DE2165006A1

DE2165006A1 - Halbleiterkörper mit aktivem Bereich

Info

Publication number: DE2165006A1
Application number: DE19712165006
Authority: DE
Inventors: Izuo Berkeley Heights N.J. Hayashi (V.StA.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-12-31
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1972-07-06
Also published as: FR2120164B1; DE2165006B2; NL172710C; CH537650A; ES398774A1; IT945841B; GB1376910A; IE35940B1; BE777473A; NL7118044A; IE35940L; SE367893B; HK35276A; DE2165006C3; FR2120164A1; US3691476A; NL172710B; AU3743571A

Description

2165003

WESTERN ELECTRIC COMPANY, INC. Hayashi 5

NEW YORK

Halbleiterkörper mit aktivem Bereich

Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterkörper mit einen ersten aktiven Bereich zur Begrenzung der Rekombinationsstrahlung definierenden ersten und zweiten Heterogrenzen.

Es wurde bereits eine Doppel-Heterostruktur - (DH) Halbleiter-Laserdiode vorgeschlagen, die einen aktiven Bereich mit schmalem Bandabstand aufweist, der in Sandwichbauweise zwischen zwei Bereichen größeren Bandabstands und entgegengesetzen Leitfähigkeitstyps angeordnet ist, wobei jeweils eine Heterogrenze bzw. ein HeteroÜbergang an jeder der beiden Grenzflächen zum aktiven Bereich mit dem schmalen Bandabstand gebildet ist. Ein pn-übergang ist an oder zwischen den Heterogrenzen angeordnet. Der Unterschied im Bandabstand an jeder Grenzfläche hat zwei Effekte: Er erzeugt ein elektrisches Feld an jeder Grenzfläche, das zur Begrenzung der injizierten Träger auf den aktiven Bereich dient, und er schafft eine Diskontinuität des Brechungsindexes an jeder Grenzfläche, welche Photonen auf den aktiven beschränkt. Im aktiven Bereich werden daher sowohl die Trägerkonzentration (und damit die Verstärkung) als auch die Kopplung zwischen den räumlich begrenzten Trägern und Photonen vergrößert, wodurch sich niedrigere Schwellenwerte und eine geringere Temperaturabhängigkeit des Schwellenwerts ergeben. Gemäß Mitteilung von

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M.B. Panish, P.W. Foy, S. Sumski und I. Hayashi in Applied Physics Letter, 17, 109 (August 1970) arbeitete eine DH-Laser diode dieser Art, die durch ein epitaktisches Aufdampfverfahren aus einer Flüssigkeitsphase aus GaAs-AlGaAs hergestellt wurde, auf einer Dauerstrichbasis bei Zimmertemperatur erfolgreich.

Bei der DH Laserdiode ist die obere Grenze für die Höhe des aktiven Bereichs mit schmalem Bandabstand vorzugsweise kleiner als ein Mikrometer, damit hohe Trägerkonzentrationen und dadurch niedrige Schwellenwerte erzielt werden können. Zur Erzielung hoher Trägerkonzentrationen würde es daher wünschenswert sein, die aktiven Bereiche so dünn als möglich zu machen, wodurch eine hohe Verstärkung und niedrige Schwellenwerte erzielt werden können. In der Praxis schreiben jedoch andere Überlegungen eine untere Grenze der Höhe des aktiven Bereichs bei angenähert einer'halben Wellenlänge (λ/2) der stimulierten Rekombinationsstrahlung im Halbleiter (etwa 0,125 jum für GaAs). Unterhalb von angenähert 71/2 finden einige gegenläufige Mechanismen statt: Die Ausläufer des optischen Feldes, welche sich außerhalb des aktiven Bereichs in ein Verlust- bzw. Dämpfungsgebiet erstrecken, wachsen an und führen zu vergrößerter optischer Dämpfung (Absorption) geringerer Kopplung zwischen örtlich begrenzten Trägern und Photonen und dadurch zu geringerer Verstärkung; gleichzeitig wird aufgrund der geringen Dicke des aktiven Bereichs die Trägerkonzentration und damit die Verstärkung vergrößert. Eine Analyse zeigt jedoch, dal-

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BAD ORfGJNAL

der resultierende Effekt dieser gegensätzlichen Mechanismen zu höheren Schwellenwerten führt oder zumindest keine Vorteile erbringt, wenn die aktiven Bereiche schmaler als etwa λ /2 sind.

