aus diesem Grund kann die Bauelement-Zuverlässigkeit bei der Emission mit hoher Ausgangsleistung gesteigert werden.
Weil die aktive Schicht kein Aluminium (Al) enthält, besitzt das Bauelement eine hohe Haltbarkeit, verglichen mit dem in der aktiven Schicht Al enthaltenden Halbleiterlaserbauelement für das 0,8-μm-Band.
In dem erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelement ist ein Teil der Kontaktschicht in der Nähe der Resonatorstirnfläche entfernt, und auf der freigelegten Schicht ist eine Isolierschicht gebildet. Darüber hinaus ist in der Nähe der Resonatorstirnfläche keine Elektrode gebildet. Da also kein Strom in der Nähe der optischen Resonatorstirnfläche injiziert wird, lässt sich die Stromdichte an der Stirnfläche reduzieren, mithin auch die Entstehung von Wärme an der Stirnfläche. Damit lässt sich eine Stirnflächenzerstörung aufgrund einer Erhöhung der Lichtdichte unterdrücken, und man kann ein Laserlichtstrahlbündel erzeugen, welches von geringer bis zu hoher Ausgangsleistung zuverlässig ist.
In dem erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelement enthält die Kontaktschicht GaAs, und die Mantelschicht besitzt eine Zusammensetzung, die von dem Ätzmittel für GaAs nicht angegriffen wird. Deshalb lässt sich in exakter Weise ausschließlich ein Teil der Kontaktschicht in der Nähe der Stirnfläche beseitigen.
In dem erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelement ist es bevorzugt, wenn ein Teil der Kontaktschicht in der Nähe der Resonatorstirnfläche, welcher entfernt wurde, im Bereich zwischen 5 μm und 50 μm, gemessen ab einer Resonatorstirnfläche, beträgt. Wenn der Bereich kleiner als 5 μm ist, ist es äußerst schwierig, eine strominjektionsfreie Zone zu bilden, da das Streuen von Strom durch die GaAs-Kontaktschicht vom zweiten Leitungstyp verursacht wird. Im Ergebnis kommt es zu einer Beeinträchtigung der Stirnfläche durch Wärmeentwicklung. Bei einem Wert von über 5 μm absorbiert die strominjektionsfreie Zone Licht und erhöht den Lichtverlust, was zu einer Verringerung der Lichtausbeute führt.
In der erfindungsgemäßen Festkörperlaserapparatur enthält die Anregungslichtquelle das oben erläuterte Halbleiterlaserbauelement. Aus diesem Grund ist die Zuverlässigkeit bei der Emission mit hoher Ausgangsleistung groß.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Im folgenden wird die Erfindung mit größerer Einzelheit unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1A bis 1C perspektivische Ansichten, die veranschaulichen, wie ein Halbleiterlaserbauelement gemäß einem Beispiel gefertigt wird, welches das Verständnis der Erfindung erleichtert;
2 eine Draufsicht auf eine Masken-Ausrichtung zur Bildung einer injektionsfreien Zone;
3 eine Schnittansicht der Schichtstruktur eines Teils eines Laserhalbleiterbauelements, welches gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
4 eine perspektivische Ansicht des Halbleiterlaserbauelements der Ausführungsform der Erfindung;
5 eine graphische Darstellung der zeitabhängigen Zuverlässigkeit eines Halbleiterlaserbauelements eines Vergleichsbeispiels;
6 eine graphische Darstellung der zeitabhängigen Zuverlässigkeit des Halbleiterlaserbauelements gemäß der Erfindung; und
7 ein schematisches Diagramm, welches eine Festkörperlaservorrichtung zeigt, die mit dem erfindungsgemäßen Halbleiterlaserbauelement ausgerüstet ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Halbleiterlaserbauelement gemäß einem nicht durch die Erfindung abgedeckten Beispiel wird in Verbindung mit seinem Fertigungsverfahren beschrieben. Der Fertigungsprozeß ist in den 1A-1C dargestellt.
Wie in 1A zu sehen ist, werden durch organometallische Dampfphasenepitaxie auf der (1.0.0)-Ebene eines n-GaAs-Substrats 1 durch Wachstum gebildet: eine n-GaAs-Pufferschicht 2, eine untere Mantelschicht 3 aus n-Al_0,65Ga_0,35As, eine untere optische Wellenleiterschicht 4 aus n- oder i-In_0,5Ga_0,5P, eine aktive Quantentopfschicht 5 aus In_0,12Ga_0,88As_0,75P_0,25, eine obere optische Wellenleiterschicht 6 aus p- oder i-In_0,5Ga_0,5P, eine erste obere Mantelschicht 7 aus p-Al_0,65Ga_0,35As, eine Ätzstoppschicht 8 aus p- oder i-In_0,5Ga_0,5P, eine zweite obere Mantelschicht aus p-Al_0,65Ga_0,35As, und eine Kontaktschicht 10 aus p-GaAs. Die erste obere Mantelschicht 7 wird zu einer Dicke gebildet, bei der eine indexgeführte Welle eine hohe Ausgangsleistung beim Wellenleiter in der Nut des Mittelbereichs des Resonators erreichen kann.
