DE60126677T2

DE60126677T2 - Verfahren und vorrichtung zur verbesserung des wirkungsgrads in optoelektronischen strahlungsquelleneinrichtungen

Info

Publication number: DE60126677T2
Application number: DE60126677T
Authority: DE
Inventors: Zalmanovitch Dmitri Princeton GARBUZOV; J. Raymond Newtown MENNA
Original assignee: Trumpf Photonics Inc
Current assignee: Trumpf Photonics Inc
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2021-03-20
Also published as: DE60126677D1; JP4278985B2; EP1380077A1; EP1380077B1; EP1380077A4; WO2002075878A1; JP2005510854A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft optoelektronische Halbleitertechnologie, und genauer optoelektronische Vorrichtungen hoher Energie bzw. Leistung, wie beispielsweise Halbleiterlaser hoher Energie bzw. Leistung, Verstärker, Verstärkungschips und Superlumineszenz lichtemittierende Dioden (SLEDs), die einen verbesserten Wirkungsgrad und eine niedrige Strahldivergenz für Telekomanwendungen aufweisen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Dokument EP 0 575 684 A1 offenbart eine optoelektronische Halbleitervorrichtung, umfassend einen aktiven Bereich, eine einzige Quantenwell- bzw. -topfschicht oder eine Multi-Quantenwell- bzw. -topfschicht, eingebettet in einer Trägerbegrenzungsstruktur, die für eine Energiebarriere an wenigstens einer Seite des aktiven Bereichs sorgt. Diese Energiebarriere verringert eine Trägerleckage aus dem aktiven Bereich heraus. Die Trägerbegrenzungsstruktur ist in einer optischen Begrenzungsstruktur eingebettet, welche die optische Lichtwelle führt.
Dokument EP 0 540 799 A1 offenbart eine optoelektronische Halbleitervorrichtung, die einen aktiven Bereich zwischen den sehr dünnen p- und n-dotierten Barriereschichten und dicken p- und n-dotierten Claddingschichten aufweist. Die Barriereschichten werden verwendet, um ein Tunneln und Er gießen von Trägern aus dem aktiven Bereich in das Cladding bzw. die Umhüllung zu vermeiden.
Dokument Garbuzov D. et. al: 'Broadband waveguide, low loss 1.5/spl mu/m InGaAsP/InP und 2/spl mu/m InGaAsSb/AlGaAsSb Laserdiodes', 1997 Int. Conference on Indium Phosphide and Related Materials, Hyannis, Cape Cod, Mai 11–15, 1997, Indium Phosphide and Related Materials, New York, NY: IEEE, US, 11. Mai 1997 (19997-05-11), Seiten 551–554, XP010232042, ISBN: 0-7803-3898-7 diskutiert eine freie Trägerabsorption in Claddingschichten von langwelligen, gesonderten Begrenzungs-Quantenwell-Laserdioden, und zeigt, daß eine derartige Absorption die differentielle Effizienz und die Ausgabeenergie bzw. abgegebene Leistung für derartige Laser begrenzt, wenn ihre Wellenleiterdicke aus den Überlegungen des maximalen optischen Begrenzungsfaktors für Quantenwells bzw. -töpfe ausgelegt ist.
Optoelektronische Vorrichtungen, wie beispielsweise Halbleiterlaser und SLEDs, stellen die Lichtquelle für verschiedene Aspekte von faseroptischen Telekommunikationssystemen. bereit. Optoelektronische Strahlungsquellenvorrichtungen, wie beispielsweise Laser, die Wellenlängenausgaben aufweisen, die von 1,31 bis 1,55 Mikron (μm) reichen, sind die am üblichsten verwendeten Laser für einen Telekommunikationsbetrieb. Strahlungsquellenvorrichtungen mit Wellenlängen von 1,31 μm werden typischerweise für eine Übertragung über kurze Entfernungen und Kabel-TV-Signale verwendet, während Wellenlängen von 1,42-1,6 μm typischerweise für Faseroptikkommunikation verwendet werden. Laser, die Wellenlängen im Bereich von 1,42 bis 1,48 μm aufweisen, werden typischerweise als Pumplaser für Raman und Erbium Doped Fiber Amplifiers bzw. mit Erbium dotierte Faserver stärker (EDFA) verwendet. Bei einer Übertragung über eine weite Entfernung wünscht man beispielsweise Laser zu verwenden, die Wellenlängen zwischen 1,54 bis 1,56 μm aufweisen. Für alle Telekomanwendungen und besonders für EDFA Pumpquellen übersteigen Betriebsströme für Halbleiterquellen um mehr als eine Größenordnung einer Größe den Schwellenstrom.
Im wesentlichen ist, wie man aus dem Stand der Technik herausfinden kann, eine schwache Temperaturabhängigkeit der Hauptlasercharakteristik äußerst wichtig für Telekomlaser. Wie einem aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist es nicht leicht, eine hohe Leistung bei erhöhten Temperaturen für Laser beizubehalten, die im Wellenbereich von 1,3–1,5 μm arbeiten. Ein weit verbreitet verwendetes Material für Telekomlaser sind InGaAsP Zusammensetzungen, die auf InP Substraten wachsen gelassen wurden. Zahlreiche Untersuchungen von InGaAsP/InP Lasern haben nachgewiesen, daß die stärkste Temperaturverschlechterung ihrer Parameter teilweise mit unzureichenden Hochenergieniveaubarrieren für eine Begrenzung bzw. Beschränkung der Elektronen in dem laseraktiven Bereich assoziiert bzw. verbunden ist. Als ein Ergebnis der niedrigen Barriere in dem Leitungsband passieren einige der Elektronen, die von der n-dotierten Claddingschicht injiziert sind bzw. werden, durch den aktiven Bereich und sind bzw. werden in der p-dotierten Claddingschicht verloren. Es gibt viele Forscher, die sich dieses Problem angesehen haben, und Leute haben verschiedene Lösungen bereitgestellt, um eine Elektronenleckage bei erhöhten Temperaturen zu verringern. Siehe beispielsweise einen Artikel mit dem Titel "Lasing Characteristics Under High Temperature Operation of 1,55 μm Strained InGaAsP/InGaAlAs MQW Laser With InAlAs Electron Stopper Layer" von H. Murai et al., veröffentlicht in Electronics Letters am 23. November 1995, Band 31, Nummer 24. In dieser Veröffentlichung wird ein 1,55 μm strained bzw. beanspruchter InGaAsP/InGaAlAs MQW Laser gezeigt, in welchem InGaAlAs Claddingschichten und eine InAlAs Elektron-Stopperschicht eingebaut worden sind, um einen Elektronenleckagestrom zu verringern. Die Vorrichtung zeigte einen niedrigen Schwellwert- bzw. Schwellenstrom mit einer hohen maximalen Temperatur eines CW Betriebs. Wie in der Literaturstelle angegeben, wurden überlegene lasernde bzw. Laserstrahlen aussendende Charakteristika bzw. Eigenschaften durch einen Vergleich mit herkömmlichen beanspruchten MQW Lasern ohne Elektron-Stopschicht nachgewiesen. Ein ähnliches Design wurde für die Herstellung von 1,3 μm Lasern verwendet, die ohne thermoelektrische Kühler arbeiten könnten. Derartige Laser sind für Teilnehmernetzwerke und optische Zwischenverbindungssysteme erforderlich. Siehe beispielsweise einen Artikel mit dem Titel "High Temperature Operation of AlGaInAs Ridge Waveguide Lasers With a p-AlInAs Electron Stopper Layer", veröffentlicht im Japanese Journal of Applied Physics auf Seiten 1230 bis 1233 durch Takemasa et al.
