DE3587748T2 - Halbleiterlaseranordnung. - Google Patents

Halbleiterlaseranordnung.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Halbleitervorrichtung, wie beispielsweise einen Quantentopflaser, einen Quantentopf-Lichtmodulator, eine optische Quantentopf-Wellenleiterschaltung usw., welche einen einen Quantentopf aufweisenden optischen Wellenleiterbereich enthält, der einen Quanteneffekt innerhalb von Halbleiter-Dünnschichten nutzt, die durch Molekularstrahlepitaxie (MBE), metall-organisches chemisches Aufdampfen (NO-CVD) usw. gebildet werden.
  • In jüngster Zeit ist eine Einkristall-Wachstumstechnik für die Bildung von Dünnschichten, wie beispielsweise Molekularstrahlepitaxie (MBE), metall-organisches chemisches Aufdampfen (MO-CVD) entwickelt worden, welche die Bildung von Dünnschicht-Wachstumslagen ermöglicht, die eine Dicke von nur ungefähr 10 Å haben. Die Entwicklung einer solchen Technik hat es, obwohl diese außerordentlich dünnen Schichten durch Flüssigphasenepitaxie (LPE) noch nicht hergestellt worden sind, ermöglicht, daß die Dünnschichten bei Lasern verwendet werden, was zu Laservorrichtungen führt, die neue Lasereffekte zeigen. Ein typisches Beispiel für diese neuen Laservorrichtungen ist ein Quantentopf- (QW-) Laser, welcher auf Grundlage der Tatsache hergestellt wird, daß Quantisierungspegel in dieser aktiven Schicht dadurch aufgebaut werden, daß die Dicke der aktiven Schicht von mehreren hundert Å auf 100 Å oder weniger reduziert wurde, was gegenüber konventionellen Doppel-Heterostrukturlasern insofern von Vorteil ist, als der Ansprechstrom klein ist und die Temperatur- und Einschaltkennwerte überlegen sind. Ein solcher Quantentopflaser wird im Detail in den folgenden Arbeiten beschrieben:
  • (1) W. T. Tsang, Applied Physics Letters, Band 39, Nr. 10, S. 786 (1981),
  • (2) N. K. Dutta, Journal of Applied Physics, Band 53, Nr. 11, S. 7211 (1982) und
  • (3) H. Iwamura, T. Saku, T. Ishabashi, K. Otuka, Y. Horikoshi, Electronics Letters, Band 19, Nr. 5, S. 780 (1983).
  • Wie vorstehend erwähnt, hat eine Einkristall-Wachstumstechnik, wie beispielsweise Molekularstrahlepitaxie oder metall-organisches chemisches Aufdampfen, zur praktischen Verwendung von Halbleiterlasern hoher Qualität geführt, die eine neue Mehrschichtstruktur haben.
  • Fig. 2 zeigt eine konventionelle laminierte Struktur eines Eintopfquantenlasers, der Träger-Vorratsschichten hat, welcher durch das sukzessive Züchten einer n-GaAs-Pufferschicht 2, die eine Dicke von 0,5 um hat, einer n-Ga0,5Al0,5As-Hüllschicht 3, die eine Dicke von 1 um hat, einer undotierten Ga0,7Al0,3As-Träger-Vorratsschicht 4, die eine Dicke von 0,1 um hat, einer undotierten aktiven GaAs-Quantentopfschicht 5, die eine Dicke von 0, 01 um hat, einer undotierten Ga0,7Al0,3AS-Träger-Vorratsschicht 6, die eine Dicke von 0,1 um hat, einer p-Ga0,5Al0,5As-Hüllschicht 7, die eine Dicke von 1 um hat und einer p-GaAs-Deckschicht 8, die eine Dicke von 0,3 um hat, auf einem n-GaAs-Substrat 1 mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt wird. Fig. 3 zeigt die Verteilung des AlAs-Molanteils (d. h. von x) in einem Ga1-xAlxAS-Mischkristall bei der laminierten Struktur von Fig. 2, welche aus den Hüllschichten 3 und 7, den Träger-Vorratssschichten 4 und 6 und der aktiven Schicht 5 zusammengesetzt ist. Laserschwingung wird in einer aktiven GaAs-Quantentopfschicht 5 erreicht, die den niedrigen AlAs-Molanteil (d. h. x) in einem Ga1-xAlxAS-Mischkristal1 hat. Diese aktive Schicht 5 hat eine Dicke von 0,01 um, was im Vergleich zu der Wellenlänge von Licht optisch dünn genug ist, so daß deren Vorhandensein optisch