JPH0516677B2 - - Google Patents
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- JPH0516677B2 JPH0516677B2 JP59282128A JP28212884A JPH0516677B2 JP H0516677 B2 JPH0516677 B2 JP H0516677B2 JP 59282128 A JP59282128 A JP 59282128A JP 28212884 A JP28212884 A JP 28212884A JP H0516677 B2 JPH0516677 B2 JP H0516677B2
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の背景〕
本発明は半導体構造を改良に関するものであつ
て、更に詳細には結晶成長の後相互拡散デイスオ
ーダ化(interdiffusion disordering)を受ける
ようになつた量子井戸構造に関するものである。
て、更に詳細には結晶成長の後相互拡散デイスオ
ーダ化(interdiffusion disordering)を受ける
ようになつた量子井戸構造に関するものである。
AlAs−Ga1-xAlxAs−GaAs合金システムにお
いて、異なるヘテロ構造の型を形成することに関
する興味は、相互拡散法によつて更に一層進展し
てきた。特にGa1-xAlxAs合金において、GaAsと
AlAsの相互拡散によるデイスオーダ化、または
GaとAlの相互拡散によるデイスオーダ化が用い
られてきた。相互拡散デイスオーダ化法が興味を
あつめる理由は、結晶成長後それら合金システム
に選択的に適用することによつて、半導体レー
ザ、光導波路、光学的検出器、−族光−電子
集積回路を製作することを可能とするからであ
る。相互拡散デイスオーダ化法はアズグロウン
(as−grown)の量子井戸構造中の領域の選択的
制御を行うことができ、合金組成量を混ぜ合せた
り、不整列化することによつてエネルギーバンド
のシフトアツプと屈折率の減少をもたらし、従来
のエピタキシヤル法を用いて既に成長されている
整列結晶構造中に、活性領域あるいは導波路領域
を形成することができる。
いて、異なるヘテロ構造の型を形成することに関
する興味は、相互拡散法によつて更に一層進展し
てきた。特にGa1-xAlxAs合金において、GaAsと
AlAsの相互拡散によるデイスオーダ化、または
GaとAlの相互拡散によるデイスオーダ化が用い
られてきた。相互拡散デイスオーダ化法が興味を
あつめる理由は、結晶成長後それら合金システム
に選択的に適用することによつて、半導体レー
ザ、光導波路、光学的検出器、−族光−電子
集積回路を製作することを可能とするからであ
る。相互拡散デイスオーダ化法はアズグロウン
(as−grown)の量子井戸構造中の領域の選択的
制御を行うことができ、合金組成量を混ぜ合せた
り、不整列化することによつてエネルギーバンド
のシフトアツプと屈折率の減少をもたらし、従来
のエピタキシヤル法を用いて既に成長されている
整列結晶構造中に、活性領域あるいは導波路領域
を形成することができる。
Ga1-xAlxAs合金システム中GaとAlの間の相互
拡散デイスオーダ化あるいは、GaAs−AlAs超格
子における相互拡散デイスオーダ化については、
以下3組の論文群に述べられている。
拡散デイスオーダ化あるいは、GaAs−AlAs超格
子における相互拡散デイスオーダ化については、
以下3組の論文群に述べられている。
(1) L.L.チヤン(Chang)他による「GaAsと
AlAsの間の相互拡散(Interdiffusion
between GaAs and AlAs)」Applied
Physics Letters第29巻第3号(1976年8月1
日)第138頁−第141頁の論文中にはアニーリン
グによる相互拡散デイスオーダ化について並べ
られている。
AlAsの間の相互拡散(Interdiffusion
between GaAs and AlAs)」Applied
Physics Letters第29巻第3号(1976年8月1
日)第138頁−第141頁の論文中にはアニーリン
グによる相互拡散デイスオーダ化について並べ
られている。
(2) 米国特許第4378255号、Applied Physics
Letters第38巻第10号(1981年5月15日)第776
頁−第778頁のW.D.ライデイグ(Laidig)他に
よる「不純物拡散によるAlAs−GaAs超格子中
の不整列(Disorder of an AlAs−GaAs
Superlattice by Impurity Diffusion)」、 Journal of Applied Physics第53巻第1号
(1982年1月)第766頁−第768頁のL.W.キルホ
ーフア(Kirchoefer)他による「AlAs−GaAs
超格子中の層にそつたZnの拡散と不整列(Zn
Diffusion & Disordering of an AlAs−
GaAs Superlattice Along its Layers)」、こ
れらは例えば600℃−650℃の温度における亜鉛
(Zn)の拡散によつて引起こされる相互拡散デ
イスオーダ化について述べている。
Letters第38巻第10号(1981年5月15日)第776
頁−第778頁のW.D.ライデイグ(Laidig)他に
よる「不純物拡散によるAlAs−GaAs超格子中
の不整列(Disorder of an AlAs−GaAs
Superlattice by Impurity Diffusion)」、 Journal of Applied Physics第53巻第1号
(1982年1月)第766頁−第768頁のL.W.キルホ
ーフア(Kirchoefer)他による「AlAs−GaAs
超格子中の層にそつたZnの拡散と不整列(Zn
Diffusion & Disordering of an AlAs−
GaAs Superlattice Along its Layers)」、こ
れらは例えば600℃−650℃の温度における亜鉛
(Zn)の拡散によつて引起こされる相互拡散デ
イスオーダ化について述べている。