Wie in diesen Veröffentlichungen gesehen werden kann, gibt es Banddiagramme, die den aktiven Bereich des Lasers zeigen, der Quantumwells bzw. -töpfe (QW) beinhaltet, die zwischen Schichten von Materialien mit einer Bandlücke eingeschlossen sind, die größer als jene des aktiven Bereichs ist. Somit werden Energiebarrieren, die die injizierten Elektronen und Löcher in dem aktiven Bereich begrenzen, erzeugt. Der Stand der Technik verwendete InGaAsP und InP, um einen aktiven Bereich und Barrieren für Laser zu erzeugen, die im Bereich von 1,2 bis 2,0 μm arbeiten. Der Nachteil dieser Materialien besteht darin, daß die Energiebarrieren für Elektronen niedriger sind als für Löcher, und wenn man wünscht, Elektronen zu injizieren bzw. einzubringen, um Photonen in den QWs zu generieren bzw. zu erzeugen, gibt es eine Leckage bzw. ein Lecken von Elektronenstrom vom aktiven Bereich zu der p-dotierten InP Claddingschicht, die die Laserleistung begrenzt. Diese Leckagestromkomponente ist superlinear in bezug auf den Gesamtstrom und temperaturempfindlich, insofern als der Leckagestrom bei einer Rate zunimmt, die größer als eine Zunahme im Gesamtstrom ist.
Das Problem ist ernster für Laser, die bei 1,3 μm arbeiten, als für Laser, die bei 1,55 μm arbeiten. Tatsächlich ist das Problem so ernst bzw. schwerwiegend, daß man AlInGaAs als ein Claddingschichtmaterial oder AlInAs als Stopelektronen- (Blockier-) Schichten verwendet.
Jedoch sind Aluminiumverbindungen nicht für Telekommunikationsvorrichtungen erwünscht, weil Aluminium leicht oxidiert und somit Probleme für eine Lasererzeugung als auch für Langzeitzuverlässigkeit bzw. -betriebssicherheit erzeugt. Der Stand der Technik hat dieses Problem zu lösen versucht, indem ein InGaP Material mit großer Bandlücke als eine blockierende bzw. Blockierschicht verwendet wird. Das zusätzliche Problem für InGaAsP/InP Telekomlaser entsteht bei Betrieb bei hohen Stromdichten. Messungen einer Ausgabeenergie bzw. -leistung gegen Strom (P-I Charakteristika bzw. Eigenschaften), sowohl beim kurz gepulsten Regime als auch dem Regime einer kontinuierlichen Welle (CW), weisen den Übergang von einer linearen Leistung zu einer sublinearen Leistung bei einer hohen Stromdichte nach. Dieses Phänomen wird der charakteristische P-I Rollover- oder Sättigungseffekt genannt. Im Kurzpuls-Regime, wo ein Aufheizen der Vorrichtung vernachlässigbar ist, ist die Sättigungs wirkung ausschließlich induzierter Strom und ist mit einer Zunahme der Elektronenkonzentration und einem elektrischen Feld bei der Grenzfläche von aktivem Bereich/p-dotierter Claddingschicht assoziiert bzw. verbunden. Das Ergebnis ist, daß die Elektronenstromkomponente, die von dem aktiven Bereich zur p-dotierten Claddingschicht gerichtet ist, zunimmt. In dem CW Regime nimmt diese Stromkomponente zusätzlich aufgrund eines Erwärmens des aktiven Bereichs zu, das durch den hohen Strom verursacht ist. Mehrere Veröffentlichungen (siehe beispielsweise einen Artikel mit dem Titel "Effect of Heterobarrier Leckage on the Performance of High-Power 1,5 μm InGaAsP Multiple-Quantum Well Lasers", veröffentlicht in Journal of Applied Physics auf Seiten 2211–2215 durch Shterengas et al.) gaben an, daß die Zunahme eines p-Dotierens der Grenzfläche des aktiven Bereichs/p-dotierten Cladding das Verringern der Elektronenleckage aufgrund der Verringerung des elektrischen Grenzfelds erlaubt. Jedoch kann die Zunahme der Lochkonzentration zu der Abnahme eines Laserwirkungsgrads bzw. einer Lasereffizienz führen, verursacht durch die zusätzlichen optischen Verluste, die mit der starken Photonenabsorption durch freie Löcher assoziiert sind. Um dieses Problem zu lösen, wurde ein breites Wellenleiter-(BW)-Design in U.S. Patent 5,818,860 vorgeschlagen, mit dem Titel "High Power Semiconductor Laser Diode", erteilt am 6. Oktober 1998 an Garbuzov, dem Erfinder hierin. Im Fall von BW Lasern werden 99 % der optischen Mode im verbreiterten Wellenleiter mit einer Gesamtdicke von etwa 1 μm begrenzt. Das Wellenleitermaterial ist nicht dotiert, wodurch es minimale optische Verluste für den lasernden bzw. Laserstrahlen aussendenden Modus bereitstellt. Das breite Wellenleiterdesign war sehr nützlich für die Herstellung von sehr leistungsfähigen Diodenlasern hoher Energie bzw. Leistung für zahlreiche, aber Nicht-Telekomanwendungen. Der Nachteil von breiten Wellenleiterlasern für Telekomanwendungen ist die große Strahldivergenz in der Richtung senkrecht zur Laserebene (schnelle Richtung). Für 1,5 μm Laser mit einem 1 μm dicken Wellenleiter übersteigt diese Divergenz 40 Grad bei einer halben maximalen Intensität (FWHM > 40°). Dieser Wert einer Divergenz ist nicht mit einem wirkungsvollen Laserkoppeln einer optischen Faser im Einzel-Modus kompatibel. Methoden bzw. Verfahren zum Verbessern der Divergenz der schnellen Achse sind gut bekannt. Beispielsweise besteht eine Methode darin, die Wellenleiterdicke auf 10–30 nm zu verringern. Jedoch pflanzt sich in dem Fall von derartigen schmalen (NW) Wellenleiternstrukturen ein beträchtlicher Anteil (etwa 40 %) des Laser ausstrahlenden Modus in der p-dotierten Claddingschicht fort und optische Verluste, die durch eine Absorption eines freien Lochs verursacht sind, sind hoch. Wie oben diskutiert, ist die Abnahme eines p-Claddingdotierens nicht erwünscht wegen der Elektronenleckagesteigerung.