vernachlässigbar ist. Folglich wird das Wellenleiten von Licht darin durch einen optischen Wellenleiter ausgeführt, welcher durch die Träger-Vorratsschichten 4 und 6 und die Hüllschichten 3 und 7 gebildet wird. Die Laserschwingung wird bei der vorstehend erwähnten Laserstruktur in Abhängigkeit von Quantisierungspegeln erreicht, welche in der aktiven Einquantentopfschicht 5 aufgebaut werden. Die aktive Schicht 5 ist extrem dünn und ist zwischen die Träger-Vorratsschichten 4 und 6 eingelagert, die einen großen Bandabstand dazwischen haben. Die Quantisierungspegel werden als Folge steiler Änderungen bei dem Bandabstand an der Grenzschicht zwischen den Quantentopf-Wachstumsschichten erzeugt, und folglich ist erforderlich, daß die Zusammensetzung der aktiven Schicht drastisch von jener jeder Träger-Vorratsschicht 4 und 6 verschieden ist. Da jedoch die Zusammensetzung der Grenzschicht zwischen den Quantentopf-Wachstumsschichten bei der in Fig. 2 gezeigten konventionellen Laserstruktur ein ternäres GaAlAs-Mischkristall ist, sind mikroskopische Anordnungen von Ga und Al in einer Richtung, welche parallel zur Grenzschicht zwischen den Wachstumsschichten verläuft, nicht einheitlich und/oder unregelmäßig, so daß steile Änderungen bei dem Bandabstand an der Grenzschicht zwischen den Wachstums schichten nicht erreicht werden können und pendelnde Änderungen darin geschaffen werden. Dies ist der Grund, weshalb bis jetzt ideale Quantentopf-Kennwerte bei der Quantentopfstruktur noch nicht erreicht worden sind.
  • Als Quantentopfstruktur ist, zusätzlich zu dem vorstehend erwähnten Einzel-Quantentopf, ein Multiquantentopf, der den in Fig. 4 gezeigten AlAs-Molanteil (d. h. x) in einem Ga1-xAlxAs- Mischkristall hat, verwendet worden, welcher in einer solchen Weise hergestellt wird, daß eine Multiquantentopfstruktur, die aus abwechselnden Schichten, die aus fünf aktiven GaAs-Quantentopfschichten (wobei die Dicke jeder Schicht 0,01 um ist) 12 und vier Ga0,7A10,3As-Sperrschichten (wobei die Dicke jeder Schicht 0,005 um ist) 13 zusammengesetzt ist, zwischen Ga0,7Al0,3As-Hüllschichten 11 und 11 eingelagert ist. Entsprechend der Multiquantentopfstruktur ist der durchschnittliche AlAs-Molanteil (d. h. x) in einem Ga1-xAlxAs-Mischkristall des Quantentopfes, der aus der aktiven Schicht 12 und der Sperrschicht 13 besteht, ungefähr 0,086, was kleiner als der von Ga0,7Al0,3As ist, und darüberhinaus ist die Dicke des Quantentopfbereiches immerhin 0,07 um, so daß die Multiquantentopfstruktur als optischer Wellenleiter dienen kann. Außerdem gestattet eine Erhöhung sowohl bei den aktiven Quantentopfschichten 12, als auch den Sperrschichten 13 eine Vergrößerung des Anteils an Licht, für das in dem Quantentopf eine Wellenleitung erfolgt. Folglich ist die Anwendung eines Multiquantentopfes bei einer optischen Wellenleiteinrichtung (wie beispielsweise einem optischen Wellenleiter, einem optischen Schalter, einem Lichtmodulator usw.) unter Nutzung des Exiton-Effekts, der spezifisch für Quantentopfstrukturen ist, gegenüber der eines Einzel-Quantentopfes dafür vorteilhaft. Wenn jedoch solche Mischkristalle wie GaAlAs für die Sperrschichten 13 und/oder die Plattierschichten 11 bei der Multiquantentopfstruktur verwendet würden, dann würden die pendelnden Änderungen bei dem Bandabstand an der Grenzschicht zwischen den Wachstumsschichten einen schädlichen Einfluß auf den sich ergebenden Laser mit Multiquantentopfstruktur haben.
  • Optische Halbleiterlaservorrichtungen dieser Erfindung können die vorstehend erwähnten Nachteile und andere zahlreiche Mängel des bisherigen Standes der Technik überwinden.