(3) 1982年に米国New Mexico州Albuquerque
において開催された「GaAs及び関連化合物に
関する国際シンポジウム(International
Shmposiumu on GaAs and Related
Compounds)」の報告集第233頁−第239頁の
M.D.カムラス(Camras)他による「不純物注
入と拡散によるAlAs/GaAs超格子の不整列
(Disorder of AlAs/GaAs Superlattices by
the implantation and Diffusion of
Impurities)」にはイオン注入による、すなわ
ち例えば約675℃の温度におけるSiあるいはZn
イオン注入による相互拡散デイスオーダ化につ
いて述べられている。
において開催された「GaAs及び関連化合物に
関する国際シンポジウム(International
Shmposiumu on GaAs and Related
Compounds)」の報告集第233頁−第239頁の
M.D.カムラス(Camras)他による「不純物注
入と拡散によるAlAs/GaAs超格子の不整列
(Disorder of AlAs/GaAs Superlattices by
the implantation and Diffusion of
Impurities)」にはイオン注入による、すなわ
ち例えば約675℃の温度におけるSiあるいはZn
イオン注入による相互拡散デイスオーダ化につ
いて述べられている。
最近になつて、相互拡散デイスオーダ化法は単
一及び多重量子井戸レーザ構造へ適用され、活性
層ヘテロ接合における例えば850℃−1000℃の高
温におけるGaとAlの相互拡散によつて、それら
の出力の波長変調のために利用されるようになつ
てきている。アニーリングの温度と時間を制御す
ることによつて、このレーザ構造の波長は、例え
ば8200Åから7200Åの範囲において、1000Å程度
の範囲のシフトを起こすことができる。この方法
は本発明の譲受人に譲渡された1983年2月2日付
の米国特許出願第528766号「熱処理による量子井
戸レーザの波長同調(Wavelength Tuning of
Quantum Well Lasers by Thermal
Annealing)」に述べられている。
一及び多重量子井戸レーザ構造へ適用され、活性
層ヘテロ接合における例えば850℃−1000℃の高
温におけるGaとAlの相互拡散によつて、それら
の出力の波長変調のために利用されるようになつ
てきている。アニーリングの温度と時間を制御す
ることによつて、このレーザ構造の波長は、例え
ば8200Åから7200Åの範囲において、1000Å程度
の範囲のシフトを起こすことができる。この方法
は本発明の譲受人に譲渡された1983年2月2日付
の米国特許出願第528766号「熱処理による量子井
戸レーザの波長同調(Wavelength Tuning of
Quantum Well Lasers by Thermal
Annealing)」に述べられている。
単一または多重量子井戸構造すなわちヘテロ構
造量子井戸レーザに対して元素注入、元素拡散、
または高温における熱処理を行うことによつて相
互拡散デイスオーダ化を行う場合には、その井戸
のエネルギーバンド形状は与えられた相互拡散デ
イスオーダ化処理の程度に従つて変化する。
造量子井戸レーザに対して元素注入、元素拡散、
または高温における熱処理を行うことによつて相
互拡散デイスオーダ化を行う場合には、その井戸
のエネルギーバンド形状は与えられた相互拡散デ
イスオーダ化処理の程度に従つて変化する。
AlAs−GaAs界面、GaAs−GaAlAs界面、ま
たはGa1-xAlxAs−Ga1-yAlyAs(y>x)界面の
場合には、この構造を横切るAlの濃度勾配は、
相互拡散デイスオーダ化処理以前のエピタキシヤ
ルなアズグロウン構造におけるそれ程急峻でな
い。
たはGa1-xAlxAs−Ga1-yAlyAs(y>x)界面の
場合には、この構造を横切るAlの濃度勾配は、
相互拡散デイスオーダ化処理以前のエピタキシヤ
ルなアズグロウン構造におけるそれ程急峻でな
い。
第1A図ないし第1C図は、当分野において知
られている、GaAs/GaAlAs系の各種量子井戸
構造を示している。第1A図においては、エネル
ギーバンド構造10をもつ量子井戸構造はGa1-x
AlxAsの井戸層12を含んでいる。ここでxはお
よそ0から0.35の間であり、従つて層12は
GaAs層であつてもよく、Al濃度の低いGaAlAs
層でもよい。量子サイズ効果を示すために、層1
2の厚さは15Åから500Åの範囲の値をとる。ク
ラツド層15と16は、x′をおよそ0.15から1.00
の値としたGa1-x′Alx′Asを含んでいる。すなわち
層15と16は高濃度Alを含むGaAlAsかAlAs
である。
られている、GaAs/GaAlAs系の各種量子井戸
構造を示している。第1A図においては、エネル
ギーバンド構造10をもつ量子井戸構造はGa1-x
AlxAsの井戸層12を含んでいる。ここでxはお
よそ0から0.35の間であり、従つて層12は
GaAs層であつてもよく、Al濃度の低いGaAlAs
層でもよい。量子サイズ効果を示すために、層1
2の厚さは15Åから500Åの範囲の値をとる。ク
ラツド層15と16は、x′をおよそ0.15から1.00
の値としたGa1-x′Alx′Asを含んでいる。すなわち
層15と16は高濃度Alを含むGaAlAsかAlAs
である。
相互拡散デイスオーダ化によつて、量子井戸領
域12とクラツド層15,16との間の界面にお
いてGaとAlの相互拡散が起こる。第1A図に示
されたように、単一の量子井戸領域12を形成し
ているものとエネルギーバンド分布10は有限の
矩形井戸を有している。相互拡散デイスオーダ化
によつて最初有限の矩形であつた井戸はより放物
線的な形状に変化し、井戸の深さも浅く変化し、
Ga−Alの相互拡散のためGa1-xAlxAsの端部は丸
みをおびてくる。この変化後の形状は点線13で
示してある。井戸12のこの浅くなることによつ
て、この井戸中にとじこめられる電子及び正孔の
状態は異なるエネルギーレベルへシフトされる。