Als nächstes wird auf den Wafer eine (nicht dargestellte) Photoresistschicht aufgebracht, und es erfolgt auf einer heißen Platte während 1 Stunde eine Vorbelichtungs-Backbehandlung (typischerweise bei 80 bis 100°C). Der mit der Photoresistschicht überzogene Wafer wird durch eine Maske, in der Nuten 21 einer Breite von 10 μm mit einem Zwischenraum von 50 μm ausgebildet sind (2) einer Belichtung mit 100 mJ ausgesetzt, so daß die Nuten parallel zu der ursprünglichen Ebene entsprechend der (1.0.0)-Ebene des Substrats 1 und rechtwinklig zu der Laser-Spaltungsebene verlaufen. Die bestrahlten Zonen der Photoresistschicht werden in einer Entwicklerlösung aufgelöst, so daß in der Photoresistschicht Fenster gebildet werden.
Als nächstes werden zur Bildung von Nuten 21 mit Hilfe eines Weinsäure-Ätzmittels die p-GaAs-Kontaktschicht 10 und die zweite obere Mantelschicht 9 aus p-Al_0,65Ga_0,35As geätzt. Das Ätzen hört automatisch an der Ätzstoppschicht 8 aus InGaP an.
Als nächstes wird gemäß 2 eine Photomaske zum Exponieren von injektionsfreien Zonen 31 mit dem Wafer derart ausgerichtet, daß die Zonen 31 gleichmäßig auf den Stirnflächen-Zerteilungslinien und den Trenn-Zerteilungslinien des Bauelements angeordnet sind. Der Wafer wird mit 100 mJ belichtet. Anschließend werden die bestrahlten Zonen des Photoresistfilms in einer Entwicklerlösung aufgelöst, und die injektionsfreien Zonen 31 werden in dem Photoresistfilm ausgebildet. Der Wafer wird 10 Sekunden lang in eine gemischte Wasserlösung eines 1:50-Volumenverhältnisses mit NH₃:H₂O₂ bei Zimmertemperatur eingetaucht, und es werden diejenigen Bereiche der p-GaAs-Kontaktschicht 10, die den injektionsfreien Zonen 31 entsprechen, selektiv geätzt. Wenn die p-GaAs-Kontaktschicht 10 geätzt wird, befindet sich die Stirnfläche der Schicht 10, die bezüglich der Nut 21 exponiert ist, innerhalb der Oberkante der Nut 21. Der Photoresistfilm wird in organischer Lauge gelöst.
Wie in 1C gezeigt ist, wird mit Hilfe einer Vorrichtung zur plasmaunterstützten chemischen Aufdampfung (PCVD) ein 150 nm dicker Isolierfilm 12 aus SiO₂ gebildet. Da die Seitenfläche der p-GaAs-Kontaktschicht 10, die zu der Nut 21 hin freiliegt, sich im Inneren der Oberkante der Nut 21 befindet, wird die Abdeckung durch den Isolierfilm 12 zufriedenstellend. Als nächstes wird auf den aus SiO₂ bestehenden Isolierfilm 12 ein Photoresistfilm aufgebracht, es wird eine Photomaske mit einem Fenster in einer Zone von 3 μm (in der Figur mit a bezeichnet) Abstand von der Querkante eines 50 μm breiten Rippenteils und 3 μm (in der Figur mit b bezeichnet) Entfernung von der Längskante des Rippenteils auf den Wafer aufgebracht. In diesem Zustand werden auf die Photomaske Ultraviolettstrahlen aufgebracht mit einer Leistung von 100 mJ. Die bestrahlte Zone des Photoresistfilms wird gelöst mit Hilfe einer Entwicklerlösung, um das Fenster zu bilden. Nachdem ein Teil des aus SiO₂ bestehenden Isolierfilms 12 entsprechend dem Fenster von einer BHF-Lösung aufgelöst ist, wird der Photoresistfilm in einer organischen Lauge gelöst. Mit Hilfe der Abhebe- oder Lift-Off-Methode wird eine p-Elektrode 13 in einer Zone gebildet, die sowohl die injektionsfreien Zonen als auch die Zonen in der Nähe der Bauelement-Trennlinien ausschließt.
Beim Ätzen der p-GaAs-Kontaktschicht 10 befindet sich die Seitenfläche der zu der Nut 21 freiliegenden p-GaAs-Kontaktschicht 10 innerhalb des oberen Randes der Nut 21. Aus diesem Grund wird die Bedeckung der p-Elektrode 13 (die sich auf dem SiO₂-Isolierfilm 12 befindet) zufriedenstellend.