Das oben angegebene Problem der Erzielung höherer Verstärkung aus schmalen aktiven Bereichen ohne Beeinträchtigung der Kopplung wird erfindungsgemäß bei einem Halbleiterkörper der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß zwischen den ersten und zweiten Heterogrenzen dritte und vierte Heterogrenzen angeordnet sind, welche zwischen sich einen zweiten aktiven Bereich zur Begrenzung der Ladungsträger definieren, daß der Bandabstand des zweiten aktiven Bereichs schmaler als derjenige des ersten aktiven Bereichs ist und daß ein pn-übergang zwischen der dritten und der vierten Heterogrenze vorgesehen ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die geschichtete Struktur einer typischen bekannten Ausführungsform eines DH-Lasers in Teil A, und das Bandabstands- bzw. Energieprofil, das Brechungsindexprofil und die Lichtintensitätsverteilung eines solchen Lasers in den Teilen B, C bzw. D;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Schwellenwert-Stromdichte als Funktion der Dicke des aktiven Bereichs bei der bekannten Ausführungsform eines DH-Lasers;

Fig.3A ein typisches Brechungsindex-Profil und die Lichtintensitätsverteilung bei der bekannten Ausführungsform eines DH-Lasers;

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Fig. 3B eine graphische Darstellung des auf den aktiven Bereich begrenzten Teils des Lichts als Funktion der Dicke des aktiven Bereichs bei dem bekannten DH-Laεer;

Fig. 4 in Teil A die geschichtete Anordnung eines erfindungsgemäß verbesserten DH-Lasers und in den Teilen B, C und D das hierbei mögliche Energie- bzw. Bandabständsprofil, das Brechungsindex-Profil und die Lichtintensitätsverteilung bei einem solchen Laser; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des DH-Lasers gemäß

Fig. 4, wobei der Teil A auf einer Wärmesenke angeordnet ist.

Erfindungsgemäß schließt also ein erster aktiver Bereich mit schmalem Bandabstand einen zweiten aktiven Bereich mit schmalem Bandabstand ein, wobei der Bandabstand des zweiten Bereichs schmaler als derjenige des ersten Bereichs ist. Der erste aktive Bereich hat eine Dicke zwischen etwa A/2 und Λ dient zur optischen Begrenzung, während der zweite aktive Bereich, dessen Dicke den Durchmesser eines Elektrons erreichen kann, zur Er- m zielung der Trägerbegrenzung dient. Es ist zu beachten, daß die Bezeichnung des ersten Bereichs als "aktiver" Bereich etwas von der herkömmlichen Verwendung dieses Ausdrucks abweicht, gemäß der der aktive Bereich als dasjenige Gebiet definiert wird, in welchem Rekombination der Löcher und Elektronen stattfindet. Bei dem erfindungsgeinäß verbesserten DH-Laser findet Rekombination im zweiten aktiven Bereich statt, welcher im ersten aktiven Bereich eingebaut und dünner als der erste aktivo Bereich ist,

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Eine Analyse dieses Aufbaus zeigt, daß die folgenden Änderungen mit einer Abnahme der Dicke (<; ) des zweiten Bereichs statt finden: Die optischen Verluste bleiben angenähert konstant, da die Dicke (d^) des ersten Bereichs fest ist; die Trägerkonzentration (n) nimmt angenähert linear zu; die optische Kopplung

(r) nimmt angenähert linear ab; und die Verstärkung, welche

ρ
angenähert proportional zu η r ist, wächst angenähert linear mit abnehmendem d„. Demgemäß wird der erfindungsgemäß verbesserte DH-Laser eine höhere Verstärkung und geringere Schwellenwerte zeigen.