Somit gibt es eine Notwendigkeit bzw. einen Bedarf für ein neues Design von Telekom-MQW-Niedrigdivergenzlasern (insbesondere Pumplaser für Faserverstärker), die eine Vorrichtungstätigkeit hoher Effizienz bei hohen Stromdichten und erhöhten Temperaturen bereitstellen.
Es ist das Ziel bzw. der Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verbessern eines Wirkungsgrads einer optoelektronischen Vorrichtung und eine optoelektronische Halbleitervorrichtung bereitzustellen, welche für einen Betrieb mit hohem Wirkungsgrad bei hohen Stromdichten und erhöhten Temperaturen sorgen.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren, das aus den in Anspruch 1 geoffenbarten Merkmalen besteht, und eine Vorrichtung erfüllt, die die in Anspruch 9 geoffenbarten Merkmale aufweist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein neues Design für Diodenlicht emittierenden Quellen von schmalen Telekom-Wellenleitern niedriger Divergenz, insbesondere für Faserverstärker-Pumplaser wird geoffenbart. Das Design stellt einen Betrieb hoher Effizienz bei hohen Stromdichten und erhöhten Temperaturen bereit. Um dieses Design zu erzielen, ist eine blockierende Schicht mit einer großen Bandlücke zusammenfallend mit dem p/n Übergang innerhalb der Vorrichtungsstruktur eingebaut. Das Material der blockierenden Schicht einer großen Bandlücke erzeugt eine Elektronenenergiebarriere, die um mindestens 200 meV größer als benachbarte bzw. angrenzende Materialniveaus in dem Leitungsband ist, um eine Elektronenleckage bzw. ein Elektronenlecken von dem aktiven Bereich zu einem p-dotierten Mantel- bzw. Claddingbereich zu verhindern. Zusätzlich wird ein niedrig dotierter Bereich eines Materials einer breiten Bandlücke in Kombination mit der wenigstens einen blockierenden Schicht verwendet, um optische Verluste zu verringern. In einem Aspekt der Erfindung ist eine blockierende Schicht zwischen dem niedrig dotierten Bereich und dem aktiven Bereich zwischengelagert. In einem zweiten Aspekt ist der niedrig dotierte Bereich zwischen der blockierenden Schicht und dem aktiven Bereich zwischengelagert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen:
illustriert 1a eine perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Halbleiterlasers;
illustriert 1b ein Leitungsbanddiagramm eines herkömmlichen Halbleiterlasers;
illustriert 2a ein beispielhaftes Leitungsbanddiagramm eines Halbleiterlasers in Übereinstimmung mit einem Aspekt einer Ausführungsform der Erfindung;
illustriert 2b ein zweites beispielhaftes Leitungsbanddiagramm eines Halbleiterlasers in Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt des in 2a illustrierten erfinderischen Konzepts;
illustriert 2c ein beispielhaftes Leitungsbanddiagramm eines Halbleiterlasers in Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt des in 2a illustrierten erfinderischen Konzepts;
illustriert 2d ein beispielhaftes Leitungsbanddiagramm eines Halbleiterlasers in Übereinstimmung mit einem Aspekt des in 2a, 2b und 2c illustrierten erfinderischen Konzepts;
illustriert 3a ein beispielhaftes Leitungsbanddiagramm eines Halbleiterlasers in Übereinstimmung mit einem Aspekt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
illustriert 3b ein zweites beispielhaftes Leitungsbanddiagramm eines Halbleiterlasers in Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt des in 3a illustrierten erfinderischen Konzepts;
illustriert 3c ein beispielhaftes Leitungsbanddiagramm eines Halbleiterlasers in Übereinstimmung mit einem dritten Aspekt des in 3a und 3b illustrierten erfinderischen Konzepts;
illustriert 4a eine beispielhafte Querschnitts-Epistruktur einer herkömmlichen Quantenwell bzw. -topf (QW) Halbleiterstrahlungsquellenvorrichtung;
illustriert 4b eine beispielhafte Querschnitts-Epistruktur einer QW Halbleiterstrahlungsquellenvorrichtung in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung;
illustriert 5 einen Vergleich von Leistungsresultaten bzw. -ergebnissen eines herkömmlichen 1,48 Mikron Pumplasers und eines 1,48 Mikron Pumplasers, der ein Leitungsbanddiagrammerkmal aufweist, wie dies in 2a illustriert ist; und
illustriert 6 P-I Merkmale und Energieausgabespektren eines DFB Lasers, der in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung hergestellt ist.