Im Anschluß daran wird das Substrat 1 poliert, und auf der Bodenfläche des Substrats 1 wird eine n-Elektrode 14 gebildet. Danach wird der Wafer an beiden Stirnflächen-Stellen (Stirnseiten-Trennlinien gemäß 2) aufgetrennt, um mehrere Laser-Arraystäbe zu bilden. Die Resonatorstirnflächen jedes Laserarraystabs werden mit einer hochreflektierenden Beschichtung bzw. einer schwach reflektierenden Beschichtung versehen. Der Laser-Arraystab wird entlang der Bauelementtrennlinien aufgetrennt (siehe 2), um Laserbauelemente zu erhalten, von denen jedes auf einer Wärmesenke mit Lot aus In (Indium) aufgebondet wird, so daß die p-Ebene des Bauelements mit der Wärmesenke in Kontakt steht.
Bei dem Halbleiterlaserbauelement des obigen Beispiels wurde ein Teil der Kontaktschicht 10 am Umfang des Bauelements entfernt. Es gibt Fälle, in denen der Isolierfilm 12 von dem Laser-Arraystab bei dessen Zerteilung abgehoben wird. Selbst wenn die Stromleitung zwischen der Wärmesenke und dem Isolierfilm 12 im Abhebebereich aufgrund des Lots zustande kommt, kommt kein ohmscher Kontakt zustande und fließt kein Strom, wenn die p-Ebene des Bauelements mit unten liegendem Verbindungsbereich an der Wärmesenke angebondet wird, weil die Kontaktschicht 10 entfernt wurde. Selbst wenn die p-Elektrode 13 zusammen mit dem Isolierfilm 12 abgeschält wird, so hängt sie über die Seite des Bauelements hinweg und bildet Kontakt mit der n-Leitungsschicht des Bauelements. Dies kann den Vorteil haben, daß ein Kurzschluß zwischen diesen Bereichen weniger wahrscheinlich ist als in dem vorerwähnten Fall.
Bei dem obigen Beispiel wurde ein n-GaAs-Substrat verwendet. Allerdings kann auch ein p-leitendes Substrat verwendet werden. In diesem Fall dreht sich die Leitfähigkeit jeder Schicht um. Als Verfahren zum Bilden jeder Schicht durch Wachstum kann ein Molekularstrahl-Epitaxialwachstum unter Einsatz von Feststoffen oder Gas verwendet werden.
Die Breite (die Lichtemissionsbreite) des Rippenteils ist nicht auf 50 μm begrenzt, jede Breite ist möglich. Außerdem ist die Breite der U-förmigen Nut 21 nicht auf 10 μm beschränkt. Beispielsweise kann die Nut 21 eine geradwandige Nut sein, so daß maximale Breite erzielt wird.
Die injektionsfreie Zone (das ist die Zone, von der die Kontaktschicht 10 entfernt wurde) befindet sich 5 μm und 50 μm von der Zerteilungsebene entfernt. Außerdem muß die injektionsfreie Zone nicht entlang dem Umfang des Bauelements ausgebildet werden, wie bei dem Beispiel gezeigt ist. Sie braucht nur in der Lichtemissionszone (dem Rippenteil) ausgebildet zu werden, oder aber in einer Stirnfläche statt in beiden Stirnflächen.
Der Isolierfilm 12 kann durch ein anderes Niederschlagungsverfahren als das PCVD-Verfahren gebildet werden. Darüber hinaus ist der Werkstoff nicht auf SiO₂ begrenzt. Es kann jegliches Isoliermaterial eingesetzt werden, wenn es Verarbeitbarkeit besitzt. Beispielsweise kann man von SiN Gebrauch machen. In diesem Fall ist die Filmqualität feiner, so daß Leckströme aufgrund von Defekten verwendet werden können. Im Ergebnis ist eine Verbesserung im Durchsatz zu erwarten.
Bei dem Beispiel wurde die p-Elektrode 13 in der injektionsfreien Zone nicht ausgebildet. Da aber der Isolierfilm 12 in der injektionsfreien Zone gebildet ist, besteht keine Möglichkeit für eine Strominjektion. Aus diesem Grund kann die p-Elektrode 13 auf dem Isolierfilm 12 gebildet werden.
Ein Halbleiterlaserbauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand seines Fertigungsverfahrens beschrieben. Eine Schnittansicht des Bauelements bis hin zu der Kontaktschicht ist in 3 gezeigt, eine perspektivische Ansicht des Bauelements nach Ausbildung der Elektrode ist in 4 gezeigt.
Wie in 3 gezeigt ist, werden durch organometallische Dampfphasenepitaxie auf einer (1.0.0)-Ebene eines n-GaAs-Substrats 41 epitaktisch gebildet: eine Mantelschicht 42 aus n-Ga_0,39Al_0,61As, eine optische Wellenleiterschicht 42 aus n- oder i-In_0,49Ga_0,51P, eine Zugspannungs-Sperrschicht 44 aus i-In_0,4Ga_0,6P, eine aktive Quantentopfschicht 45 aus i- In_0,13Ga_0,87As_0,7P_0,25, eine Zugspannungs-Sperrschicht 46 aus i-In_0,4Ga_0,6P, eine optische Wellenleiterschicht 47 aus p- oder i-In_0,49Ga_0,51P, eine Mantelschicht 48 aus p-Ga_0,39Al_0,61As und eine p-GaAs-Kontaktschicht 49.