  • Der erste und der zweite Aspekt der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 1 und 2 definiert, und diese können laminierte Dünnschichten aus zwei Arten von Zweistoffmischungen verwenden, um einen Teil der Struktur davon zu bilden, wobei die Strukturen einen Quantentopfeffekt erreichen.
  • Die beiden Arten von Zweistoffmischungen sind bei einer bevorzugten Ausführungsform GaAs und AlAs, GaSb und AlSb, InAs und AlAs oder InP und GaP.
  • Die Dünnschichten werden bei einer bevorzugten Ausführungsform mittels Molekularstrahlepitaxie oder metall-organischem chemischem Aufdampfen nacheinander gezüchtet, um eine laminierte Struktur zu bilden.
  • So macht die hierin beschriebene Erfindung das Erreichen folgender Ziele möglich: (1) Bereitstellen einer optischen Halbleiterlaservorrichtung, welche keine pendelnden Änderungen bei dem Bandabstand an der Grenzfläche zwischen den Wachstumsschichten hat, sondern eine ideale optische Quantentopf-Wellenleiterstruktur hat; und Bereitstellen eines Quantentopflasers, welcher Kennwerte hat, die einen ausgezeichneten Quanteneffekt hat, ohne einem schädlichen Effekt zu unterliegen (d. h. einer Verminderung des Quanteneffekts), der aus der Nichteinheitlichkeit und/oder der Unregelmäßigkeit der Zusammensetzung in der Grenzschicht zwischen den Wachstumsschichten herrührt.
  • Zum Zweck eines besseren Verstehens der Erfindung und um zu zeigen, wie diese in die Praxis umgesetzt werden kann, wird jetzt, nur in Form eines Beispiels, auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, bei denen:
  • Fig. 1 die Verteilung des AlAs-Molanteils (d. h. von x) in einem Ga1-xAlxAs-Mischkristall bei einem Einzel-Quantentopflaser entsprechend dieser Erfindung ist;
  • Fig. 2 eine Schnittansicht ist, die die Struktur eines konventionellen Einzel-Quantentopflasers ist, wie er im Vorstehenden beschrieben wurde;
  • Fig. 3 eine schematische Veranschaulichung ist, die die Verteilung des AlAs-Molanteils (d. h. von x) in einem Ga1-xAlxAs-Mischkristall bei dem Quantentopflaser in Fig. 2 zeigt, wie er vorstehend beschrieben wurde;
  • Fig. 4 eine Verteilung des AlAs-Molanteils (d. h. von x) in einem Ga1-xtAlxAs-Mischkristall bei einem konventionellen optischen Multiquantentopflaser-Wellenleiter zeigt, wie er im Vorstehenden beschrieben wurde; und
  • Fig. 5 eine Verteilung des AlAs-Molanteils (d. h. von x) in einem Ga1-xAlyxAs-Mischkristall bei einem Multiquantentopf-Halbleiterlaser entsprechend dieser Erfindung zeigt.
  • Indem wir uns jetzt den Zeichnungen zuwenden, zeigt Fig. 1 eine Verteilung des AlAs-Molanteils (d. h. von x) in einem Ga1-xAlxAs- Mischkristall bei einer Halbleiterlaservorrichtung, die eine Quantentopfstruktur entsprechend dieser Erfindung hat, welche lediglich aus Binärverbindungen (z. B. GaAs und AlAs) besteht, die die Anteile der Al-Komponente von 0 beziehungsweise 1 hat und kein Mischkristall enthält.