これら状態に関するより詳細な論議は上述の米国
特許出願第528766号に見出されるであろう。
域12とクラツド層15,16との間の界面にお
いてGaとAlの相互拡散が起こる。第1A図に示
されたように、単一の量子井戸領域12を形成し
ているものとエネルギーバンド分布10は有限の
矩形井戸を有している。相互拡散デイスオーダ化
によつて最初有限の矩形であつた井戸はより放物
線的な形状に変化し、井戸の深さも浅く変化し、
Ga−Alの相互拡散のためGa1-xAlxAsの端部は丸
みをおびてくる。この変化後の形状は点線13で
示してある。井戸12のこの浅くなることによつ
て、この井戸中にとじこめられる電子及び正孔の
状態は異なるエネルギーレベルへシフトされる。
これら状態に関するより詳細な論議は上述の米国
特許出願第528766号に見出されるであろう。
第1B図に示すエネルギーバンド分布20は同
様の量子井戸構造を含んでいるが、更に別の外側
層17,18を含んでいる。それらはx″をおよ
そ0.30から1.00の間の値としたGa1-x″Alx″As層で
あり、すなわち層17,18は高濃度Alを含む
GaAlAsかAlAsかである。他方中間のクラツド
層15と16においてはAlの組成比はおよそ0.15
から0.85の間の値である、すなわち層15と16
は中程度のAl濃度のGaAlAsの層である。十分な
相互拡散デイスオーダ化を行うと、最初有限な矩
形形状であつた井戸12はより曲線的または放物
線状に変化する。変化後の形状を点線14で示し
てある。注意すべき点は、形状20中の相互拡散
デイスオーダ化は形状10中のそれとくらべてよ
り本質的であつて図示されたように井戸12の埋
立てがより顕著に発生しているということであ
る。
様の量子井戸構造を含んでいるが、更に別の外側
層17,18を含んでいる。それらはx″をおよ
そ0.30から1.00の間の値としたGa1-x″Alx″As層で
あり、すなわち層17,18は高濃度Alを含む
GaAlAsかAlAsかである。他方中間のクラツド
層15と16においてはAlの組成比はおよそ0.15
から0.85の間の値である、すなわち層15と16
は中程度のAl濃度のGaAlAsの層である。十分な
相互拡散デイスオーダ化を行うと、最初有限な矩
形形状であつた井戸12はより曲線的または放物
線状に変化する。変化後の形状を点線14で示し
てある。注意すべき点は、形状20中の相互拡散
デイスオーダ化は形状10中のそれとくらべてよ
り本質的であつて図示されたように井戸12の埋
立てがより顕著に発生しているということであ
る。
第1C図中のエネルギーバンド分布30は第1
B図の単一井戸を用いた超格子をあらわしてお
り、xをおよそ0から0.35までの間の値とした時
のGa1-xAlxAsの4個の量子井戸12A,12B,
12C,12Dを含んでいる。これら井戸は
Ga1-x′Alx′As(x′=0.15〜0.85)の3つの障壁層1
5A,15B,15Cで区切られている。層15
A,15B,15CはAlAsであつてもよいとい
うことに留意されたい。相互拡散デイスオーダ化
によつて、最初矩形形状であつた井戸12A,1
2B,12C,12Dは第1C図中に点線19で
示されたように曲線的に変化する。
B図の単一井戸を用いた超格子をあらわしてお
り、xをおよそ0から0.35までの間の値とした時
のGa1-xAlxAsの4個の量子井戸12A,12B,
12C,12Dを含んでいる。これら井戸は
Ga1-x′Alx′As(x′=0.15〜0.85)の3つの障壁層1
5A,15B,15Cで区切られている。層15
A,15B,15CはAlAsであつてもよいとい
うことに留意されたい。相互拡散デイスオーダ化
によつて、最初矩形形状であつた井戸12A,1
2B,12C,12Dは第1C図中に点線19で
示されたように曲線的に変化する。
量子井戸構造を形成するためのエピタキシヤル
成長時に、井戸の最上部における井戸幅を制御
し、または広くなりすぎないように保証すること
が必要な場合がある。また装置収率の立場から、
相互拡散デイスオーダ化の方法をより長時間適用
することは望ましくない。
成長時に、井戸の最上部における井戸幅を制御
し、または広くなりすぎないように保証すること
が必要な場合がある。また装置収率の立場から、
相互拡散デイスオーダ化の方法をより長時間適用
することは望ましくない。
本発明に従えば、すくなくとも1つの量子井戸
層を有し量子サイズ効果の示すことのできる半導
体構造に関して、それのエネルギーバンド分布を
変形させるための手段が用いられる。そのような
手段は量子井戸層の表面に隣接するすくなくとも
1つの薄いデイスオーダ化される成分層を含んで
おり、その中にはそれに隣接する層中にもしある
としても、それよりも高濃度のデイスオーダ成分
を含んでいる。このデイスオーダ成分は、
GaAs/GaAlAs系中ではAlとGaである。本発明
においては、デイスオーダ成分のAlは、活性領
域や導波路のような中間隣接層中にデイスオーダ
成分Gaが高濃度で含まれているのに対して、相
互拡散用のAl蓄積部を供給することが重要であ
る。デイスオーダ成分層は量子井戸層の相互拡散
デイスオーダ化用の成分蓄積部として機能する。
井戸層に隣接して設けられた薄いデイスオーダ成
分層中のより高濃度のデイスオーダ成分はデイス
オーダ成分用のすぐに間に合う供給源となる。す
なわちAlは相互拡散デイスオーダ化プロセスの
適用時間をへらすと共に、相互拡散プロセス間の
Alの早い欠乏化をさける。これによつてアズグ
ロウンの構成をそのようなプロセスに必要なより
高い温度にさらす時間をへらすことができる。こ
の薄い成分層はまた同時に量子井戸の界面におい
てキヤリアの障壁を高くして光学的閉じ込め効果
を高める働きをする。このことは半導体レーザ構
造の形成などのようにキヤリアや光学的閉じ込め
が重要である領域において特に望ましいことであ
る。
層を有し量子サイズ効果の示すことのできる半導
体構造に関して、それのエネルギーバンド分布を
変形させるための手段が用いられる。そのような
手段は量子井戸層の表面に隣接するすくなくとも
1つの薄いデイスオーダ化される成分層を含んで
おり、その中にはそれに隣接する層中にもしある