Als nächstes wird der Wafer mit einem Photoresistfilm (nicht dargestellt) überzogen, und auf einer heißen Platte für 1 Stunde ein durch Vorbelichten erreichter Backprozeß ausgeführt (typischerweise bei 80 bis 100°C). Der Photoresistfilm auf dem Wafer wird mit einer Leistung von 100 mJ belichtet durch eine Maske, so daß Nuten 61 mit einer Breite von 10 μm in einem Raum von 50 μm derart ausgebildet werden, daß sie parallel zur ursprünglich flachen Ebene entsprechend der (1.0.0)-Ebene des Substrats 41 und rechtwinklig zur Trennebene des Lasers verlaufen. Die bestrahlten Zonen des Photoresistfilms werden in einer Entwicklerlösung aufgelöst, und in dem Resistfilm werden Fenster ausgebildet. Sodann werden die p-GaAs-Kontaktschicht 49 und die Mantelschicht 9 aus Ga_0,39Al_0,61As geätzt, mit einem Weinsäure-Ätzmittel zur Bildung der Nuten 61 geätzt.
Als nächstes wird zum Freilegen von Bereichen des Photoresistfilms in der Nähe der Bauelement-Stirnflächen, die zu strominjektionsfreien Zonen werden, eine Photomaske mit dem Wafer derart ausgerichtet, daß die injektionsfreien Zonen sich auf den Trennlinien für die Bauelement-Stirnfläche befinden (siehe 2). Der Wafer wird mit 100 mJ bestrahlt. Als nächstes werden die bestrahlten Zonen des Photoresistfilms mit einer Entwicklerlösung aufgelöst, und die injektionsfreien Zonen werden in dem Photoresistfilm ausgebildet. Der Wafer wird 10 Sekunden lang in ein Wasserlösungsgemisch mit einem 1:50-Volumenverhältnis von NH₃:H₂O₂ bei Zimmertemperatur eingetaucht, und die den injektionsfreien Zonen entsprechenden Bereiche der p-GaAs-Kontaktschicht 49 werden zur Bildung von strominjektionsfreien Teilen selektiv geätzt. Nachdem der Photoresistfilm in organischer Lauge aufgelöst ist, wird durch plasmaunterstütztes chemisches Abscheiden aus der Dampfphase (PCVD) eine 150 nm große Isolierschicht 52 aus SiO₂ gebildet. Beim Ätzen der p-GaAs-Kontaktschicht 49 befindet sich die Seitenfläche der Kontaktschicht 49, die zu der Nute hin gelegen ist, im Inneren der Oberkante der Nut. Aus diesem Grund wird die Bedeckung durch den Isolierfilm 52 zufriedenstellend.
Als nächstes wird auf den aus SiO₂ bestehenden Isolierfilm 52 ein Photoresistfilm aufgebracht, und es wird eine Photomaske mit einem Fenster in einer Zone von 3 μm (in 4 mit a bezeichnet) Abstand von der Querkante des 50 μm breiten Rippenbereichs und 3 μm (b in 4) Abstand von der Längskante des Rippenbereichs auf dem Wafer aufgebracht. In diesem Zustand werden Ultraviolett-Strahlen mit einer Leistung von 100 mJ aufgestrahlt. Die bestrahlte Zone des Photoresistfilms wird in einer Entwicklerlösung zur Bildung des Fensters gelöst. Nachdem ein Teil des SiO₂-Isolierfilms 52 entsprechend dem Fenster in einer BHF-Lösung aufgelöst ist, wird der Photoresistfilm in einer organischen Lauge aufgelöst. Mit der Abhebemethode wird eine p-Elektrode 53 in einer von den injektionsfreien Zonen unterschiedlichen Zone ausgebildet. Im Anschluß daran wird das Substrat 41 poliert, und auf der Bodenfläche des Substrats 41 wird eine n-Elektrode 54 gebildet.