  • Die Vorrichtung wird in derselben Art und Weise, wie die in Fig. 2 gezeigte, wie folgt hergestellt:
  • Auf einem n-GaAs-Substrat wird eine n-GaAs-Pufferschicht, die eine Dicke von 0,5 um hat, gezüchtet. Dann wird auf der n-GaAs- Pufferschicht, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Supergitter-Hüllschicht 23, welche aus abwechselnden Schichten zusammengesetzt ist, die aus fünfhundert n-GaAs-Schichten (wobei die Dicke jeder Schicht 10 Å (1 Å = 10&supmin;¹&sup0; m) ist) und fünfhundert n-AlAs-Schichten (wobei die Dicke jeder Schicht 10 Å ist) bestehen, eine optische Supergitter-Wellenleiterschicht 24, welche aus abwechselnden Schichten zusammengesetzt ist, die aus dreißig undotierten GaAs-Schichten (wobei die Dicke jeder Schicht 25 Å ist) und dreißig undotierten AlAs-Schichten (wobei die Dicke jeder Schicht 10 Å ist) bestehen, eine Supergitter-Hüllschicht 27, welche aus abwechselnden Schichten zusammengesetzt ist, die aus fünfhundert p-GaAs-Schichten (wobei die Dicke jeder Schicht 10 Å ist) und fünfhundert p-AlAs-Schichten (wobei die Dicke jeder Schicht 10 Å ist) bestehen, nacheinander mittels Molekularstrahlepitaxie oder metall-organisches chemisches Aufdampfen gezüchtet, wodurch die Bildung bemerkenswert dünner Schichtwachstumslagen wie vorstehend erwähnt ermöglicht wird. Das äquivalente Mischkristallverhältnis der Al-Komponente zur GaAl-Komponente bei jeder Supergitter-Hüllschicht 23 und 27 ist 0,5, was größer als ungefähr 0,29 bei jeder optischen Supergitter-Wellenleiterschicht 24 und 26 ist, was zu einer optischen Wellenleiterstruktur führt, die äquivalent jener in Fig. 3 ist und durch welche Lichtwellen in effektiver Weise zur aktiven Schicht 25 geleitet werden können. In den optischen Führungsschichten 24 und 26 ist kein Mischkristall enthalten, die einen nennenswerten Einfluß auf den Aufbau von Quantisierungspegeln in der aktiven Schicht 25 haben, was zu nicht-pendelnden Änderungen bei dem Bandabstand an der Grenzschicht zwischen der aktiven Schicht 25 und jeder wellenleitenden Schicht 24 und 26 führt, wodurch ein ausgezeichneter Quanteneffekt erreicht wird. Darüberhinaus ist die Differenz in der Zusammensetzung zwischen der aktiven Schicht 25 und jeder optischen Führungsschicht 24 und 26 so groß, daß ein steiler Bandabstand dazwischen geschaffen werden kann. In dem Fall, in dem die AlAs-Schichten durch Molekularstrahlepitaxie gezüchtet werden, besteht die Befürchtung der Verringerung der Kristallisation derselben als Folge der Reaktion eines Al-Molekularstrahls mit Rest-Sauerstoff usw. Da jedoch die Dicke jeder resultierenden AlAs-Schicht entsprechend dieser Erfindung tatsächlich nur 10 Å dünn ist kann das Züchten jeder AlAs-Schicht in einer so kurzen Zeit wie einigen Sekunden abgeschlossen werden, was zu einer Supergitter-Schicht führt, welche dieselbe ist, wie sie zu der Zeit gebildet wird, wenn ein Al-Molekularstrahl für das Züchten eines Mischkristalls gestrahlt wird.
  • Dann werden eine n-Metallelektrode und eine p-Metallelektrode an dem Boden des n-GaAs-Substrats beziehungsweise der p-Deckschicht mittels einer Vakuum-Verdampfungstechnik gebildet, was zu einer Doppel-Heterostruktur-Laservorrichtung führt, die eine Supergitterstruktur und, wenn gewünscht, eine Streifenstruktur hat, um einen dadurch zugeführten Strom zu kontraktieren.
  • Wenn ein elektrischer Strom in die resultierende Laservorrichtung durch die n- und die p-Elektrode zugeführt wird, dann erfolgt eine Wellenleitung von Licht infolge der Supergitterstruktur, und es werden Träger innerhalb der aktiven Schicht 25 begrenzt, um dadurch die Laser-Schwingoperation zu beginnen. Die Wellen des Lichts werden zu dem Bereich jeder optisch leitenden Schicht 24 und 26 geleitet und wird in ausreichender Weise durch einen Resonator in der Laservorrichtung verstärkt, was zu der Emission eines Laserlichts von einer Kristallfläche führt, das die stimulierten Emissionserfordernisse befriedigt. Die optisch leitenden Schichten 24 und 26 dienen dazu, einen übermäßigen Anstieg bei der optischen Dichte in der aktiven Schicht 25 zu unterdrücken und dadurch eine stabilisierte Laserschwingung aufrechtzuerhalten. Die Laservorrichtung bei diesem Beispiel erreicht eine Laserschwingung bei einem niedrigen Ansprechstrom und erzeugt ein Laserlicht, das eine hohe Ausgangsleistung hat, und darüberhinaus weist sie ausgezeichnete Quantentopfkennwerte auf, wodurch die Anwendung derselben auf die Gebiete Informationsverarbeitung, Licht-Nachrichtenübertragung, Meßtechnik usw. als Laservorrichtung, die einen stabilisierten Ausgangsbetrieb erreicht und großen praktischen Wert hat, ermöglicht wird.