Bevor die Erfindung im einzelnen erläutertvird, soll zunächst eine kurze Analyse einer bekannten Ausführungsform eines DH-Lasers zu Vergleichszwecken vorgenommen werden. Wie in Pig. I, Teil A schematisch dargestellt ist, weist ein solcher DH-Laser ein η-leitendes Galliumarseriitsubstrat 12 auf, auf dem mit Hilfe der Methode der Epitaxie drei Schichten in der nachfolgend angegebenen Reihenfolge aus einer Flüssigkeitsphase aufgewachsen werden: eine η-leitende Al Ga_{1 v}As - Schicht 14 eine

GaAs oder Al Ga₁ As - Schicht 16 mit y <cx und eine p-leitende Y -I-—y

Al Ga., Kz - Schicht 13 mit y^z. Der Einfachheit halber sind

£J X ~~ AJ

die elc-ktrischon Anschlüsse zum Substrat 12 und zur Schicht 18 der Larjerdiod·-· fortgelassen. Durch Steuerung der Aluminiumkorizfjri br ation in den Schichten 14, 16 und 18 kann der Bandabstarid dor aktivem Schicht 16 rjchnialer als derjenige der Schichten 1Λ rjdnr "-Jii gemacht v/erden, wodurch ein Paar von Heterogronzen 20 und 22 an den Grenzflächen zwischen den Schichten

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BADORKÄL

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und 16 und zwischen den Schichten 16 und 18 gebildet wird. Ein pn-übergang 11 ist zwischen den Heterogrenzen 20 und 22 angeordnet. Für die vorliegenden Zwecke soll angenommen werden, daß der Ausdruck "zwischen" auch den Fall umfaßt, daß der pn-übergang mit einer der Heterogrenzen zusammenfällt.

Jeder Heterogrenze ist eine Unstetigkeitsstelle oder Stufe im Profil des energetischen Bandabstands gemäß 20 b und 22 b in Fig. 1, Teil B zugeordnet. Der Effekt dieser Unstetigkeitsstelle besteht darin, ein elektrisches Feld hervorzurufen, welches injizierte Elektronen an der Heberogrenze 22 und injizierte Löcher an der Heterogrenze 20 reflektiert, wodurch injizierte Ladungsträger auf die aktive Schicht 16 wirksam begrenzt werden. Diese Träger rufen eine Besetzungsumkehr zwischen den Leitungs- und Valenzbändern hervor, die zu einer Strahlungsrekombination von Löchern und Elektronen und der Emission der stimulierten kohärenten Strahlung des Bandabstands in der aktiven Schicht 16 führt.

^ Außerdem ist jeder Heterogrenze eine Diskontiunität des Brechungsindexes gemäß 20 c und 22 c Fig. 1, Teil C zugeordnet, wodurch ein optischer Wellenleiter gebildet wird, der die im Rekombinationsprozeß erzeugten Photonen in der durch die Lichbintensitätsverteiliinq gemäß Teil D der Fig. 1 gezeigten Weise auf den aktiven Bereich begrenzt.

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, nimmb der Stronidichb-Schwelleriwert J_t· der bekannben DH-Laserausführunq angenäherb linear

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BAD fe' ^T '

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als Funktion von d, der Dicke der aktiven Schicht 16 für ?\ /2 JS-d 5 3 jum ab, wobei T^ die Weilenlänge der in der aktiven Schicht gerassenen stimulierten Strahlung ist. Wenn die Dicke der aktiven Schicht jedoch unterhalb von λ/2 abfällt, beginnt der Schwellenwert anzusteigen (Fig. 2, Kurve I) oder bleibt bestenfalls konstant (Fig. 2, Kurve II), und zwar in Abhängigkeit von der Dotierung der aktiven Schicht oder von anderen Parametern. Qualitativ läßt sich dieses Phänomen etwa wie folgt erläutern: Bei der bekannten Ausführungsform des DH-Lasers ist die Verstärkung in erster Annäherung proportional zum

2 '

Produkt η Γ für eine Anordnung, in welcher d 5 V 2 ist, wobei η die Trägerkonzentration in der aktiven Schicht und Γ die Kopplung zwischen den örtlich begrenzten Ladungsträgern und dem optischen Feld in der aktiven Schicht ist. Da die Kopplung

angenähert direkt proportional zu d " ist und die Ladungsträgerkonzentration proportional zu d ist, erzeugt der resultierende Effekt des fallenden d kein resultierendes Anwachsen der Verstärkung. Es ist zu beachten, daß die Exponenten hier zum Zwecke der Vereinfachung der Erläuterung gewählt wurden und nicht die tatsächlichen Exponenten bezw. Faktoren berücksich- \ tigen, welche empirisch bestimmt werden können. Daher ist es mit dieser bekannten Ausführungsform eines DH-Lasers schwierig, aus dem Anwachsen der Trägerkonzentration aufgrund der Verwendung dünner aktiver Schichten Nutzen zu ziehen, da eine Verringerung von d die optische Kopplung beeinträchtigt.

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Eine quantitative Messung des Verlustes an Kopplung isb in Fig. 3 A dargestellt, in welcher die Lichtintensitätsverteilung über dem Brechungsindex-Profil für diese DH-Laserausführung aufgetragen ist. Die optische Kopplung Γ ist definiert als der auf die aktive Schult beschränkte Teil des Lichts im Vergleich zu der Gesamtmenge des erzeugten Lichts. Es ist aus der graphischen Darstellung gemäß Fig. 3 B (Γ als Funktion von d) ersichtlich, daß Γ mit abnehmender Dicke der aktiven Schicht rasch absinkt, bis Γ nur etwa 20 >j für d cy^/2 ist. Demgemäß ^ ist 80 /O der stimulierten Strahlung in den Ausläufern des optischen Feldes verteilt, welche sich außerhalb der aktiven Schicht erstrecken. Diese Ausläufer sind nicht Strahlungsrekoi.ibination ausgesetzt (das heißt sind nicht mit den örtlich begrenzten Trägern gekoppelt) und vergrößern die optische Absorption, da sie sich in benachbarte, verlustbehaftete Schichten erstrecken.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist bei DH-Anordnungen, deren aktive Schicht zwischen etwa J\ / 2 und ^ dick ist, eine zweite aktive Schicht in der üblichen aktiven Schicht (im folgenden als erste aktive Schicht bezeichnet) eingeschlossen, wobei die zweite aktive Schicht einen schmaleren Bmidab:-,tand als die erste Schicht hat. Die erfindungsgemäße Ausiührung i:.;t: im einzelnen in i'oii der Fig. 4 dargestellt, in wolchor die der bekannten ÜH-Lasorau ε führung s form gemäß Teil A in Fla. ont.sprechenden. Komponenten mit gleichbleibenden Bezuqszeichen bezei chnot :;ind. Der im iolqenden erläutert;¹ La^er weist i>in u-3 eitcndos GaAs Substrat

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auf, auf welchem die folgenden Schichten in der angegebenen Reihenfolge epitaktisch aufgewachsen sind: eine n-leitende Al Ga., As - Schicht 14; eine η-leitende Al Ga. As - Schicht 15 mit y ^x; eine GaAs - oder Al Ga,- As - Schicht 17 mib p«c y; eine p-leitende Al Ga. As - Schicht 19 mit p<q; und eine p-leitende Al Ga, As - Schicht 18 mit q<z„ Ein erstes Paar von Heterogrenzen 20 und 22 ist an den Grenzflächen zwischen den Schichten 14 und 15 bzw, den Schichten 10 und 19 gebildet, und ein zweites Paar von Heterogrenzen 21 und 23 ist an den Grenzflächen zwischen den Schichten 15 und 17 bzw. zwischen den Schichten 17 und 19 gebildet. Ein pn-übergang 11 " ist zwischen den Heterogrenzen 21 und 23 ancjeordnet. Der Einfachheit halber sind die Kontakte zu dem dargestellten DH-Laser auch hier fortgelassen.