としても、それよりも高濃度のデイスオーダ成分
を含んでいる。このデイスオーダ成分は、
GaAs/GaAlAs系中ではAlとGaである。本発明
においては、デイスオーダ成分のAlは、活性領
域や導波路のような中間隣接層中にデイスオーダ
成分Gaが高濃度で含まれているのに対して、相
互拡散用のAl蓄積部を供給することが重要であ
る。デイスオーダ成分層は量子井戸層の相互拡散
デイスオーダ化用の成分蓄積部として機能する。
井戸層に隣接して設けられた薄いデイスオーダ成
分層中のより高濃度のデイスオーダ成分はデイス
オーダ成分用のすぐに間に合う供給源となる。す
なわちAlは相互拡散デイスオーダ化プロセスの
適用時間をへらすと共に、相互拡散プロセス間の
Alの早い欠乏化をさける。これによつてアズグ
ロウンの構成をそのようなプロセスに必要なより
高い温度にさらす時間をへらすことができる。こ
の薄い成分層はまた同時に量子井戸の界面におい
てキヤリアの障壁を高くして光学的閉じ込め効果
を高める働きをする。このことは半導体レーザ構
造の形成などのようにキヤリアや光学的閉じ込め
が重要である領域において特に望ましいことであ
る。
このデイスオーダ成分量は量子井戸層の片面あ
るいは両面に隣接して設けられる。更に、デイス
オーダ成分層は多重量子井戸構造に関しても設け
られる。
るいは両面に隣接して設けられる。更に、デイス
オーダ成分層は多重量子井戸構造に関しても設け
られる。
他の目的や特徴は、本発明のより完全な理解と
共に、以下の図面を参照した詳細な説明から明ら
かになるであろう。
共に、以下の図面を参照した詳細な説明から明ら
かになるであろう。
第2A図を参照すると、本発明に関する「一般
的な」エネルギーバンド分布40が示されてい
る。分布40はxを例えばおよそ0から0.35の間
の値とした時のGa1-xAlxAsの単一の量子井戸層
42を表わしている。井戸42の表面に隣接して
すくなくとも1つの薄いデイスオーダ成分層44
がとりつけられている。この層はGa1-ylyAsであ
り、Alがデイスオーダ成分であつて、yは量子
井戸層42中のAlxとくらべてかなり大きくすな
わちy>xであるような層である。デイスオーダ
成分層44の次のクラツド層45がある。それは
x′を例えばおよそ0.15から0.85の間の値とした
Ga1-x′Alx′Asの層である。しかし、層44中の
Aly成分は層45中のAlx′よりも、すくなくとも
15%はより大きいことが望ましい。量子井戸層4
2の他の表面にはGa1-x′Alx′Asの層46が隣接し
ている。ここでx′は例えばおよそ0.15から0.85の
間の値である。
的な」エネルギーバンド分布40が示されてい
る。分布40はxを例えばおよそ0から0.35の間
の値とした時のGa1-xAlxAsの単一の量子井戸層
42を表わしている。井戸42の表面に隣接して
すくなくとも1つの薄いデイスオーダ成分層44
がとりつけられている。この層はGa1-ylyAsであ
り、Alがデイスオーダ成分であつて、yは量子
井戸層42中のAlxとくらべてかなり大きくすな
わちy>xであるような層である。デイスオーダ
成分層44の次のクラツド層45がある。それは
x′を例えばおよそ0.15から0.85の間の値とした
Ga1-x′Alx′Asの層である。しかし、層44中の
Aly成分は層45中のAlx′よりも、すくなくとも
15%はより大きいことが望ましい。量子井戸層4
2の他の表面にはGa1-x′Alx′Asの層46が隣接し
ている。ここでx′は例えばおよそ0.15から0.85の
間の値である。
量子井戸層42のもう一方の表面に薄いデイス
オーダ成分層44Aを隣接させてもよい。層44
Aは第2A図に点線の輪郭で示してある。通常は
井戸層42に隣接して一対の薄いデイスオーダ成
分層44と44Aを設けることが望ましいが、本
発明の効果と利点を得るために単一層44を設け
る場合も本発明の範囲に含まれる。
オーダ成分層44Aを隣接させてもよい。層44
Aは第2A図に点線の輪郭で示してある。通常は
井戸層42に隣接して一対の薄いデイスオーダ成
分層44と44Aを設けることが望ましいが、本
発明の効果と利点を得るために単一層44を設け
る場合も本発明の範囲に含まれる。
上で述べたように、薄いデイスオーダ成分層4
4、または層44と44Aはデイスオーダ成分す
なわちAlを、層42及びクラツド層45,46
の中よりもより高濃度に含んでいる。Alの濃度
は量子井戸層42とクラツド層45,46との間
ですくなくとも15%以上異なつていることが望ま
しく、更に層44とクラツド層45,46との間
ですくなくとも15%以上異なつていることが望ま
しい。第2A図中の層44に関して、点線の輪郭
形47で、層44中に含まれるAlの量の範囲を
表わすエネルギーバンドのレベルの例が示されて
おり、層44と層45との間にAlの量の差が存
在するものとして、100%すなわち完全にAlAsま
での範囲を示している。このように、例えば、も
し層45中のx′が0.40であれば、層44中のyは
0.55またはそれ以上となる。別の例として、x′が
0.85であれば層44中のyは1.00すなわちAlAsと
なる。
4、または層44と44Aはデイスオーダ成分す
なわちAlを、層42及びクラツド層45,46
の中よりもより高濃度に含んでいる。Alの濃度
は量子井戸層42とクラツド層45,46との間
ですくなくとも15%以上異なつていることが望ま
しく、更に層44とクラツド層45,46との間
ですくなくとも15%以上異なつていることが望ま
しい。第2A図中の層44に関して、点線の輪郭
形47で、層44中に含まれるAlの量の範囲を
表わすエネルギーバンドのレベルの例が示されて
おり、層44と層45との間にAlの量の差が存
在するものとして、100%すなわち完全にAlAsま
での範囲を示している。このように、例えば、も
し層45中のx′が0.40であれば、層44中のyは
0.55またはそれ以上となる。別の例として、x′が
0.85であれば層44中のyは1.00すなわちAlAsと
なる。
デイスオーダ成分層の目的は、半導体装置を設
計する場合に有用なキヤリアに対する障壁を増大
させるためのみならず、相互拡散デイスオーダ化
プロセスに役立てるためのデイスオーダ成分Al