Es versteht sich, daß diese Zeichnungen ausschließlich für Zwecke eines Veranschaulichens bzw. Illustrierens der Konzepte der Erfindung dienen und nicht als ein Niveau der Grenzen der Erfindung beabsichtigt sind. Es wird erkannt bzw. geschätzt werden, daß dieselben Bezugszeichen, möglicherweise mit Bezugsschriftzeichen ergänzt, wo geeignet, überall verwendet worden sind, um entsprechende Teile zu identifizieren.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezugnehmend auf 1a, welche 1 der genannten U.S. Patent Nr. 5,818,860 entspricht, ist eine Halbleiterlaserdiode als 10 bezeichnet. Die Laserdiode 10 umfaßt einen Körper 12 aus Halbleitermaterial oder -materialien, der eine Bodenoberfläche 14, Oberseitenfläche 16, Endoberflächen 18 und Seitenoberflächen 20 aufweist. Der Körper 12 beinhaltet einen Wellenleiterbereich 22, der sich dazu quer erstreckt. Innerhalb des Wellenleiterbereichs 22 ist ein aktiver Bereich 24, in welchem Photonen generiert bzw. erzeugt werden, wenn eine geeignete elektrische Vorspannung über die Diode 10 plaziert ist. Der aktive Bereich 24 kann von irgendeiner Struktur sein, die in der Laserdiodentechnik gut bekannt ist, die fähig ist, Photonen zu erzeugen. Der aktive Bereich 24 umfaßt einen oder mehrere Quantenwell(s) bzw. -topf (-töpfe). Der Wellenleiterbereich 22 beinhaltet Schichten bzw. Lagen 26 auf jeder Seite des aktiven Bereichs 24, welche aus nicht dotiertem Halbleitermaterial bestehen.
An jeder Seite des Wellenleiterbereichs 22 ist ein getrennter Mantel- bzw. Claddingbereich 28 und 30. Die Claddingbereiche 28 und 30 sind Schichten aus einem Halbleitermaterial einer Zusammensetzung, welche einen niedrigeren Brechungsindex aufweist als die Materialien der Schichten 26 des Wellenleiterbereichs 22. Auch sind die Claddingbereiche 28 und 30 wenigstens teilweise dotiert, um vom Typ einer entgegengesetzten Leitfähigkeit zu sein. Das Dotierniveau in den Claddingbereichen 28 und 30 ist typischerweise zwischen etwa 5·10¹⁷/cm³ und 2·10¹⁹/cm³. Beispielsweise kann der Claddingbereich 28 zwischen dem Wellenleiterbereich 22 und der Oberseitenoberfläche 16 des Körpers 12 von p-dotierter Leitfähigkeit sein und der Claddingbereich 30 zwischen dem Wellenleiterbereich 22 und der Bodenoberfläche 14 des Körpers 12 kann von n-dotierter Leitfähigkeit sein.
Eine Kontaktschicht 32 eines leitfähigen Materials, wie beispielsweise eines Metalls, ist auf und in Ohm'schen Kontakt mit dem p-Typ Leitfähigkeits-Claddingbereich 28. Die Kontaktschicht 32 ist in der Form eines Streifens, der sich zwischen den Endoberflächen 18 des Körpers 12 erstreckt und ist schmäler als die Breite des Körpers 12, d.h. dem Abstand zwischen den Seitenoberflächen 20 des Körpers 12. Eine Kontaktschicht 34 eines leitenden bzw. leitfähigen Materials, wie beispielsweise einem Metall, ist an und in Ohm'schem Kontakt mit dem n-Typ Leitfähigkeits-Claddingbereich 30. Die Kontaktschicht 34 erstreckt sich quer zur gesamten Fläche der Bodenoberfläche 14 des Körpers 12.
Die verschiedenen Bereiche des Körpers 12 können aus irgendeinem der gut bekannten Halbleitermaterialien hergestellt sein, die zum Herstellen von Laserdioden verwendet werden, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf Galliumarsenid (GaAs), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumarsenid (InGaAs) und derartige quaternäre Materialien, wie Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaRsP). Jedoch müssen die Materialien, die für die verschiedenen Bereiche bzw. Regionen verwendet werden, Brechungsindizes aufweisen, welche die gewünschte Begrenzung der optischen Mode liefern. Die Claddingbereiche 28 und 30 können gleichmäßig durch ihre Dicke dotiert sein oder können mit einem geringfügigen oder keinem Dotieren an ihrem Übergang mit dem Wellenleiterbereich 22 und dem beträchtlichsten Dotieren an der jeweiligen Oberfläche des Körpers 12 eingeteilt bzw. eingestuft sein.
Bezugnehmend auf 1b, welche 2 des genannten U.S. Patent Nr. 5,818,860 entspricht, wird schematisch das Leitungsbanddiagramm 36 einer Laserdiode entsprechend der Struktur der Laserdiode 10 gezeigt, die in 1a gezeigt ist. In dieser schematischen Darstellung ist ein Wellenleiterbereich 38 enthalten, der darin einen einzigen Quantenwell- bzw. -topfbereich 40 von nicht dotiertem Material aufweist, beispielsweise In₂₀Ga₈₀As, und eine gesonderte Begrenzungsschicht 42 von nicht dotiertem Material, beispielsweise Al₃₀Ga₇₀As, an jeder Seite des Quantenwell- bzw. -topfbereichs 40. Ein p-dotierter Leitfähigkeits-Claddingbereich 44 befindet sich an einer Seite des Wellenleiterbereichs 38 und ein n-dotierter Leitfähigkeits-Claddingbereich 46 befindet sich an der anderen Seite des Wellenleiterbereichs 38. Jeder der Claddingbereiche 44 und 46 besteht aus Al₆₀Ga₃₀As. Obwohl von der Laserdiode 36 gezeigt wird, daß sie nur einen einzigen Quantenwellbereich 40 aufweist, kann sie eine Mehrzahl von Quantenwell- bzw. -topfbereichen bzw. -regionen aufweisen, welche voneinander durch Barrierebereiche beabstandet sind, wie dies in der Laserdiodentechnik gut bekannt ist. Photonen werden erzeugt, wenn Elektronen in den Quantenwell- bzw. -topfbereich 40 fallen, und die Begrenzungsschicht 42 verhindert den Fluß von Elektronen zu der p-dotierten Leitfähigkeits-Claddingschicht 44 und lenkt bzw. leitet die erzeugten Photonen, sich entlang eines bekannten Pfads zu bewegen.