Jeder Heterogrenze 21 und 23 ist eine Energiestufe im Bandcibctandsprofil entsprechend 21 b und 23 d in Teil B gemäß Fig. <t zugeordnet. Diese Energiestufe ruft ein elektrisches Feld hervor, welches eine Reflektion von Elektronen an der Iletc-rogrenze 23 und der Löcher an der Heterogrenze 21 be- i wirkt, wodurch die injizierten Trag or auf die zweite aktive Schicht 17 begrenzt werden. Jeder Heberogrenze 20 und 22 ist ■iridorer.'jeitn eine Unstetigkeitssteile des Brechungsindexes gerruiß /J) c und 22 c in Teil C der Fig. 4 zugeordnet, die einen ont i ;νΐι'·Χί Wellenleiter zur Begrenzung der optischen Strahlung 'VJiL <\\<i er.';te aktive Schicht zwischen den Heterogrenzen 20 und

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Eine qualitative Analyse des erfindungsgemäß verbesserten DH-Lasers führt zu folgendem Ergebnis: Nimmt man an, daß die Dicke d^ der ersten aktiven Schicht (deren Funktion in der Schaffung einer optischen Abgrenzung liegt) fest isb, so bleiben die optischen Verluste angenähert konstant.; wie bei der bekannten Ausführungsform des DH-Lasers steigt jedoch die Trägerkonzentration und sinkt die optische Kopplung mit abnehmender Dicke d_? der zweiten aktiven Schicht 17. Obwohl bei beiden DH-Lasertypen (1) die Verstärkung angenähert proportional zu η Γ und (2) η proportional zu d„~ ist, ist Γ bei dem verbesserten DH-Laser proportional zu d„ und nicht zu d wie bei der bekannten DH-Laserausführungsform. Der resultierende Effekt besteht darin, daß die optischen Verluste konstant bleiben, während die Verstärkung angenähert linear mit abnehmendem d_? zunimmt. Dadurch ergeben sich niedrigere Schwellenwerte als diejenigen, die bisher erzielbar waren.. Wiederum wurden die Exponenten bzv/. Faktoren der Einfachheit halber als ganze Mahlen gewählt.

fc Es ist zu beachten, daß optische Absorptionsverluste weiter reduziert werden können, wenn die zweite aktive Schicht 17, anstatt in der Mitte der ersten aktiven Schicht, näher an der Heterogrenze 22 angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung wird aus der Tatsache Nutzen gezogen, daß in der n-leitenden Schicht 15 geringere optische Absorption auftritt als in der p-leitenden Schiel·!t 19.

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Bei einer Ausführungsform sind die aktiven.Gebiete symmetrisch vorgesehen, das heißt, die Energiestufen 20 b und 22 b sind gleich (bilden einen symmetrischen VJellenleiter) , ebenso wie die Energiestufen 21 b und 23 b oder equivalent y*iq<.x»z. Ferner sind die Stufen 20 b und 22 b vorzugsweise größer als die Stufen 21 b und 23 b, oder equivalent (y -- p) ^ (x - y) und (q- p) ¹C^- (s - q) , da weniger eV zur Begrenzung der Elektronen als der Photonen erforderlich sind.

Die Brechungsindexstufen 20 c und 22 c an den Heterogrenzen 20 bzw. 22 sind typisch im Bereich von 5 - 10 % (im Vergleich " zum Brechungsindex von reinem GaAs) während die Brechungsindexstufen 21 c und 23 c an den Heterogrenzen 21 bzw. 23 etwa 1 bis 2 /ο sind. Die entsprechenden Bandabstands- (Energie-) stufen bzw. -Sprünge 20 b und 2 2 L· an den Heterogrenzen 20 bzw. 22 betragen etwa 300 bis 500 rneV, während die Energies.tui'en 21 b und 23 b an den Hetoronrenzen 21 bzw. 23 typisch in der Größenordnung von 50 bis 100 meV liegen.

In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeisniel dar Erfindung darge- λ

stellt, bei dem der i-.ijhrschichtige vorbesserte DH-Laser gemäß Teil A der Fig. 4 auf einer Wärmesenke für Dauerstrichbetrieb bei Raumtemperatur angebracht ist. Im folgenden Teil der Beschreibung werden 'zur Veranschaulichung mögliche Materialien und Abmessungen angegeben, auf welche die Erfindung jedoch .nicht beschränkt ist. Wie vorher erläutert wurde, weist der

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verbesserte DH-Laser ein η-leitendes GaAs-Substrat 12 von einer Stärke von 0,076 bis 0,10 2 mm auf, auf dem epitaktische Schichten in der nachstehend angegebenen Reihenfolge aufgebaut sind: eine AlGa., As - Schicht 14 von etwa 3 jum Dicke, eine erste aktive Schicht zwischen den Heterogrenzen 20 und 22 von etwa 0,2AJm Dicke, eine zweite aktive Schicht 17 von etwa 0,1 bis 0,03 ,um Dicke und eine p-leitende AlGa, As - Schicht 18, die 1 /am dick ist. In typischer Ausführung ist der Bereich 15 :i-leitend, während der Bereich 19 p~leitend ist, jedoch kann die zweite aktive Schicht 17 entweder p-leitend oder η-leitend pein. Bevor ein metallischer Kontakt 25 auf dem η-leitenden Substrat 12 niedergeschlagen wird, wird ein p-leitender Dotierstoff (z. B. Zink) vorzugsweise in die p-leitende Al Ga_-1 As - Schicht 18 eindiffundiert, um eine dünne (zum Beispiel 0,2 <urn) ρ Schicht (nicht gezeigt) zur Herstellung eines guten Ohm¹sehen Kontakts zu bilden. Auf die p-leitende Schicht 18 wird eine Oxidschicht 27 niedergeschlagen, in welcher ein länglicher Kanal bzw. Zwischenbereich durch bekannte Methoden der Photolithographie eingeätzt ist, um einen elektrischen Streifen— kontakt durch Niederschlagen einer Metallschicht 29 <~u de-finieren.

Stirnflächen 31 und 2 3 der Anordnung sind in typischer Auö-. führung optisch flach und senkrecht zu ύοη nicht dargeüto.11 c^·: pn-übergang gespalten oder poliert, um einen optischen Resonator zur Aufrechterhaltung der im übergang erzeugten kohärenten

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Strahlung zu bilden. Die Diode hat beispielsweise eine Länge von etwa 400 /urn und eine Breite von 80 um. Eine der Stirnflächen bzw. Endflächen ist nahezu total reflektierend ausgeführt (zum Beispiel die Fläche 33), während die andere (Fläche 31) teildurchlässig ausgebildet ist, um einen Ausgang für die kohärente Strahlung zu schaffen.

Die Laserdiode ist durch bekannte, nicht dargestellte Mittel in Durchlaßrichtung vorgespannt und wird mit Hilfe einer Gleichstromquelle oberhalb des Schwellenwerts für stimulierte Emission angeregt. Für Dauerstrichbetrieb bei Zimmertemperatur und oberhalb dieser Temperatur kann der Kontakt 29 mit einem metallisierten (zum Beispiel verzinnten) Diamanten 35 hoher Wärmeleitfähigkeit verbunden sein, der auf einer verzinnten Kupfer-Wärmesenke 37 angebracht ist. Wegen der Schwierigkeit der Verzinnung des gesamten Diamanten 35 können Golddrähte 35 (etwa 25 .um Durchmesser) verwendet werden, um die verzinnte Oberseite 41 des Diamanten mit der Wärmesenke 37 zu verbinden.

Für niedrige Schwellenwerte (zum Beispiel 3000 A/cm ) kann der Diamant fortgelassen werden, wobei die Diode direkt auf Λ dor Kupfer-Wärmesenke montiert wird. Außerdem kann eine bessere Vi&rm'ifjLführung dadurch erreicht v/erden, daß die Diode zwischori z'vj'^1 Wärmesenken angebracht v/ird.

^o 1 i.'jr ^!I'.:irr;t';.l lunq des verbesserten DII-Lasers sollte be-H-.uL' L v/^rMen, daß r-xtrf;rn dünne Schichten verwendet werden, '.h:. u<-:ii-,L, daü 'ii.fi Dickt; der er.ston aktiven Schicht, welche

.v-<\c<xvA\irv] 'i.if.nL, etwa 0,1 bis 0,2 /um sein kann,

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während die Dicke der zweiten aktiven Schicht, welche zur Trägerbegrenzung dient, einen Elektronendurchmesser erreichen kann (etwa 100 A) ο Bevorzugt finden daher epitaktische Molekularstrahl-Aufwachsmethoden Verwendung, welche die Züchtung epitaktischer Schichten der HI-V Verbindungen bei einer

ο
Dicke von 100 bis 200 A ermöglichen. Methoden zum Züchten von Mischkristallen der IH-V Verbindungen, zum Beispiel AlGaAs, wie auch Methoden zum Einführen entweder von p-leitenden oder n-leitenden Dotierstoffen in epitaktische Schichten sind ebenfalls bekannt. In dieser Hinsicht kann es von Vorteil bei der Züchtung von verbesserten DH-Lasern aus GaAs-AlGaAs sein, amphotere Dotierstoffe wie Germanium oder Silizium zu benutzen. Bei einer Konstruktionsmethode tritt Germanium (oder Silizium) in das Substrat als p-leitender Dotierstoff ein, wenn die Oberfläche des Substrats galliumreich ist, und tritt als η-leitender Dotierstoff in das Substrat ein, wenn die Oberfläche des Substrats hohe Arsen-Anteile hat. Ob das Substrat gallium- oder arsen-reich ist, hängt von dem Verhältnis der Ankunftsgeschwindigkeiten bzw. -raten von As und Ga sowie ^ von der Substrattemperatur ab. Allgemein erzeugen höhere Ver-

hältnisse und höhere Substrattemperaturen eine stark Ga-haltige Oberfläche und umgekehrt. So tritt Germanium auf die (100)

Oberfläche von GaAs bei 570° C (oder auf Al Ga,, As mit χ = 0,23) beispielsweise als η-leitender Dotierstoff für eine

Ga-Ankunftsgeschwindigkeit von 1 χ 10 '/sec/cm und eine As-

IS °

Ankunftsgeschwindigkeit von 1 χ 10 /sec/crn*" ein. Unter denselben Bedingungen, jedoch bei einer Ga-Ankunftsgeschwindigkeit von 3 χ 10 /sec/cm , tritt Germanium als p-leitender Dotierstoff ein.

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Claims

Patentansprüche

l.\ Halbleiterkörper mit einem ersten aktiven Bereich zur Begrenzung der.Rekombinationsstrahlung'difinierenden ersten und zweiten Heterοgrenzen,

dadurch g e k e η η ζ e i c h _n e t, daß zwischen den ersten und zweiten He'terogrenzen (20, 22) dritte (21) und vierte (23) Heterogrenzen angeordnet sind, v;elche zwischen sich einen zweiten aktiven Bereich (dp) zur Begrenzung- der Ladungsträger definieren, daß der Bandabstand g des zweiten aktiven Bereichs (d₀) schmaler als derjenige des ersten aktiven Bereichs (d^ ) ist und daß ein pn-übergang ■ zwischen der dritten (21) und der vierten (23) Heterogrenze ^:

angeordnet ist,
2. Halbleiterkörper nach Anspruch ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Heterogrenzen einen gegenseitigen Abstand von etwa >/2und > haben, wobei "λ die Wellenlänge der Rekombinationsstrahlung, gemessen im Körper j ist. ■ "
3« Halbleiterkörper nach Anspruch 1 o.der 2., dadurch g e k e η η r: g I c "Ii η e t, daß ein erstes Halbleitergebiet einei:; Loitfähigkc-itstyps und mit einem großen Bandabstand außerhalb dos ersten aktiven Bereichs (d,,) an die erste Heterogrerise (20) annrenzt und ein zweites Halbleitergebi.et des" entgegenge-

setzten Leitfähigkeitstyps und mit großem Bandabstand außerhalb des ersten aktiven Bereichs (d,,) an die zweite Heterogrense (22) angrenzt.
4. Halbleiterkörper nach Anspruch 3, dadurch g ekennzei chnet, daß der zweite aktive Bereich (d ) näher an dem p-leitenden Gebiet großen Bandabstands als an dem η-leitenden Gebiet großen Bandabstands angeordnet ist.

_
5. Halbleiterkörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch "^" gekennzeichnet, daß die Bandabstandsdif ferenz zwischen den Gebieten großen Bandabstands und dem ersten aktiven Bereich Cd^) größer als diejenige zwischen dem ersten aktiven Bereich (d^) und dem zweiten aktiven Bereich (d~) ist.

6. Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Gebiete großen ßandäbstands Al Ga^ As bzw. Al„Ga^ _nAs enthalten, daß der erste aktive Bereich Al j3a,. As enthält, mit y<; x und y«z, und daß der zweite aktive Bereich Al Ga, As enthält, mit Oc

7. Halbleiterkörper nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß xfvz; (x-y) α* (z-y) ; (x-y)^ (y-p); und (z-y)> (y-p).

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8. Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ileterogrenze (20) durch angrenzende epitaktische Schichten aus einer ersten, n-leitenden Schicht (14) großen Bandabstands und einer zv/eiten Schicht (15) gebildet ist, deren Bandabsband kleiner als derjenige der ersten Schicht ist, daß die dritte Heterogrenze (21) durch eine dritte epitaktische Schicht (17) gebildet ist, welche an die zweite Schicht angrenzt und einen kleineren Bandabstand als diese hatj daß die vierte Heterogrenze (23) durch eine vierte epitaktische Schicht (19) gebildet ist, welche an die dritte Schicht angrenzt und einen größeren Bandabstand als diese besitzt, und daß die zweite Heterogrenze (22) durch eine fünfte, p-leitende epitaktische Schicht (18) gebildet ist, deren Bandabstand größer als derjenige der vierten Schicht ist.

9. Halbleiterkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Schicht (18) mit wenigstens einem metallischen elektrischen Streifenkontakt in Kontakt steht. {

IG. Halbleiherkörper nach Anspruch 9, dadurch g ejc >:·. rxnzeichnet, daß die erste Heterogrenze (20) und die.· zweite- Heterogrenze (22) parallel zueinander angeordnet sind.

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11. Halbleiterkörper nach Anspruch 9 oder 10, _; d a d u. r c h gekennzeichnet, daß die Bandabstände der ersten und fünften Schichten gleich sind, daß die Bandabstäride'der zweiten und fünften Schichten gleich sind, daß die Bandabstandsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Schichten größer als diejenige zwischen den zweiten und dritten Schichten ist und daß die Bandabstandsdifferens zwischen den fünften und vierten Schichten größer als diejenige zwischen den vierten und dritten Schichten, ist.

-^ 12o Halbleiterkörper nach einem der Anspruch 9 bis 11, d adurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht Al Ga^ As enthält, mit χ ■> 0; daß die zweite Schicht Al Ga. As enthält, mit O^ y<: x, daß die dritte Schicht Al Ga^_ As enthält, mit OS^-P^y, daß die vierte Schicht Al Ga^ As enthält,

q l-q

mit Oxrq, p^rq, und daß die fünfte Schicht Al Ga,, As enthält,

<li X~" 2

mit Ov z, q^z.

13. Halbleiterkörper nach Anspruch -12, dadurch ge-P' kennzeichnet, daß y^q < x"⁵* z, (y-p)⁵?" (x-y) und

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