の蓄積部を供給するためでもある。これらの付加
的な高濃度Alを含む薄い層は、量子井戸エネル
ギーバンド分布、キヤリア濃度、接合特性のモデ
リングの制御を改善するための相互拡散デイスオ
ーダ化の間の井戸層界面へのAlの供給に対する
積極的な手法を供給する。更に、デイスオーダ成
分層の採用によつて井戸の最上部における井戸幅
の増大という利点が得られ、相互拡散デイスオー
ダ化プロセス中のAlの早期の欠乏回避と共にキ
ヤリアのトラツプと閉じ込めの効果が得られる。
計する場合に有用なキヤリアに対する障壁を増大
させるためのみならず、相互拡散デイスオーダ化
プロセスに役立てるためのデイスオーダ成分Al
の蓄積部を供給するためでもある。これらの付加
的な高濃度Alを含む薄い層は、量子井戸エネル
ギーバンド分布、キヤリア濃度、接合特性のモデ
リングの制御を改善するための相互拡散デイスオ
ーダ化の間の井戸層界面へのAlの供給に対する
積極的な手法を供給する。更に、デイスオーダ成
分層の採用によつて井戸の最上部における井戸幅
の増大という利点が得られ、相互拡散デイスオー
ダ化プロセス中のAlの早期の欠乏回避と共にキ
ヤリアのトラツプと閉じ込めの効果が得られる。
量子井戸層42の厚さは15Åから500Åの間の
値をとるのが普通である。多くの応用において
は、厚さはこの範囲の下限値にある、すなわちヘ
テロ構造の量子井戸レーザでは量子井戸層の厚さ
は60Åから80Åの間の値である。デイスオーダ成
分層44及び44Aの厚さは1原子層すなわちお
よそ3Åから、300Åの厚いものまである。
値をとるのが普通である。多くの応用において
は、厚さはこの範囲の下限値にある、すなわちヘ
テロ構造の量子井戸レーザでは量子井戸層の厚さ
は60Åから80Åの間の値である。デイスオーダ成
分層44及び44Aの厚さは1原子層すなわちお
よそ3Åから、300Åの厚いものまである。
第2B図から第2H図は、本発明のデイスオー
ダ層を用いた量子井戸構造の各種のエネルギーバ
ンド分布を示している。しかし、ここに示したも
の以外の例も可能であると考えられ、ここに示し
たものはそれらをも代表しているつもりである。
ダ層を用いた量子井戸構造の各種のエネルギーバ
ンド分布を示している。しかし、ここに示したも
の以外の例も可能であると考えられ、ここに示し
たものはそれらをも代表しているつもりである。
第2B図のエネルギーバンド分布50は、xを
例えばおよそ0から0.35の間の値としたときの
Ga1-xAlxAsの量子井戸層52、yを例えばおよ
そ0.15から0.85の間の値としたときのGa1-yAlyAs
の隣接するデイスオーダ成分層53と54、x′を
量子井戸層52、デイスオーダ成分層53,5
4、外側層57,58中のAlの濃度に依存して
おそよ0.15から0.85の間の値としたときの
Ga1-x′Alx′Asの中間クラツド層55と56、を含
んでいる。外側層57と58はx″をおよそ0.35か
ら1.00の間の値としたときのGa1-x″Alx″Asであ
る。
例えばおよそ0から0.35の間の値としたときの
Ga1-xAlxAsの量子井戸層52、yを例えばおよ
そ0.15から0.85の間の値としたときのGa1-yAlyAs
の隣接するデイスオーダ成分層53と54、x′を
量子井戸層52、デイスオーダ成分層53,5
4、外側層57,58中のAlの濃度に依存して
おそよ0.15から0.85の間の値としたときの
Ga1-x′Alx′Asの中間クラツド層55と56、を含
んでいる。外側層57と58はx″をおよそ0.35か
ら1.00の間の値としたときのGa1-x″Alx″Asであ
る。
第2C図は、第2B図の井戸構造を用いた多重
井戸構造を表わしている。エネルギーバンド分布
60は4個の井戸層52A,52B,52C,5
2Dと隣接するデイスオーダ成分層53A,53
B,53C,53Dと54A,54B,54C,
54Dを示している。これらのデイスオーダ層
は、クラツド層55,56と同じ成分と中間層5
9によつて順次分離されている。
井戸構造を表わしている。エネルギーバンド分布
60は4個の井戸層52A,52B,52C,5
2Dと隣接するデイスオーダ成分層53A,53
B,53C,53Dと54A,54B,54C,
54Dを示している。これらのデイスオーダ層
は、クラツド層55,56と同じ成分と中間層5
9によつて順次分離されている。
第2D図のエネルギーバンド分布70は、デイ
スオーダ成分層53と54が、yを0.85から1.00
すなわちAlAsまでとしたGa1-yAlyAsであるよう
な高濃度のAlを含んでいる点を除いて、第2B
図の分布50と同様であるヘテロ構造レーザ中に
用いると、それらの構造は、光学的閉じ込め及び
導波作用のために中間層55及び56中へのビー
ムの拡大を許容しながらすぐれたキヤリア閉じ込
め効果を与えることができる。
スオーダ成分層53と54が、yを0.85から1.00
すなわちAlAsまでとしたGa1-yAlyAsであるよう
な高濃度のAlを含んでいる点を除いて、第2B
図の分布50と同様であるヘテロ構造レーザ中に
用いると、それらの構造は、光学的閉じ込め及び
導波作用のために中間層55及び56中へのビー
ムの拡大を許容しながらすぐれたキヤリア閉じ込
め効果を与えることができる。
第2E図は第2D図の井戸構造を用いた多重量
子井戸構成を示している。エネルギーバンド分布
80は4個の量子井戸層52A,52B,52
C,52Dを隣接するデイスオーダ成分層53
A,53B,53C,53D及び54A,54
B,54C,54Dと共に示している。これらの
デイスオーダ層は、クラツド層55及び56と同
一あるいは同様の組成を有する中間層79によつ
て順次分離される。
子井戸構成を示している。エネルギーバンド分布
80は4個の量子井戸層52A,52B,52
C,52Dを隣接するデイスオーダ成分層53
A,53B,53C,53D及び54A,54
B,54C,54Dと共に示している。これらの
デイスオーダ層は、クラツド層55及び56と同
一あるいは同様の組成を有する中間層79によつ
て順次分離される。
第2A図の一般的なエネルギーバンド分布に関
して既に述べたように、デイスオーダ成分層53
と54中のAlyデイスオーダ成分は、それぞれy