Als nächstes wird der so gefertigte Wafer in Laser-Arraystäbe mit einer Querabmessung (Resonatorlänge) von 1,5 mm und einer Längsabmessung von 10 bis 20 mm aufgetrennt, so daß die (1.0.0)-Ebene zur Luft hin freiliegt. Die optischen Resonatorstirnflächen jedes Laser-Arraystabs liegen frei. Eine der zwei Stirnflächen ist mit Hilfe von Al₂O₃ schicht-förmig überzogen, wobei die Schicht eine Dicke entsprechend einem Reflexionsverhältnis von 6 ± 1 % (Emissionswellenlänge 809 nm) besitzt. Die andere der beiden Stirnflächen besitzt eine gestapelte Struktur aus λ/4 Oxid (beispielsweise Al₂O₃/TiO₂/(SiO₂/TiO₂)⁴: Al₂O₃, TiO₂, SiO₂, TiO₂, SiO₂, TiO₂, SiO₂, TiO₂, SiO₂ und TiO₂, wobei die Schichten in dieser Reihenfolge ausgehend von der Trennungsebene ausgebildet sind), wobei das Reflexionsverhältnis 95 % oder mehr beträgt. Der Laser-Arraystab mit den Reflexionsverhältnis-Steuerschichten wird aufgetrennt in Halbleiterlaserbauelemente mit Abständen von 500 bis 600 μm, so daß jedes Laserbauelement eine Querabmessung von 500 bis 600 μm und eine Längsabmessung (Resonatorlänge) von 1,5 mm besitzt.
Als nächstes wird der oben beschriebene Halbleiterlaser auf einer Wärmesenke angebracht. Die gesamte Fläche (Cu) der Wärmesenke ist vernickelt (mit einer Dicke von 5 μ m). Außerdem sind auf der Oberfläche, auf der das Bauelement angebracht ist, Ni (50 bis 150 nm), Pt (50 bis 200 nm) und In (3,5 bis 5,5 μm) in der genannten Reihenfolge aufgebracht, so daß die Fläche mindestens dem Vierfachen der Bauelementfläche entspricht. Diese Wärmesenke wird in einem Temperaturbereich von 180 bis 220°C zum Schmelzen von In (Indium) erhitzt, und die p-Ebene des Bauelements wird auf das geschmolzene In aufgebondet.
Die zeitabhängige Zuverlässigkeit des Halbleiterlaserbauelements, welches in oben beschriebener Weise gefertigt wurde, wurde ermittelt. Die Ergebnisse dieser Auswertung sind in den 5 und 6 dargestellt. Ein Bauelement, welches dem oben beschriebenen Halbleiterlaserbauelement gleicht, bei dem aber keine stirnflächenseitige strominjektionsfreie Zone vorhanden war, wurde in einer Umgebungstemperatur von 60°C bei einer Ausgangsleistung von 1,5 W getestet. Die Ergebnisse sind in 5 bei C3 dargestellt. Das gleiche Bauelement wurde in einer Umgebungstemperatur von 60°C bei einer Ausgangsleistung von 2,0 W getestet. Die Ergebnisse sind in 5 bei C2 dargestellt. Ein Bauelement, bei dem eine stirnflächenseitige strominjektionsfreie Struktur ohne die Zugspannungs-Sperrschicht des oben erläuterten Halbleiterlaserbauelements vorhanden war, wurde in einer Umgebungstemperatur von 60°C bei einer Ausgangsleistung von 2,0 W getestet. Die Ergebnisse sind in 5 bei C1 dargestellt. Außerdem wurde das oben beschriebene erfindungsgemäße Halbleiterlaserbauelement, ausgestattet mit der Zugspannungs-Sperrschicht und der stirnflächenseitigen strominjektionsfreien Zone, in einer Umgebungstemperatur von 60°C bei einer Ausgangsleistung von 2,0 W getestet. Die Ergebnisse sind in 6 bei C4 dargestellt. Für jeden Pegel wurden fünf Bauelemente getestet.
Wie in 5 bei C3 dargestellt ist, arbeitet das Bauelement mit der Zugspannungs-Sperrschicht und ohne die stirnflächenseitige strominjektionsfreie Struktur etwa 3.000 Stunden bei einer Ausgangsleistung von 1,5 W. Wird allerdings die Ausgangsleistung auf 2,0 W erhöht, hört der Betrieb des Bauelements nach etwa 600 bis 800 Stunden auf, wie bei C2 in 5 zu sehen ist. Darüber hinaus hört bei dem Bauelement mit stirnflächenseitiger strominjektionsfreier Struktur und ohne die Zugspannungs-Sperrschicht gemäß C1 der Betrieb nach etwa 250 bis 450 Stunden auf. Verglichen mit diesen Ergebnissen wird gemäß C4 in 6 festgestellt, daß das erfindungsgemäße Bauelement mit der Zugspannungs-Sperrschicht und der stirnflächenseitigen strominjektionsfreien Struktur etwa 3.000 Stunden bei einer Ausgangsleistung von 2,0 W arbeitet. Durch Schaffung der InGaAsP-Zugspannungs-Sperrschichten 44, 46 auf der Oberseite und der Unterseite der aktiven Schicht aus InGaAsP und weiter aufgrund der stirnflächenseitigen strominjekti onsfreien Struktur wird also eine weite Verbesserung der Ausgangsleistung bei hoher Betriebszuverlässigkeit erzielt.