Nun auf 2a bezugnehmend, wird schematisch ein Leitungsbanddiagramm 200 eines Aspekts einer optoelektronischen Vorrichtung, beispielsweise einer Halbleiterlaserdiode, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Halbleiter-Wellenleiterbereich 38 eine Mehrzahl von Quantenwell- bzw. -topfbereichen 52, die aus einem Halbleitermaterial zusammengesetzt sind, wie beispielsweise InGaAsP, welche durch Barrierebereiche bzw. -regionen 54 voneinander beabstandet sind. Die Barrierebereiche 54 bestehen aus einem Halbleitermaterial, wie beispielsweise InGaAsP, das ein Bandlückenenergieniveau aufweist, das hierin als Eg⁵⁴ repräsen tiert ist. An jeder Seite des Quantenwellbereichs 52 ist die innere Begrenzungsschicht 56 illustriert. Die innere Begrenzungsschicht 56 besteht aus einem Material, wie beispielsweise InGaAsP, das ein Bandlückenenergieniveau aufweist, das hierin als Eg⁵⁶ repräsentiert ist. Wie erkannt werden würde, kann das Material des Barriereniveaus 54 dasselbe sein wie jenes oder unterschiedlich von jenem der inneren Begrenzungsschicht 56. Benachbart bzw. angrenzend an jede der inneren Begrenzungsschichten 56 ist eine äußere Begrenzungsschicht 58. Die äußere Begrenzungsschicht 58 besteht aus einem Material, wie beispielsweise InGaAsP, das ein Bandlückenenergieniveau aufweist, das hierin als Eg⁵⁸ repräsentiert ist. Wie illustriert, werden bzw. sind die Bandlückenenergieniveaus der Begrenzungsbereiche derart formuliert, daß: Eg52 < Eg54 <= Eg56 < Eg58
Angrenzend an die äußeren Begrenzungsschichten 58 sind Umhüllungs- bzw. Claddingbereiche 60 und 62, die aus einem Material zusammengesetzt sind bzw. bestehen, wie beispielsweise InP, das mit Verunreinigungen dotiert ist. Bekannte Verunreinigungen werden in den Claddingbereich 60 hinzugefügt, um eine Elektronenkonzentration zu erzielen, d.h. n-dotiert, und bekannte Verunreinigungen werden in den Claddingbereich 62 hinzugefügt, um eine hohe Lochkonzentration zu erzielen, d.h. p-dotiert. Claddingbereiche 60 und 62 sind im allgemeinen, wie vorher diskutiert, bis auf ein Niveau von größer als 5·10¹⁷/cm³ dotiert. Außerdem ist der n-Dotiertyp-Claddingbereich 60 im allgemeinen gleichmäßig durch seine Dicke dotiert, aber der p-Dotiertyp-Claddingbereich 62 kann ein Dotierniveau aufweisen, das von einem niedrigsten Niveau an der Grenzfläche mit der äußeren Begrenzungsschicht 58 zu einem höchsten Niveau an seiner Oberfläche abgestuft ist. Die Energiebandlücken der Claddingbereiche 60 und 62 sind merklich größer als die Energiebandlücke des äußeren Begrenzungsbereichs 58.
In Übereinstimmung mit dem Prinzip der Erfindung ist eine zugbeanspruchte blockierende bzw. Blockierschicht 70, die aus einem Material mit großer Bandlücke zusammengesetzt ist, wie beispielsweise InGaP, welches auch p-dotiert sein kann, zwischen der äußeren Begrenzungsschicht 58 und der Claddingschicht 62 zwischengelagert, d.h. zusammenfallend mit dem p/n Übergang, der zwischen p-Typ-Materialien und n-Typ-Materialien ausgebildet ist. Die blockierende Schicht 70 erzeugt eine Energiebarriere, die Elektronen daran hindert zu entweichen, d.h. von dem äußeren Begrenzungsbereich 58 zum Claddingbereich 62 lecken. In diesem Fall ist ein Bandlückenenergieniveau der blockierenden Schicht 70, repräsentiert als Eg⁷⁰, derart, daß: Eg58 < Eg62 < Eg70
Die blockierende Schicht 70 sollte eine Barriere von nicht weniger als 200 meV erzeugen. Die Barriere, die durch die blockierende Schicht 70 erzeugt ist bzw. wird, verringert die Elektronenleckage herab auf ein Prozent des gesamten Antriebsstroms. Außerdem ist die blockierende Schicht 70 eine relativ dünne Schicht, 2–50 Nanometer (nm). In einer bevorzugten Ausführungsform sollte die blockierende Schicht 70 nicht weniger als 20 nm sein, um ein Elektronentunneln zu vermeiden, und nicht größer als 50 nm, um einen Serienwiderstand der Vorrichtung zu verringern und die Ausbildung von Mängeln bzw. Defekten zu beseitigen, wenn die blockie rende Schicht im Gitter fehlabgestimmt mit dem Substratmaterial ist.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist der Claddingbereich 62 aus einem Abstandhalterbereich 64 und einem Claddingbereich 66 zusammengesetzt. In diesem Aspekt ist der Claddingbereich 66 eine p-dotierte Schicht, wie vorher beschrieben. Jedoch kann der Abstandhalterbereich ein p-dotiertes InP Material oder ein InGaAsP Material sein, so daß die Elektronenbandlücke repräsentiert wird als: Eg66 >Eg64 > Eg58
In einem Aspekt der Erfindung ist der Abstandhalterbereich 64 ein niedrig p-dotierter in der Größenordnung von p = 1·10¹⁷ bis 2·10¹⁷/cm³. Weiterhin noch kann die Lochkonzentration im Claddingbereich 66 deutlich auf bis zu 10¹⁸/cm³ vergrößert sein bzw. werden.
Bezugnehmend nun auf 2b wird schematisch ein Leitungsbanddiagramm 210 eines zweiten Aspekts einer Halbleiterlaserdiode in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die in 2a illustriert ist. In diesem Aspekt der Erfindung wird eine zweite blockierende Schicht 80, die aus einem p-dotierten Material, wie beispielsweise InGaP, zusammengesetzt ist bzw. besteht, an der Grenzfläche des hoch dotierten Claddingbereichs 66 und der niedrig dotierten Abstandhalterschicht 64 eingeführt. Die zweite blockierende Schicht 80 ist vorzugsweise aus einem p-dotierten Material zusammengesetzt, das ein Dotierniveau aufweist, das eine Lochkonzentration größer als 2·10¹⁷/cm³ bereitstellt. Diese zweite blockierende Schicht stellt weiterhin eine Unterdrückung des Elektronenleckagestroms bereit, wenn ein gewisser Anteil der Elektronen in die blockierende Schicht 70 eindringt.