>x′>x0としたときGa1-xAlxAsとGa1-x
Alx′Asである隣接層52と55,56中のAlの
濃度に依存して、例えば0.15から1.00の間の値を
とる。
して既に述べたように、デイスオーダ成分層53
と54中のAlyデイスオーダ成分は、それぞれy
>x′>x0としたときGa1-xAlxAsとGa1-x
Alx′Asである隣接層52と55,56中のAlの
濃度に依存して、例えば0.15から1.00の間の値を
とる。
第2F図、第2G図、第2H図は、中間クラツ
ド層の領域において空間的に変化するエネルギー
バンド分布をもつ単一量子井戸構造のエネルギー
バンド分布の3つの例を示している。第2F図
は、中間クラツド層95と96が直線的な空間変
化をするGa1-x′Alx′Asの合金組成、すなわちx′が
成長過程で約0.15から1.00の間を直線的に徐々に
変化するようになつた点を除いて、第2B図の分
布50に示したのと同じ量子井戸構造についての
エネルギーバンド分布90を示している。
ド層の領域において空間的に変化するエネルギー
バンド分布をもつ単一量子井戸構造のエネルギー
バンド分布の3つの例を示している。第2F図
は、中間クラツド層95と96が直線的な空間変
化をするGa1-x′Alx′Asの合金組成、すなわちx′が
成長過程で約0.15から1.00の間を直線的に徐々に
変化するようになつた点を除いて、第2B図の分
布50に示したのと同じ量子井戸構造についての
エネルギーバンド分布90を示している。
第2G図は、中間クラツド層105,106が
放物線状または凹型に空間変化するGa1-x′Alx′As
の合金組成をもつ、すなわち例えばx′が成長過程
において約0.15から1.00の間で放物線状に徐徐に
変化するようになつている点を除いて、分布50
と同じ分布をもつ量子井戸構造に対するエネルギ
ーバンド分布100を示している。
放物線状または凹型に空間変化するGa1-x′Alx′As
の合金組成をもつ、すなわち例えばx′が成長過程
において約0.15から1.00の間で放物線状に徐徐に
変化するようになつている点を除いて、分布50
と同じ分布をもつ量子井戸構造に対するエネルギ
ーバンド分布100を示している。
第2H図は、中間クラツド層115,116が
逆放物線状または凸型に空間変化する
Ga1-x′Alx′Asの合金組成をもつ、すなわち例えば
x′が成長過程において約0.15から1.00の間で放物
線的に徐徐に変化するようになつている点を除い
て、分布50と同じ分布をもつ量子井戸構造に対
するエネルギーバンド分布110を示している。
逆放物線状または凸型に空間変化する
Ga1-x′Alx′Asの合金組成をもつ、すなわち例えば
x′が成長過程において約0.15から1.00の間で放物
線的に徐徐に変化するようになつている点を除い
て、分布50と同じ分布をもつ量子井戸構造に対
するエネルギーバンド分布110を示している。
第2F図、第2G図、第2H図のエネルギーバ
ンド分布によつて表わした量子井戸構造を用いる
ことの利点は、各々の中間層95,96、または
105,106、または115,116中に勾配
が存在することによつて、例えば半導体レーザ中
におけるビーム出力のビーム強度断面分布を望み
どおりに設計できる点である。言いかえると、レ
ーザによつて発生するビームの強度分布を設計す
ることが可能になる。例えば第2G図の放物線状
の分布を用いることによつて、出力ビーム中の強
度分布をガウス分布形状にすることができる。
ンド分布によつて表わした量子井戸構造を用いる
ことの利点は、各々の中間層95,96、または
105,106、または115,116中に勾配
が存在することによつて、例えば半導体レーザ中
におけるビーム出力のビーム強度断面分布を望み
どおりに設計できる点である。言いかえると、レ
ーザによつて発生するビームの強度分布を設計す
ることが可能になる。例えば第2G図の放物線状
の分布を用いることによつて、出力ビーム中の強
度分布をガウス分布形状にすることができる。
ビーム強度分布整形の利点と共に、半導体レー
ザ構造中にデイスオーダ成分層53,54を用い
ることによつて、例えば上に述べた米国特許出願
第528766号に述べられたような相互拡散デイスオ
ーダ化の適用によつて、レーザの波長同調が可能
となる。結果として、半導体レーザを現状の技術
を用いて、あらかじめ設計されたビーム強度分布
と、選ばれた波長特性を持つた形で容易に作製で
きることになる。
ザ構造中にデイスオーダ成分層53,54を用い
ることによつて、例えば上に述べた米国特許出願
第528766号に述べられたような相互拡散デイスオ
ーダ化の適用によつて、レーザの波長同調が可能
となる。結果として、半導体レーザを現状の技術
を用いて、あらかじめ設計されたビーム強度分布
と、選ばれた波長特性を持つた形で容易に作製で
きることになる。
第3A図から第3C図は、選ばれた量子井戸構
造に対し選ばれた相互拡散デイスオーダ化法を適
用することによつて、もとのエネルギーバンド分
布がどのように変化するかを変化の段階に従つて
示したものである。選ばれた量子井戸構造は第2
B図の分布50に基づいている。この分布は第3
図に再現されており、相互拡散デイスオーダ化に
よつて変化するエネルギーバンド分布を点線で表
わす。もちろん、各図面においてデイスオーダ成
分は保存される。
造に対し選ばれた相互拡散デイスオーダ化法を適
用することによつて、もとのエネルギーバンド分
布がどのように変化するかを変化の段階に従つて
示したものである。選ばれた量子井戸構造は第2
B図の分布50に基づいている。この分布は第3
図に再現されており、相互拡散デイスオーダ化に
よつて変化するエネルギーバンド分布を点線で表
わす。もちろん、各図面においてデイスオーダ成
分は保存される。
第3A図は、量子井戸層52、デイスオーダ成
分層53,54、及び中間層55,56の間で相
互拡散デイスオーダ化が開始されて、これらの層
間でGaとAlの相互拡散が始まつた初期の段階を
表わしている。デイスオーダ成分のAlは有効に
制御された相互拡散を可能とするために利用でき
る形で比較的多量に存在する層53と54から相
互拡散する。
分層53,54、及び中間層55,56の間で相