Wenn eine stirnflächenseitige strominjektionsfreie Zone in einem Halbleiterlaserbauelement mit einer Rippenstruktur gebildet wird, muß der Schritt zur Ausbildung von Nuten ebenso wie der Schritt zum Entfernen eines Teils der Kontaktschicht zur Bildung der strominjektionsfreien Zone ausgeführt werden, mit der Folge, daß diese Ergebnisse mühselig und zeitraubend sind. Darüber hinaus wird das Photoresistmaterial, welches durch Aufschleudern aufgetragen wird, in den Ätznuten dicker als in den flachen Bereichen, und wird mit einer gemischten Lösung aus Wasser und NH₃:H₂O₂, womit die Kontaktschicht selektiv geätzt wird, gehärtet. Aufgrund dieses Umstands verschlechtert sich die Abhebeleistung des Photoresists, wenn die photolithographische Ätzung nach Ausbildung der Rippennuten erneut vorgenommen wird, so daß Photoresistmaterial in den Nuten verbleibt. Aus diesem Grund ergibt sich das Problem, daß das nicht entfernte Photoresistmaterial die Nuten kontaminiert und dadurch das Haften der Isolierschicht an dieser Stelle verschlechtert, und sich ein Hohlraum etc. während des nachfolgenden Wärmebehandlungs-Sinterschritts zur Ausbildung der Elektroden einstellen, was die Wärmeabstrahlfähigkeit während der Laserabstrahlung mindert. Außerdem gibt es das Problem, daß nach der Bildung der Nuten die Seitenfläche einer Schicht zu der Nut hin für eine längere Zeitspanne freiliegt und dann oxidiert wird, was Kristalldefekte vermehrt, die wiederum die Laseremission beeinträchtigen. Wie bei der zweiten Ausführungsform kann die oben angesprochene Verminderung der Zuverlässigkeit vermieden werden, wenn die Maske zur Bildung der Nuten nicht entfernt wird und außerdem zum Entfernen der Kontaktschicht benutzt wird, so daß die Stirnfläche eine strominjektionsfreie Struktur erhält.
Als nächstes wird ein Halbleiterlaserbauelement einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Dieses Bauelement wird wie dasjenige des Beispiels mit einer Rippenstruktur ausgestattet, in welcher in der p-Kontaktschicht und der Mantelschicht unterhalb der Kontaktschicht Nuten ausgebildet sind. Aus diesem Grund erfolgt lediglich die Beschreibung der Schichtstruktur.
Bei dem Halbleiterlaserbauelement der weiteren Ausführungsform werden auf einem n-GaAs-Substrat in der genannten Reihenfolge folgende Schichten aufgebracht: eine Man telschicht aus n-Ga_1-z1Al_z1As (mit 0,55 ≤ z1 ≤ 0,7), eine optische Wellenleiterschicht aus n- oder i-In_x1Ga_1-x1As_1-y1P_y1 (mit 0,4 ≤ x1 ≤ 0,49 und y1 = x1/0,49), eine Zugspannungs-Sperrschicht aus i-In_x2Ga_1-x2As_1-y2P_y2 (mit x2/0,49 ≤ y2 ≤ 0,3 + (x2/0,49) und 0,8 ≤ y2 ≤ 1,0), eine aktive Quantentopfschicht aus i-In_x3Ga_1-x3As_1-y3P_y (mit 0,3 ≤ x3 ≤ 0,2 und y3 = x3/0,49), eine Zugspannungs-Sperrschicht aus i-In_x2Ga_1-x2As_1-y2P_y2 (mit x2/0,49 ≤ y2 ≤ 0,3 + (x2/0,49) und 0,8 ≤ y2 ≤ 1,0), eine optische Wellenleiterschicht aus p- oder i-In_x1Ga_1-x1As_1-y1P_y1, eine Mantelschicht aus p-Ga_1-z1Al_z1As, und eine p-GaAs-Kontaktschicht. Man beachte, daß jede Mantelschicht und jede optische Wellenleiterschicht Zusammensetzungsverhältnisse besitzen, die einer Gitteranpassung bezüglich des GaAs-Substrats entsprechen. Außerdem kann irgendwo in der Mantelschicht aus p-Ga_1-z1Al_z1As eine p-InGaP-Ätzstoppschicht mit einer Dicke von 10 nm vorgesehen sein.
Bei der ersten und der zweiten (weiteren) Ausführungsform wurde das n-GaAs-Substrat verwendet. Allerdings kann auch ein p-leitendes Substrat verwendet werden. In diesem Fall kehrt sich die Leitfähigkeit jeder Schicht um. Als Wachstumsverfahren für jede Schicht kann man von einem Molekularstrahl-Epitaxialwachstum unter Einsatz von Feststoff oder Gas Gebrauch machen.
Die Breite (Lichtemissionsbreite) des Rippenteils ist nicht auf 50 μm beschränkt, möglich ist jede Breite. Außerdem ist die Breite der U-förmigen Nut 61 nicht auf 10 μm beschränkt. Beispielsweise kann diese Nut 61 eine geradwandige Nut sein, so daß maximale Breite erreicht wird.
Die Fläche der strominjektionsfreien Zone liegt zwischen 5 μm und 50 μm von der Trennungsebene beabstandet. Wenn der Bereich kleine als 5 μm ist, ist es äußerst schwierig, die strominjektionsfreie Zone auszubilden, weil es zu einer Streuung von Strom kommt, die hervorgerufen wird durch die GaAs-Kontaktschicht des zweiten Leitungstyps. Im Ergebnis kommt es zu einer stirnflächigen Beeinträchtigung aufgrund von Wärmeerzeugung. Ist die Zone größer als 50 μm, absorbiert die strominjektionsfreie Zone Licht und erhöht den Lichtverlust, was zu einer Verminderung der Lichtausgangsleistung führt. Die injektionsfreie Zone braucht nicht entlang dem Umfang des Bauelements ausgebildet zu sein. Sie kann sich auf die Lichtemissionszone (den Rippenteil) beschränken oder kann nur an einer der Stirnflächen (Lichtaustritts-Stirnfläche) anstatt an beiden Stirnflächen vorhanden sein.
Der Isolierfilm 52 kann mit einem anderen als dem PCVD-Verfahren gebildet werden. Außerdem ist der Werkstoff nicht auf SiO₂ beschränkt. Man kann jeden Isolierstoff verwenden, soweit er Verarbeitbarkeit besitzt.
Anhand der 7 wird eine Festkörper-Laservorrichtung mit dem Halbleiterlaserbauelement der Ausführungsform als Anregungslichtquelle beschrieben.
Wie in 7 gezeigt ist, handelt es sich bei der Vorrichtung um eine Festkörperlaservorrichtung unter Verwendung der Bildung der zweiten Harmonischen. Das Halbleiterlaserbauelement 71 hoher Ausgangsleistung gemäß der ersten Ausführungsform, angebracht auf einer Wärmesenke 70, dient als Anregungslichtquelle. Die Festkörperlaservorrichtung enthält weiterhin eine Linse 72 zum Sammeln von Anregungslicht, welches von dem Halbleiterlaserbauelement 71 abgestrahlt wird, einen Festkörperlaserkristall 73, in welchem eine Laseremission durch gesammeltes Anregungslicht stattfindet, und einen Auskoppelspiegel 74 in Form eines konkaven Spiegels, wodurch zusammen mit dem Festkörperlaserkristall 73 ein Festkörperlaserresonator gebildet wird. Der Festkörperlaserkristall 73 besitzt auf der Seite des Halbleiterlaserbauelements eine Beschichtung 76, die hochreflektierend für das von dem Festkörperlaserkristall 73 emittierte Licht ist, hingegen für von dem Halbleiterlaserbauelement 71 emittiertes Licht keine Reflexion bietet. Der Festkörperlaserresonator wird gebildet durch den Ausgangsspiegel 74 in Form eines konkaven Spiegels und die Beschichtung 76. Innerhalb des Resonators befindet sich ein nichtlinearer KNbO3-Kristall 75 zum Verringern der Wellenlänge des von dem Festkörperlaserkristall 73 emittierten Laserlichts auf den halben Wert und zum Erzeugen einer zweiten Harmonischen. Man beachte, daß der Festkörperlaserkristall 73 Nb:YVO₄ etc. beinhalten kann. Außerdem kann der nichtlineare Kristall 75 KTP-Material und dergleichen verwenden. Die Temperaturen des Halbleiterlaserbauelements 71, des Festkörperlaserkristalls 73 und des nichtlinearen Kristalls 75 werden von einem (nicht gezeigten) Peltier-Elements gesteuert.
In der Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung erfolgt eine automatische Leistungsregelung (APC). Das heißt, ein Teil des emittierten Lichts wird über einen Strahlabspalter 77 auf ein Lichtempfangselement 78 geleitet und zu dem Halbleiterlaserbauelement 71 zurückgeleitet, so daß die Lichtintensität konstant bleibt.
Das erfindungsgemäße Halbleiterlaserbauelement kann als Array von Halbleiterlaserbauelementen zusätzlich zu der Anregungsquelle für die erfindungsgemäße Festkörperlaservorrichtung eingesetzt werden, sie kann an einer integrierten Schaltung angebracht werden, etc.
Das Halbleiterlaserbauelement und die Festkörperlaservorrichtung gemäß der Erfindung können Laserlicht emittieren, dessen Zuverlässigkeit von einer geringen Ausgangsleistung bis hin zu hoher Ausgangsleistung groß ist. Aufgrund der hohen Zuverlässigkeit können sie in Array-Typ-Halbleiterlasern und integrierten Schaltungen eingesetzt werden. Außerdem sind sie als Lichtquellen in zahlreichen Anwendungsfällen für Hochgeschwindigkeitsinformations- und Bildverarbeitung einsetzbar, ferner bei der optischen Kommunikation, bei der optischen Messung, bei der medizinischen Behandlung und beim Laserdruck.
Während die Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen erläutert wurde, ist die Erfindung nicht auf diesbezügliche Einzelheiten beschränkt, sondern kann im Rahmen des durch die Ansprüche definierten Schutzumfangs modifiziert werden.

Claims

Halbleiterlaserbauelement, umfassend: zwei einander gegenüberliegende Resonatorstirnflächen, wobei auf einem GaAs-Substrat (41) eines ersten Leitungstyps in der folgenden Reihenfolge gestapelt angeordnet sind: eine erste Mantelschicht (42) von einem ersten Leitungstyp, eine erste optische Wellenleiterschicht (43) von einem ersten Leitungstyp oder vom Eigenleitungstyp, eine erste Sperrschicht (44) aus eigenleitendem In_x2Ga_1-x2As_1-y2P_y2 mit einer Zugspannung (wobei x2/0,49 ≤ y2 ≤ 0,3 + (x2/0,49) und 0,8 ≤ y2 ≤ 1,0), eine aktive Quantentopfschicht (45) aus eigenleitendem In_x3Ga_1-x3As_1-y3P_y (mit 0,3 ≤ x3 ≤ 0,2 und y3 ≤ x3/0,49), eine zweite Zugspannungs-Sperrschicht (46) aus eigenleitendem In_x2Ga_1-x2As_1-y2P_y2 (mit x2/0,49 ≤ y2 ≤ 0,3 + (x2/0,49) und 0,8 ≤ y2 ≤ 1,0), eine zweite optische Wellenleiterschicht (47) von einem zweiten Leitungstyp oder vom Eigenleitungstyp, eine zweite Mantelschicht (48) vom zweiten Leitungstyp, und eine zweite leitende Kontaktschicht (49); wobei die erste Mantelschicht (42) und die zweite Mantelschicht (48) Zusammensetzungen aufweisen, die bezüglich dem GaAs-Substrat gitterangepaßt sind; die erste optische Wellenleiterschicht (43) und die zweite optische Wellenleiterschicht (47) Zusammensetzungen aufweisen, die Gitteranpassung bezüglich des GaAs-Substrats aufweisen; die Gesamtdicke der ersten Sperrschicht (44) und der zweiten Sperrschicht (46) zwischen 10 nm und 30 nm liegt; die erste Sperrschicht (44) und die zweite Sperrschicht (46) Zugspannungen bezüglich des GaAs-Substrats aufweisen und eine Zusammensetzung besitzen, bei der das Produkt einer den beiden Sperrschichten gemeinsamen Zugspannungsgröße und der Gesamtdicke zwischen 0,05 nm und 0,2 nm liegt; die aktive Quantentopfschicht (45) eine Zusammensetzung aufweist, die Gitteranpassung bezüglich des GaAs-Substrats besitzt, oder eine Zusammensetzung aufweist, die eine Zugspannung von -0,007 bezüglich des Substrats (41) besitzt; und eine strominjektionsfreie Zone in der Nähe mindestens einer der beiden gegenüberliegenden Resonatorstirnflächen der Kontaktschicht (49) vom zweiten Leitungstyp vorgesehen ist.
Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 1, bei dem die strominjektionsfreie Zone gebildet ist durch Entfernen zumindest eines Teils der Kontaktschicht (49) nahe der einen Resonatorstirnfläche; eine Isolierschicht (52) von der auf der zweiten Mantelschicht (48) verbliebenen Kontaktschicht (49) zu der zu der strominjektionsfreien Zone hin freiliegenden zweiten Mantelschicht gebildet ist, ein Strominjektionsfenster gebildet ist durch Entfernen eines Teils der Isolierschicht (52), um Strom zu injizieren; und eine Elektrode (53) in einem Teil der Isolierschicht (52) gebildet ist, der verschieden ist von der strominjektionsfreien Zone, so daß sie zumindest das Strominjektionsfenster bedeckt.
Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Kontaktschicht (49) GaAs aufweist und die Mantelschicht (48) eine Zusammensetzung besitzt, die durch ein Ätzmittel für GaAs nicht geätzt wird.
Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 2, bei dem die Kontaktschicht (49) GaAs aufweist und die Mantelschicht (48) eine Zusammensetzung besitzt, die von einem Ätzmittel für GaAs nicht geätzt wird.
Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Strominjektionsfreie Zone in einem Bereich zwischen 5 μm und 50 μm von der Resonatorstirnfläche ausgebildet ist.
Festkörperlaservorrichtung, umfassend: eine Anregungslichtquelle (71), und einen Festkörperlaserkristall (73) zum Emittieren von Laserlicht bei Anregung mit Anregungslicht, welches von der Anregungslichtquelle (71) emittiert wird; wobei die Anregungslichtquelle (71) das Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 1 aufweist.