  • Fig. 5 zeigt die Verteilung des AlAs-Molanteils (d. h. von x) bei einem Ga1-xAlxAs-Mischkristall in einer anderen optischen Wellenleiterstruktur bei einer anderen Multiquantentopf-Laservorrichtung dieser Erfindung. Die optische Wellenleiterstruktur umfaßt abwechselnde Schichten, die aus aktiven GaAs-Quantentopfschichten (wobei die Dicke jeder Schicht 100 Å ist) 32 und vier Sperrschichten 33 bestehen und zwei Supergitter-Hüllschichten 31, zwischen denen die abwechselnden Schichten eingelagert sind. Jede Sperrschicht 33 ist aus abwechselnden Schichten zusammengesetzt, die aus zwei GaAs-Schichten (wobei die Dicke jeder Schicht 25 Å) ist und drei AlAs-Schichten (wobei die Dicke jeder Schicht 10 Å ist) bestehen. Jede Supergitter-Hüllschicht 31 ist aus abwechselnden Schichten, die aus fünfhundert GaAs-Schichten (wobei die Dicke jeder Schicht 25 Å ist) und fünfhundert AlAs- Schichten (wobei die Dicke jeder Schicht 10 Å ist) bestehen. Obwohl die optische Wellenleiterstruktur in derselben Weise funktioniert, wie die bei der konventionellen Multiquantentopf- Laservorrichtung von Fig. 4, ist der dadurch erreichte Quanteneffekt weit höher als jener von konventionellen Laservorrichtungen, da ja die optische Wellenleiterstruktur dieser Erfindung keine pendelnden Änderungen in der Energiebandlücke an der Grenzschicht zwischen den Wachstumsschichten schafft, von denen jede aus Binärverbindungen zusammengesetzt ist.
  • Die Quantentopflaser und optischen Wellenleiterschichten bei den vorstehend erwähnten Beispielen dieser Erfindung sind aus zwei Arten von Binärverbindungen, wie beispielsweise GaAs und AlAs, zusammengesetzt, sind aber nicht darauf beschränkt. Als Binärverbindungen können auch solche Halbleitersubstanzen, wie GaSb und AlSb, InAs und AlAs, InP und GaP usw. für diese Erfindung verwendet werden.

Claims (3)

1. Halbleiterlaser-Vorrichtung mit einem von Hüllschichten (23, 27) begrenzten, einen Quantentopf aufweisenden aktiven Bereich, wobei jede der Hüllschichten (23, 27) eine Supergitter-Schicht ist, in der Lagen einer ersten Binärverbindung abwechselnd mit Lagen einer zweiten Binärverbindung geschichtet sind, wobei die ersten und zweiten Binärverbindungen ein gemeinsames Element haben, wobei der aktive Bereich eine undotierte aktive Schicht (25) aus einer der Binärverbindungen einschließt, die von zwei optischen Führungsschichten (24, 26) umgeben ist, wobei jede der beiden optischen Führungsschichten (24, 26) eine Supergitter- Schicht ist, in der undotierte Lagen der ersten Binärverbindung abwechselnd mit undotierten Lagen der zweiten Binärverbindung geschichtet sind, wodurch eine Einzelquantentopf-Struktur gebildet ist.
2. Halbleiterlaser-Vorrichtung mit einem von Hüllschichten (31) begrenzten, einen Quantentopf aufweisenden aktiven Bereich, wobei jede der Hüllschichten (31) eine Supergitter-Schicht ist, in der Lagen einer ersten Binärverbindung abwechselnd mit Lagen einer zweiten Binärverbindung geschichtet sind, wobei die ersten und zweiten Binärverbindungen ein gemeinsames Element haben, wobei der-aktive Bereich eine abwechselnde Schichtung von aktiven Schichten (32) einer der Binärverbindungen und Barriereschichten (33) einschließt, wobei jede der Barriereschichten (33) zwei aktive Schichten (32) trennt und eine weitere abwechselnde Schichtung ist, in der Lagen der ersten Binärverbindung abwechselnd mit Lagen der zweiten Binärverbindung geschichtet sind, wodurch eine Multiquantentopf-Struktur gebildet ist.
3. Halbleiterlaser-Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die beiden Arten der Binärverbindungen GaAs und AlAs, GaSb und AlSb, InAs und AlAs, oder InP und GaP sind.
DE3587748T 1984-06-25 1985-06-24 Halbleiterlaseranordnung. Expired - Lifetime DE3587748T2 (de)

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DE3587748D1 DE3587748D1 (de) 1994-03-24
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JP (1) JPS6110293A (de)
DE (1) DE3587748T2 (de)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61131414A (ja) * 1984-11-29 1986-06-19 Sharp Corp 半導体装置
JPS61154191A (ja) * 1984-12-27 1986-07-12 Mitsubishi Electric Corp 半導体レ−ザ素子
JPS61244086A (ja) * 1985-04-22 1986-10-30 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子
JPH0728022B2 (ja) * 1985-05-07 1995-03-29 株式会社日立製作所 光信号伝達系を備えた電子デバイス
FR2592739B1 (fr) * 1986-01-06 1988-03-18 Brillouet Francois Structure semi-conductrice monolithique d'un laser et d'un transistor a effet de champ et son procede de fabrication
JPS62165385A (ja) * 1986-01-14 1987-07-21 Nec Corp 半導体発光装置
FR2593966B1 (fr) * 1986-02-04 1988-09-09 Ankri David Structure semi-conductrice monolithique d'un transistor bipolaire a heterojonction et d'un laser
JPS62188295A (ja) * 1986-02-13 1987-08-17 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子
FR2596529B1 (fr) * 1986-03-28 1988-05-13 Thomson Csf Guide d'onde optique en materiau semiconducteur, laser appliquant ce guide d'onde et procede de realisation
US4851886A (en) * 1986-06-11 1989-07-25 Texas Instruments Incorporated Binary superlattice tunneling device and method
US4760579A (en) * 1986-07-01 1988-07-26 Hughes Aircraft Company Quantum well laser with charge carrier density enhancement
JPS63153887A (ja) * 1986-08-08 1988-06-27 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子
JPH0666519B2 (ja) * 1986-08-14 1994-08-24 東京工業大学長 超格子構造体
JPS6371826A (ja) * 1986-09-16 1988-04-01 Hitachi Ltd 光半導体装置
FR2607978A1 (fr) * 1986-12-09 1988-06-10 Thomson Csf Laser infrarouge a semi-conducteur accordable a double puits quantiques
JP2544378B2 (ja) * 1987-03-25 1996-10-16 株式会社日立製作所 光半導体装置
JP2558768B2 (ja) * 1987-12-29 1996-11-27 シャープ株式会社 半導体レーザ装置
JPH01222430A (ja) * 1988-03-01 1989-09-05 Fujitsu Ltd 歪超格子バッファ
GB2223351A (en) * 1988-09-28 1990-04-04 Philips Electronic Associated A method of manufacturing a semiconductor device having waveguide structure
JP2746326B2 (ja) * 1989-01-10 1998-05-06 株式会社日立製作所 半導体光素子
JP2719187B2 (ja) * 1989-05-08 1998-02-25 キヤノン株式会社 光導波路及びそれを用いた光アイソレータ
US5054871A (en) * 1990-07-02 1991-10-08 Bell Communications Research, Inc. Semiconductor waveguide and impedance-matched detector
US5117469A (en) * 1991-02-01 1992-05-26 Bell Communications Research, Inc. Polarization-dependent and polarization-diversified opto-electronic devices using a strained quantum well
JPH04291304A (ja) * 1991-03-20 1992-10-15 Fujitsu Ltd 光導波路および光信号の制御方法
AU2401792A (en) * 1991-08-01 1993-03-02 Optronics Ireland A laser structure
JPH0629621A (ja) * 1992-07-09 1994-02-04 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
US5598492A (en) * 1995-10-10 1997-01-28 Hammer; Jacob M. Metal-ferromagnetic optical waveguide isolator
US6316098B1 (en) 1998-03-27 2001-11-13 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Molecular layer epitaxy method and compositions
US6783849B2 (en) 1998-03-27 2004-08-31 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Molecular layer epitaxy method and compositions
TWI341600B (en) * 2007-08-31 2011-05-01 Huga Optotech Inc Light optoelectronic device and forming method thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4261771A (en) * 1979-10-31 1981-04-14 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method of fabricating periodic monolayer semiconductor structures by molecular beam epitaxy
JPS57152178A (en) * 1981-03-17 1982-09-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor light emitting device with super lattice structure

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Publication number Publication date
EP0166593A3 (en) 1987-08-19
JPS6110293A (ja) 1986-01-17
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DE3587748D1 (de) 1994-03-24
EP0166593A2 (de) 1986-01-02
JPH0418476B2 (de) 1992-03-27
US4746181A (en) 1988-05-24

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