互拡散デイスオーダ化が開始されて、これらの層
間でGaとAlの相互拡散が始まつた初期の段階を
表わしている。デイスオーダ成分のAlは有効に
制御された相互拡散を可能とするために利用でき
る形で比較的多量に存在する層53と54から相
互拡散する。
第3A図から明らかなように、井戸層52の領
域へのAlの相互拡散のために層53と54のも
との分布が減衰しはじめると共に、層52の井戸
が埋まりはじめる。点線51Aはエネルギーバン
ド分布のこの初期の変化を示す。
域へのAlの相互拡散のために層53と54のも
との分布が減衰しはじめると共に、層52の井戸
が埋まりはじめる。点線51Aはエネルギーバン
ド分布のこの初期の変化を示す。
相互拡散デイスオーダ化が進行すると、層53
と54の分布が減衰すると共に、層52の井戸は
より一層埋まる。このことは第3B図に点線分布
51Bで示されており、更に進行した形のものを
第3C図に点線分布51Cで示してある。分布5
1Cの場合、層52の井戸は、実際上、中間層5
5と56中とほゞ同程度に、相互拡散したAlに
よつて埋められている。
と54の分布が減衰すると共に、層52の井戸は
より一層埋まる。このことは第3B図に点線分布
51Bで示されており、更に進行した形のものを
第3C図に点線分布51Cで示してある。分布5
1Cの場合、層52の井戸は、実際上、中間層5
5と56中とほゞ同程度に、相互拡散したAlに
よつて埋められている。
エネルギーバンド分布に関して上に述べた議論
では、電流注入装置で必要なドーピングの型と濃
度については考慮していない。用いられるドーピ
ング型と濃度に依存して、屈折率と等価エネルギ
ーバンド分布のすこしの変化が発生しうる。更
に、例えば層45,46または55,56、また
は57,58中の三元化合物GaAlAsの組成比
x′とx″の範囲は、ドーピングの型と濃度の差を調
節するため、正確には同一でなくなる。これらの
因子については当業者にとつて知られているの
で、本発明の議論においては取扱わない。
では、電流注入装置で必要なドーピングの型と濃
度については考慮していない。用いられるドーピ
ング型と濃度に依存して、屈折率と等価エネルギ
ーバンド分布のすこしの変化が発生しうる。更
に、例えば層45,46または55,56、また
は57,58中の三元化合物GaAlAsの組成比
x′とx″の範囲は、ドーピングの型と濃度の差を調
節するため、正確には同一でなくなる。これらの
因子については当業者にとつて知られているの
で、本発明の議論においては取扱わない。
本発明に関して更に考慮することは、2層ある
いはそれ以上の層間に、またはいくつかの連続的
に堆積した層すなわち超格子中に存在するAl量
の大きな変化のために発生したひずみを解放する
ための技法の適用についてである。例えば、
AlAs/GaAsの超格子を成長させる替りにZを
0.04とした場合AlAs1-zPz/GaAsの超格子を成長
させることである。これによつて、それら構造に
おいて最適の格子整合が得られる。三元化合物
GaAlAsの格子をGaAsへ整合させるためには、
三元化合物中のAlの量に依存した適量のPを加
える必要がある。格子整合の目的に用いられる他
の元素としては、SbやInがある。
いはそれ以上の層間に、またはいくつかの連続的
に堆積した層すなわち超格子中に存在するAl量
の大きな変化のために発生したひずみを解放する
ための技法の適用についてである。例えば、
AlAs/GaAsの超格子を成長させる替りにZを
0.04とした場合AlAs1-zPz/GaAsの超格子を成長
させることである。これによつて、それら構造に
おいて最適の格子整合が得られる。三元化合物
GaAlAsの格子をGaAsへ整合させるためには、
三元化合物中のAlの量に依存した適量のPを加
える必要がある。格子整合の目的に用いられる他
の元素としては、SbやInがある。
本発明は、特定の実施例について述べてきた
が、これまでの説明から当業者にとつては、多く
の修正や変更が可能であることが明らかであろ
う。従つて、それらの変更や修正は本発明の範囲
に含まれると解釈されるべきである。
が、これまでの説明から当業者にとつては、多く
の修正や変更が可能であることが明らかであろ
う。従つて、それらの変更や修正は本発明の範囲
に含まれると解釈されるべきである。
第1A図、第1B図、第1C図は、既知の単一
または多重量子井戸構造に対して相互拡散デイス
オーダ化を施こす前、後でのエネルギーバンド分
布を示している。第2A図から第2H図は、本発
明の薄いデイスオーダ成分層を含む、単一または
多重量子井戸構造の各種のエネルギーバンド分布
を示している。第2A図は、単一量子井戸構造中
の単一の薄いデイスオーダ成分層に対するエネル
ギーバンド分布を示している。第2B図は、一対
の隣接した薄いデイスオーダ成分層をとりつけた
単一の量子井戸構造についてのエネルギーバンド
分布を示している。第2C図は、多重量子井戸構
造のエネルギーバンド分布を示している。第2D
図は、より高濃度のデイスオーダ成分を含む薄い
デイスオーダ成分層である点を除いて、第2B図
と同様の多段のエネルギーバンド分布を有する量
子井戸構造のエネルギーバンド分布を示す。第2
E図は、より高濃度のデイスオーダ成分を含む薄
いデイスオーダ成分層である点を除いて、第2C
図と同様のエネルギーバンド分布を有する多重量
子井戸構造のエネルギーバンド分布を示す。第2
F図、第2G図、第2H図は、中間クラツド層が
成分量の勾配をもつたエネルギーバンド分布をも
つているような、隣接する薄いデイスオーダ成分
層を備えた量子井戸構造のエネルギーバンド分布
を示している。第3A図から第3C図は、第2B
図の単一量子井戸構造のエネルギーバンド分布に
対する相互拡散デイスオーダ化の効果の各種段階
を示している。 (参照符号)、10……エネルギーバンド分布、
12……量子井戸層、13,14……変化後のエ
ネルギーバンド分布、15,16……クラツド
層、17,18……外側層、19……量子井戸形
状、20……エネルギーバンド分布、30……エ
ネルギーバンド分布、40……エネルギーバンド
分布、42……量子井戸層、44……デイスオー
ダ層、45……クラツド層、46……クラツド
層、47……エネルギーバンド分布、50……エ