Nun auf 2c bezugnehmend, wird schematisch ein Leitungsbanddiagramm 220 eines anderen Aspekts einer Halbleiterlaserdiode in Übereinstimmung mit der Ausführungsform der in 2a illustrierten Erfindung gezeigt. In diesem Aspekt der Erfindung ist die zweite blockierende Schicht 90 an der Grenzfläche zwischen der äußeren Begrenzungsschicht 58 und der inneren Begrenzungsschicht 56 eingeführt. Vorzugsweise ist die blockierende Schicht 80 aus einem n-dotierten Material einer Zusammensetzung ähnlich jener der blockierenden Schicht 70 zusammengesetzt. In diesem Aspekt der Erfindung verhindert der Einschluß der zweiten blockierenden Schicht 90 eine Elektronenansammlung im Wellenleiter 38. Diese Ansammlung kann zusätzliche optische Verluste aufgrund einer Absorption eines freien Lochs in den Wellenleiterschichten verursachen.
2d zeigt schematisch ein Leitungsbanddiagramm 230 eines vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung. In diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist jede der vorher beschriebenen zweiten blockierenden Schichten 80 und 90 innerhalb eines hergestellten Halbleiterlasers enthalten.
Es sollte verstanden werden, daß blockierende Schichten 80 und 90 individuell bzw. einzeln oder in Kombination eingeschlossen bzw. enthalten sein können, um eine gewünschte Begrenzung des Leckagestroms außerhalb des Wellenleiterbereichs 38 zu erzielen. Somit wird, obwohl der Einschluß von illustrierten blockierenden Schichten, um den Leckagestrom zu regeln bzw. zu steuern, stufenweise bzw. allmählich in den 2a–2d gezeigt worden ist, verstanden, daß die Eingliederung einer blockierenden Schicht unabhängig von anderen blockierenden Schichten ist. Daher werden andere Kombinationen der illustrierten blockierenden Schichten, obwohl nicht illustriert, als innerhalb des Umfangs der Erfindung zu sein betrachtet.
Bezugnehmend nun auf 3a–3c sind Leitungsbanddiagramme gezeigt, die einer zweiten Ausführungsform der Erfindung entsprechen. In diesem veranschaulichenden bzw. illustrativen Beispiel sind blockierende Schichten zunehmend innerhalb des Halbleitermaterials in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung enthalten. Bezugnehmend auf 3a wird bzw. ist ein Leitungsbanddiagramm 300 illustriert, das eine blockierende Schicht 100 einer p-dotierten Halbleitermaterialschicht darstellt, wie beispielsweise InGaP, das am Übergang des p-dotierten Abschnitts 66 und n-dotierten Abschnitts 64 der Claddingschicht 62 ausgebildet ist. In einem Aspekt der Erfindung kann die blockierende Schicht zugbeansprucht sein. Die p-dotierte blockierende Schicht 100 erzeugt, wie vorher diskutiert, eine Elektronenbarriere, die den Fluß von Elektronen vom Wellenleiterbereich 38 zum p-dotierten Abschnitt des Claddingbereichs 66 hemmt. Der benachbarte bzw. angrenzende niedrig n-dotierte Abschnitt 64 der Claddingschicht 62 weist eine Elektronenkonzentration geringer als 5·10¹⁷/cm³ auf. An der Grenzfläche zwischen der niedrig n-dotierten Schicht 64 und dem p-dotierten Abschnitt 66 der Claddingschicht 62 nimmt die Lochkonzentration deutlich bzw. scharf auf bis zu 10¹⁸/cm³ zu. Diese Zunahme in dem p-Dotieren stellt einen niedrigen Widerstand für die Vorrichtung bereit.
3b illustriert einen zweiten Aspekt der Erfindung, wobei eine n-dotierte, beanspruchte, blockierende Schicht 110 aus einem Material, wie beispielsweise InGaP, an der Grenzfläche der äußeren Begrenzungsschichten 58 und dem niedrig dotierten Abstandhalterbereich 64 ausgebildet ist. In diesem Aspekt der Erfindung ist der Abstandhalterbereich 64 ein nicht dotiertes Material, wie beispielsweise InP. Diese zusätzliche blockierende Schicht stellt eine weitere Unterdrückung eines Elektronenleckagestroms zur Verfügung.
3c illustriert einen anderen Aspekt der Erfindung, wobei eine zweite n-dotierte blockierende Schicht 120 eines Materials, wie beispielsweise InGaP, an der Grenzfläche zwischen der inneren Begrenzungsschicht 56 und der äußeren Begrenzungsschicht 58 eingebaut bzw. aufgenommen ist. Die blockierende Schicht 120 verhindert eine Elektronenansammlung im Wellenleiter 38. Eine Ansammlung von Elektronen im Wellenleiter 38 kann zusätzliche optische Verluste aufgrund einer Absorption freier Löcher in den Wellenleiterschichten verursachen.
4a stellt eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Strahlungsquelle einer herkömmlichen Diode dar. In dieser Ansicht sind bzw. werden die Materialschichten, die die Vorrichtung zusammensetzen, gezeigt. Folglich ist die n-dotierte Claddingschicht 60 aus einem InP Material zusammengesetzt. Ein aktiver Bereich 38, der aus der äußeren Begrenzungsschicht 58, inneren Begrenzungsschicht 56 und dem Quantenwell bzw. -topf 52 zusammengesetzt ist, ist aus einem InGaAsP Material zusammengesetzt. Und eine p-dotierte Claddingschicht 62 ist aus einem InP Material zusammengesetzt.
4b stellt eine Querschnittsansicht einer beispielhaften lichtemittierenden Halbleitervorrichtung dar, die in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung konstruiert ist. Spezifischer illustriert 4b eine optoelektronische Vorrichtung, die ein Leitungsbanddiagramm ähnlich jenem aufweist, das in 2a illustriert ist. In diesem illustrativen Beispiel ist die blockierende Schicht 70 an der Zwischen- bzw. Grenzfläche zwischen der Wellenleiterschicht 38 und der p-dotierten Claddingschicht 62 zwischengelagert. Wie weiterhin illustriert, ist eine p-dotierte Claddingschicht 62 aus einem hoch dotierten 66 Abschnitt und einem niedrig dotierten Abschnitt 64 zusammengesetzt. Eine Ätzstopschicht ist im Herstellungsprozeß eingeschlossen, um die hoch dotierte Schicht 66 von der niedrig dotierten Schicht 64 zu isolieren. In einem Aspekt der Erfindung kann die Dicke der niedrig dotierten Schicht 64 ausgewählt werden als:
wo

d: die Dicke des niedrig dotierten Materials ist;
λ: eine Betriebswellenlänge ist; und
φ: eine gewünschte Strahldivergenz, ausgedrückt in Radian ist.

5 stellt einen Graph 500 dar, der die Leistung einer Ausgabeenergie bzw. ausgegebenen Leistung in Bezug auf einen Eingabestrom sowohl für einen herkömmlichen Halbleiterlaser als auch einen Halbleiterlaser illustriert, der die Merkmale der vorliegenden Erfindung enthält. In diesem Beispiel ist der Halbleiterlaser der vorliegenden Erfindung konstruiert, daß er ein Leitungsbanddiagramm ähnlich jenem aufweist, das in 2a illustriert ist. Wie durch den Graph 510 repräsentiert, nimmt die Ausgabeenergie des her kömmlichen Lasers mit bzw. bei einem vergrößerten Eingabestrom bis auf ein bekanntes Niveau 512 zu. Danach verbleibt die Ausgabeenergie im wesentlichen konstant für jede beliebige Zunahme im Strom. Andererseits nimmt die Ausgabeenergie, wie durch den Graph 520 repräsentiert bzw. dargestellt, der Laservorrichtung, die die Technologie der blockierenden Schicht der vorliegenden Erfindung beinhaltet, linear mit einem zunehmenden Eingabestrom zu, der eine Energie bzw. Leistung von 750 mW erzielt. Deshalb erfährt die Strahlungsquellenvorrichtung in Übereinstimmung mit Prinzipien der Erfindung eine im wesentlichen lineare Zunahme in der Ausgabeenergie mit dem Eingabestrom und erfährt nicht eine Sättigungs-Ausgabeenergie mit bzw. bei erhöhtem Eingabestrom.
6 illustriert graphisch die P-I Charakteristika bzw. Eigenschaften, im Einsetzkasten, und die Ausgabeenergiespektren eines Einzelmodus-Einzelfrequenz-DFB-Lasers, der in Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Wie illustriert, nimmt, wenn der Eingabestrom zunimmt, die Ausgabeenergie bis zu 370 mW zu, während die Spektren im wesentlichen bei einer einzigen Frequenz verbleiben. Außerdem verbleibt die Intensität der Seitenmoden merklich niedriger als die Hauptausgabe. Diese Arbeitsweise ist vorteilhaft, insbesondere in Telekommunikationssystemen, da eine Tätigkeit bzw. ein Betrieb bei einer schmalen bzw. engen Frequenz eine Interferenz von einer Trägerwellenlänge zu einer anderen begrenzt bzw. beschränkt.
Obwohl die Erfindung hinsichtlich Halbleiterlasern als einer bevorzugten Form mit einem bestimmten Grad an Genauigkeit beschrieben und diskutiert worden ist, versteht es sich, daß die vorliegende Offenbarung der bevorzugten Form nur über ein Beispiel gemacht wurde, und daß zahlreiche Änderungen in den Details gemacht werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie nachfolgend beansprucht ist. Beispielsweise kann das Verfahren eines Eingliederns bzw. Aufnehmens von blockierenden Schichten bzw. Lagen, um eine Leckage eines Elektronenstroms zu verhindern, auch in anderen optoelektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Verstärkungschips, SLEDs, optischen Verstärkern, DFB Lasern usw., verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Verbessern eines Wirkungsgrads einer optoelektronischen Vorrichtung, die aus einer Mehrzahl von benachbart verbundenen bzw. angeschlossenen Halbleitermaterialien zusammengesetzt ist, die unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen, wobei ein Übergang zwischen einem p-Typ-Zusammensetzungsmaterial (62) und einem n-Typ-Zusammensetzungsmaterial (38) ausgebildet ist, wobei das Verfahren umfaßt: Anordnen bzw. Zwischenlagern einer blockierenden bzw. Blockierschicht (70, 100), die mit dem p/n Übergang zusammenfällt, wobei die Blockierschicht (70, 100) aus einer Materialzusammensetzung gebildet wird, die eine elektronische Bandlücke aufweist, welche eine Barriere ausbildet, um Elektronen am Queren bzw. Bewegen von einem aktiven Bereich in den n-Typ-Materialien zu p-Typ-Materialien zu hindern; und Zwischenlagern einer niedrig dotierten Schicht (64) benachbart der Blockierschicht (70, 100), wobei die niedrig dotierte Schicht (64) ein Material umfaßt, das ein Dotierniveau niedriger als ein benachbart verbundenes bzw. angeschlossenes Material aufweist; wobei die Bandlücke der Blockierschicht (70, 100) größer als die Bandlücken von einer oder mehreren Schichten) (58, 64, 66) benachbart bzw. angrenzend der Blockierschicht (70, 100) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die p-Typ-Zusammensetzungsmaterialien einen Cladding- bzw. Mantel- bzw. Umhüllungsbereich (62) ausbilden und die n-Typ-Zusammensetzungsmaterialien einen Wellenleiterbereich (38) ausbilden.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Zwischenlagern von wenigstens einer zweiten Blockierschicht (80) an wenigstens einer Zwischen- bzw. Grenzfläche zwischen benachbart bzw. angrenzend verbundenen Materialien, wobei eine Materialzusammensetzung, umfassend die zwischengelagerte zweite Blockierschicht (80), wenigstens eine zweite elektronische Bandlücke aufweist, welche eine Barriere ausbildet, um Elektronen am Durchqueren der wenigstens einen Grenzfläche zu hindern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Materialien aus der Gruppe gewählt wird, umfassend InGaAsP/InP, InAlGaAs/InP, AlGaAs/GaAs, AlInGaAsSb/GaAs, InGaAlPAs/GaAs; oder wobei die Blockierschicht (70) zwischen der niedrig dotierten Schicht (64) und dem aktiven Bereich zwischengelagert wird; oder wobei die niedrig dotierte Schicht (64) zwischen der Blockierschicht (100) und dem aktiven Bereich zwischengelagert wird; oder wobei die Blockierschicht (70, 100) p-dotiert ist; oder wobei die Dicke der Blockierschicht (70, 100) in dem Bereich von 20–50 Nanometer liegt; oder wobei die Dicke der niedrig dotierten Schicht (64) bestimmt wird als:
wo d die Dicke der niedrig dotierten Schicht (64) ist, λ eine Betriebs- bzw. Betätigungswellenlänge ist; und φ eine gewünschte Strahldivergenz in einer Richtung senkrecht zu der Ebene der Blockierschicht (70, 100), ausgedrückt in Radian ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Material der Blockierschicht (70, 100) aus der Gruppe gewählt wird, umfassend InGaP, InAlAs, InAlGaAs, GaP, AlAs.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Material der wenigstens einen zweiten Blockierschicht (80) aus der Gruppe gewählt wird, umfassend InGaP, InAlAs, InAlGaAs, GaP, AlAs.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Größe der elektronischen Bandlücke wenigstens 200 meV größer als eine Größe einer elektronischen Bandlücke einer benachbarten bzw. angrenzenden Materialschicht (58, 64, 66) ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Größe der zweiten elektronischen Bandlücke wenigstens 200 meV größer als eine Größe einer elektronischen Bandlücke einer benachbarten bzw. angrenzenden Materialschicht (58, 64, 66) ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei jede der wenigstens einen Blockierschicht (70, 100) in dem Bereich von 20–50 Nanometer liegt.
Optoelektronische Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Cladding- bzw. Mantel- bzw. Umhüllungsbereich (62) und einen Wellenleiterbereich (38) und einen p/n Übergang, der dazwischen ausgebildet ist, wobei der Claddingbereich (62) einen niedrigeren Brechungsindex als der Wellenleiterbereich (38) aufweist und der Wellenleiterbereich (38) einen aktiven Bereich beinhaltet, enthaltend wenigstens einen Quantenwell- bzw. -topf (52) zur Ausbildung von Photonen darin; eine Blockierschicht (70, 100), die eine elektronische Bandlücke aufweist, die eine Barriere ausbildet, die mit dem p/n Übergang zusammenfällt, welcher ein Elektronenlecken von dem aktiven Bereich zu dem Claddingbereich (62) inhibiert bzw. hemmt; und eine niedrig dotierte Schicht (64) benachbart bzw. angrenzend der Blockierschicht (70, 100), wobei die niedrig dotierte Schicht (64) ein Material umfaßt, das ein Dotierniveau niedriger als ein benachbart bzw. angrenzend verbundenes bzw. angeschlossenes Material (58, 64, 66) aufweist; wobei die Bandlücke von der Blockierschicht (70, 100) größer als Bandlücken von einer oder mehreren Schichten) (58, 64, 66) benachbart bzw. angrenzend der Blockierschicht (70, 100) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Claddingbereich (62) ein p-Typ ist und der Wellenleiterbereich (38) ein n-Typ ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Dicke der Blockierschicht (70, 100) in dem Bereich von 20–50 Nanometer liegt; oder wobei eine Größe der elektronischen Bandlücke wenigstens 200 meV größer als eine Größe einer elektronischen Bandlücke eines benachbarten bzw. angrenzenden Bereichs (58, 64, 66) ist; oder wobei die niedrig dotierte Schicht (64) zwischen dem Claddingbereich (62) und dem Blockierbereich (100) angeordnet bzw. zwischengelagert ist; oder wobei die niedrig dotierte Schicht (64) zwischen der Blockierschicht (100) und dem aktiven Bereich zwischengelagert ist; oder wobei der p/n Übergang an der Zwischen- bzw. Grenzfläche zwischen dem Claddingbereich (62) und dem Wellenleiterbereich (38) ausgebildet ist; oder wobei der p/n Übergang in dem Claddingbereich (62) ausgebildet ist; oder wobei der Claddingbereich (62) und der Wellenleiterbereich (38) aus Materialien zusammengesetzt sind, gewählt aus der Gruppe, bestehend aus InGaAsP/InP, InAlGaAs/InP, AlGaAs/ GsAs, AlInGaAsSb/GaAs, InGaAlPAs/GaAs; oder wobei die Blockierschicht (100) zwischen der niedrig dotierten Schicht (64) und dem aktiven Bereich zwischengelagert ist; oder wobei die Blockierschicht (70, 100) p-dotiert ist; oder wobei das Material der Blockierschicht (70, 100) aus der Gruppe gewählt ist, umfassend InGaP, InAlAs, InAlGaAs, GaP, AlAs; oder wobei die Dicke der niedrig dotierten Schicht (64) bestimmt ist als:
wo d die Dicke der niedrig dotierten Schicht (64) ist, λ eine Betätigungs- bzw. Betriebswellenlänge ist, und φ eine gewünschte Strahldivergenz in einer Richtung senkrecht zu der Ebene der Blockierschicht (70, 100), ausgedrückt in Radian ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Wellenleiterbereich (38) weiterhin aus wenigstens einer Begrenzungsschicht (56) zusammengesetzt ist, die ein Bandlücken-Energieniveau gleich oder größer als Bandlücken-Energieniveaus von Quantenwell- bzw. -topfbereichen bzw. -regionen (52) des Wellenleiterbereichs (38) und Barrierebereichen (54) des Wellenleiterbereichs (38) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, weiterhin umfassend eine zweite Blockierschicht (90), die benachbart der wenigstens einen Begrenzungsschicht (56) zwischengelagert ist, wobei eine Materialzusammensetzung, umfassend die zweite Blockierschicht (90), wenigstens eine zweite elektronische Bandlücke aufweist, die eine Barriere ausbildet, um Elektronen am Queren bzw. Durchqueren der Begrenzungsschicht (56) zu hindern.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Größe der zweiten elektronischen Bandlücke wenigstens 200 meV größer als eine Größe einer elektronischen Bandlücke einer benachbarten bzw. angrenzenden Schicht (58, 64, 66) ist; oderwobei die zweite Blockierschicht (90) aus Material zusammengesetzt ist, das aus der Gruppe gewählt ist, umfassend InGaP, InAlAs, InAlGaAs,GaP, AlAs; oder wobei die Dicke der zweiten Blockierschicht (90) in dem Bereich von 20–50 Nanometer liegt.