ネルギーバンド分布、52……量子井戸層、53
……デイスオーダ成分層、54……デイスオーダ
成分層、55,56……クラツド層、57,58…
…外側層、59……中間層、60……エネルギー
バンド分布、70……エネルギーバンド分布、7
9……中間層、80……エネルギーバンド分布、
90……エネルギーバンド分布、95,96……
クラツド層、100……エネルギーバンド分布、
105,106……クラツド層、110……エネ
ルギーバンド分布、115,116……クラツド
層。
または多重量子井戸構造に対して相互拡散デイス
オーダ化を施こす前、後でのエネルギーバンド分
布を示している。第2A図から第2H図は、本発
明の薄いデイスオーダ成分層を含む、単一または
多重量子井戸構造の各種のエネルギーバンド分布
を示している。第2A図は、単一量子井戸構造中
の単一の薄いデイスオーダ成分層に対するエネル
ギーバンド分布を示している。第2B図は、一対
の隣接した薄いデイスオーダ成分層をとりつけた
単一の量子井戸構造についてのエネルギーバンド
分布を示している。第2C図は、多重量子井戸構
造のエネルギーバンド分布を示している。第2D
図は、より高濃度のデイスオーダ成分を含む薄い
デイスオーダ成分層である点を除いて、第2B図
と同様の多段のエネルギーバンド分布を有する量
子井戸構造のエネルギーバンド分布を示す。第2
E図は、より高濃度のデイスオーダ成分を含む薄
いデイスオーダ成分層である点を除いて、第2C
図と同様のエネルギーバンド分布を有する多重量
子井戸構造のエネルギーバンド分布を示す。第2
F図、第2G図、第2H図は、中間クラツド層が
成分量の勾配をもつたエネルギーバンド分布をも
つているような、隣接する薄いデイスオーダ成分
層を備えた量子井戸構造のエネルギーバンド分布
を示している。第3A図から第3C図は、第2B
図の単一量子井戸構造のエネルギーバンド分布に
対する相互拡散デイスオーダ化の効果の各種段階
を示している。 (参照符号)、10……エネルギーバンド分布、
12……量子井戸層、13,14……変化後のエ
ネルギーバンド分布、15,16……クラツド
層、17,18……外側層、19……量子井戸形
状、20……エネルギーバンド分布、30……エ
ネルギーバンド分布、40……エネルギーバンド
分布、42……量子井戸層、44……デイスオー
ダ層、45……クラツド層、46……クラツド
層、47……エネルギーバンド分布、50……エ
ネルギーバンド分布、52……量子井戸層、53
……デイスオーダ成分層、54……デイスオーダ
成分層、55,56……クラツド層、57,58…
…外側層、59……中間層、60……エネルギー
バンド分布、70……エネルギーバンド分布、7
9……中間層、80……エネルギーバンド分布、
90……エネルギーバンド分布、95,96……
クラツド層、100……エネルギーバンド分布、
105,106……クラツド層、110……エネ
ルギーバンド分布、115,116……クラツド
層。
Claims (1)
- 1 量子サイズ効果を示すことのできるすくなく
とも1層の量子井戸層を含む半導体構造であつ
て、上記量子井戸層のエネルギーバンド分布を変
化させるために用いられる手段であつて、上記量
子井戸層の1つの表面に隣接した薄い層をすくな
くとも1層含み、上記薄い層はそれに隣接する層
中よりもすくなくとも15%は高濃度にデイスオー
ダ成分量を含んでおり、上記薄い層が上記成分の
蓄積部及び上記量子井戸層の相互拡散デイスオー
ダ化のために機能するようになつているような手
段を含む、半導体構造。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US56758484A | 1984-01-03 | 1984-01-03 | |
| US567584 | 1984-01-03 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60160191A JPS60160191A (ja) | 1985-08-21 |
| JPH0516677B2 true JPH0516677B2 (ja) | 1993-03-05 |
Family
ID=24267768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59282128A Granted JPS60160191A (ja) | 1984-01-03 | 1984-12-27 | 半導体構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60160191A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6115385A (ja) * | 1984-07-02 | 1986-01-23 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
| JPS63228782A (ja) * | 1987-03-18 | 1988-09-22 | Toshiba Corp | レ−ザ装置 |
| JPH0521829A (ja) * | 1991-07-12 | 1993-01-29 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| JP2013058580A (ja) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Fuji Electric Co Ltd | 量子型赤外線検出器 |
-
1984
- 1984-12-27 JP JP59282128A patent/JPS60160191A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| APPLIED PHYSICS LETTERS=1976 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60160191A (ja) | 1985-08-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |