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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindungshalbleiterschichtstruktur sowie
ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Verbindungshalbleiterkristall.
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Derzeit
wird ein zur optischen Kommunikation verwendeter Halbleiterlaser
mit einem 1,3 μm-Band
oder einem 1,55 μm-Band
grundsätzlich
mit Material aus der InGaAsP/InP-Reihe hergestellt. Wenn mit dieser
Materialreihe ein Heteroübergang ausgebildet
wird, ist ein im Leitungsband auftretender Sprung oder ein Bandversatzausmaß ΔEc klein. Mit steigender Temperatur fließen daher
die Ladungsträger
leicht über.
Folglich verringern sich die Wärmeeigenschaften,
und eine Degradation bei dem Schwellenwert der Vorrichtung, der
Effizienz und dergleichen aufgrund eines Temperaturanstieges stellt ein
ernstes Problem dar. In jüngster
Zeit wurde dieses Problem unter Verwendung von einen Aluminiummischkristall
enthaltendem AlGaInAs etwas gelöst.
Diese Technologie ist jedoch für
den Zweck der Anwendung auf einen kostengünstigen Laser und dergleichen,
welche ohne Temperatursteuerung auskommen, nicht befriedigend.
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Andererseits
gab es eine aktive Entwicklung eines blaufarbigen Lasers unter Verwendung
von Material, in das Stickstoff als Element der Gruppe V eingefügt wird.
Diese Vorrichtung kann außerdem
als Laser im langen Wellenlängenbereich
mit einer kleinen Bandlücke
verwendet werden, wenn ein Mischkristall, dessen Stickstoffgehalt
gering ist, verwendet wird. Beispielsweise wurde bei einem Einzelquantentopflaser,
bei dem eine Quantentopfschicht aus InGaAsN (mit einem Stickstoffgehalt
von 0,5%) und Barriereschichten aus AlGaAs auf einem GaAs-Substrat ausgebildet
sind, die Laseroszillation bei einer Wellenlänge von etwa 1,2 μm berichtet
(vergleiche Kondow, et al.: Pre-delivered Papers of '96 Spring Meeting
of Japan Applied Physics Academy, 27p-C-6). Da bei einer derartigen
Vorrichtung mit Stickstoffgehalt der Grund ihres Leitungsbandes
gegenüber
dem Vakuumniveau stark abgesenkt ist, ist deren Bandversatzausmaß ΔEc recht groß und zeigt einen Wert von
etwa 500 meV, was ungefähr
das Fünffache
des Wertes gemäß der InGaAsP-Reihe
ist. Daher sind bei einer derartigen Vorrichtung die Wärmeeigenschaften
beträchtlich
verbessert, und es gibt eine Wahrscheinlichkeit, dass die Vorrichtung
eine Praxisleistungsfähigkeit
bis zu hohen Temperaturen ohne jegliche Temperatursteuerung zeigt.
Tatsächlich
zeigt dieser Laser eine charakteristische Temperatur T0 = 126
K, was etwa doppelt so groß wie
der Wert für
einen gewöhnlichen
Laser der InP-Reihe ist (vergleiche Kondow, et al. Pre-delivered
Papers of '96 Autumn
Meeting of Japan Applied Physics Academy, 8p-KH-7).
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Um
Stickstoff in einen Kristall einzuführen, gibt es die sogenannte
Nitrifikationstechnologie, bei der ein Element der Gruppe V im Kristall
durch Bestrahlen der Substratoberfläche mit Stickstoff durch Stickstoff
substituiert wird, abweichend von der gewöhnlichen Kristallwachstumstechnologie,
bei der Stickstoff zusammen mit anderen Elementen während des
Wachstums zugeführt
wird (vergleiche Yamamoto, et al.: Pre-delivered Papers (separate
Vol. 1) of Japan Applied Physics Academy, '95 Spring Meeting, 28p-ZH-14 und 28p-ZH-16
sowie '96 Autumn
Meeting 9a-ZF-3). Diese Nitrifikationstechnologie stellt ein Substrat
zum Aufwachsen eines Kristalls der GaN-Reihe darauf bereit, was
hauptsächlich
bei einer blaues Licht emittierenden Vorrichtung und einer elektronischen
Vorrichtung verwendet wird, und womit eine GaN-Schicht auf einer
Oberfläche
eines GaAs-Substrates durch Substituieren von As in dem GaAs-Substrat
durch Stickstoff ausgebildet wird. Als Nitrifikationsbedingung beträgt die Substrattemperatur
900°C, ein
100-Gas aus NH3 wird bei 3 l/min für zehn (10)
Minuten zugeführt,
und eine Schicht mit einer Tiefe von etwa 1 μm auf dem Substrat wird in GaN
umgewandelt. Da GaN auf dem GaAs-Substrat ausgebildet
wird, beträgt
die Differenz bei den Gitterkonstanten zwischen ihnen zumindest
etwa 20%, und daher wird die Kristallqualität verschlechtert. Somit kann
kein Einkristall erhalten werden.
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Ferner
gibt es den Fall, dass nur eine sehr dünne Schicht (etwa 10 nm) auf
der Oberfläche
in eine GaN-Schicht verändert
wird (vergleiche Yao, et al.: Pre-delivered Papers (separate vol.
1) of Japan Applied Physics Academy, '96 Autumn Meeting 7a-ZF-2). Bei dieser
Technologie wird ein GaAs-Substrat mit einem durch Hochfrequenz
angeregten Stickstoffplasma bestrahlt, und deren Zweck ist die Verbesserung
der Qualität
der Substratoberfläche, aber
nicht die Steuerung der zur Substitution bestimmten Stickstoffmenge.
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Darüber hinaus
zielt diese Technologie darauf ab, die Gitterkonstante der Oberflächenschicht nahe
bei der von GaN im kubischen System auszubilden.
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Die
Druckschrift „Growth
of GaAsN alloys by low-Pressure metalorganic chemical vapor deposition
using plasmacracked NH3", Band 62, Nr. 12, 22. März 1993,
Seiten 1396–1398
von Weyers M. et al enthält
einen Artikel über
das Wachstum von GaAs1-xNx-Legierungen
(0 < x < 0,016). Die Schichten
wurden durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung bei
sehr geringem Druck (25 Pa) aufgewachsen. Die Stickstoffquelle NH3 wurde in einem abliegenden Mikrowellenplasma
zersetzt, und es wurde nicht aufgebrochenes Triethylgallium und AsH3 verwendet. Die Stickstoffaufnahme in den Schichten
zeigte eine starke Abhängigkeit
von der Wachstumstemperatur. Die Zusammensetzung für die Gitterstellen
der Gruppe V führte
zu einer Reduktion des Stickstoffgehaltes bei höheren AsH3-Durchflussmengen.
Die GaAsN-Schichten zeigten eine starke Rotverschiebung der Photolumineszenz
mit ansteigendem Stickstoffgehalt.
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Ferner
offenbart die Druckschrift „Plasma-assisted
MOCVD growth of GaAs/GaN/GaAs thin-layer structures by N-As replacement
using N-radicals",
23. August 1994, Seiten 7–9
von Sato M., GaAs/GaN/GaAs-Dünnschichtstrukturen,
die zum ersten Mal durch Plasmagestützte Niederdruck-MOCVD aufgewachsen
wurden. GaN-Schichten wurden ausgebildet, indem die Oberflächen von GaAs-Epitaxieschichten
Flüssen
von Stickstoffradikalen ausgesetzt wurden. Wenn die Stickstoffmenge die
von einer Monoschichtdicke GaN überschritt,
verschlechterten sich die GaN/GaAs-Grenzflächen drastisch. Die Niedertemperaturphotolumineszenz der
Strukturen legt nahe, dass die GaN-Schichtdicke auf eine Monoschicht
selbstbeschränkt
ist, und dass die überschüssigen Stickstoffatome
in darunter liegenden Schichten GaN-Cluster ausbilden. Das in GaN eingebettete
eine Monoschichtdicke GaN zeigt eine intensive Photolumineszenz,
wohingegen die GaN-Cluster nicht strahlend sind, vermutlich aufgrund
der durch die starke Gitterfehlanpassung zwischen GaN und GaAs verursachten
Fehler.
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Wenn
InGaAsN aufzuwachsen ist, wird dessen Wachstum beispielsweise durch
eine metalloxidische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) durchgeführt, wobei
durch Hochfrequenzanregung plasmolisierte Stickstoffatome als Stickstoffmaterial einem
Reaktor zugeführt
werden, und zusammen damit andere Materialien wie etwa Arsin (AsH3), Trimethylindium (TMI) und Trimethylgallium
(TEG) ebenfalls dem Reaktor zugeführt werden. Da hierbei der Stickstoffgehalt äußerst gering
ist, schwankt der Stickstoffgehalt aufgrund einer leichten Änderung
bei der Substrattemperatur und den Zufuhrmengen der anderen Materialien.
Folglich werden die Kristallqualität und die optische Charakteristik
verschlechtert, was zu einem Anstieg bei dem Schwellenwert und dergleichen
führt.
Wenn zudem ein Heteroübergang herzustellen
ist, muss die Atmosphäre
in einem Reaktor zur Steuerung des Grenzflächenzustandes fein gesteuert
werden. Wenn zudem das vorstehend beschriebene Verfahren verwendet
wird, gibt es eine Grenze bei dem Stickstoffgehalt. Daher ist der
Freiheitsgrad bei der Oszillationswellenlänge des Lasers gering, und
die charakteristische Temperatur kann nicht so ausgezeichnet verbessert
werden, wie die theoretischen Werte zeigen.
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Dabei
beträgt
der beim langen Wellenlängenbereich
wie etwa 1,3 μm
zu verwendende Stickstoffgehalt für InGaAsN ungefähr 1% und
eine strenge Zusammensetzungssteuerung ist erforderlich, um einen
hoch qualitativen Heteroübergang
mit einem Verspannungsausmaß auszubilden,
das auf einen Wert von unter etwa 1% reduziert ist. Wenn Stickstoff hinzuzufügen ist,
nachdem das Wachstum durch ein bekanntes Nitrifikationsverfahren
durchgeführt
ist, ist daher das Ausmaß an
Substitution durch Stickstoff zu groß, um die Schichtdicke, den
Molanteil, die Verspannung und dergleichen zu steuern. Somit ist
die Oberfläche
aufgrund der Verdampfung eines Elementes der Gruppe V wie etwa As
aufgeraut.
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Bei
einer die vorstehend beschriebene Nitrifikationstechnologie offenbarenden
Druckschrift (Pre-delivered Papers (separate vol. 1) of Applied Physics
Japan Academy, '95
Spring Meeting 28p-ZH-14 und 28p-ZH-16, '96 Atumn Meeting 9a-ZF-3 und 7a-ZF-2)
ist deren Zweck die vollständige
Substitution von As aus GaAs durch Stickstoff, und es erfolgt keine
Beschreibung über
die Steuerung des Stickstoffgehaltes. Der vorliegende Erfinder fand
heraus, dass wenn ein Verfahren zum Substituieren eines Elementes
der Gruppe V in einem Kristall durch Stickstoff als Verfahren zur
Ausbildung einer Stickstoff enthaltenden Schicht verwendet wird,
kann der Stickstoffgehalt in der Stickstoff enthaltenden Schicht
genau gesteuert werden. Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung
eines Verbindungshalbleiterkristalls bereit, das ein Verfahren zum
Substituieren eines Elementes der Gruppe V im Kristall des Stickstoffs
verwendet. Insbesondere wenn ein Verfahren zum Substituieren eines
Elementes der Gruppe V in einem Kristall durch Stickstoff verwendet wird,
das der vorliegenden Erfinder herausfand, kann der Stickstoffgehalt
in der Stickstoff enthaltenden Schicht genau gesteuert werden. Auf
dieser Grundlage stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung eines Verbindungshalbleiterkristalls sowie ein Verfahren
zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit bei der Substitution eines
Elementes der Gruppe V im Kristall des Stickstoffs bereit.
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Dies
wird gemäß dem beigefügten unabhängigen Patentanspruch
erzielt. Vorteilhafte Abwandlungen sind in den beigefügten abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorliegend
kann das zumindest Stickstoff enthaltene Material Stickstoff selbst
oder ein Stickstoff als Bestandteil enthaltendes Material sein.
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Das
erfindungsgemäß zu behandelnde
Material ist ein Kristall aus einem Verbindungshalbleiter mit einem
Element der Gruppe V und insbesondere ein Kristall aus einem III–V-Verbindungshalbleiter. Wenn
beispielsweise InGaAs mit einem zumindest Stickstoff enthaltenden
Material bestrahlt wird, kann eine InGaAsN-Schicht ausgebildet werden.
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Bei
der Funktionsschicht einer Vorrichtung wird gewünscht, dass deren Zusammensetzung
oder Molanteil zur Steuerung ihrer Charakteristik (wie etwa ihrer
Bandlücke,
ihres Brechungsindex, ihrer Übergangsenergie
und ihres Verstärkungsspektrums)
genau gesteuert wird.
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann die Zusammensetzung der Funktionsschicht
und insbesondere der Stickstoffgehalt genau gesteuert werden, weil
die Funktionsschicht durch Substitution mit Stickstoff ausgebildet
wird. Bezüglich
der Bestrahlung mit einem zumindest Stickstoff enthaltenden Material
muss beispielsweise nur durch Elektronenzyklotronresonanz (ECR)
oder Hochfrequenz plasmolisierter Stickstoff projiziert werden.
Der Vakuumgrad wird vorzugsweise unter 10–4 Torr
gehalten. Dabei kann die Projektionsleistung im Falle der ECR etwa
30 W betragen, und im Falle der Hochfrequenz kann die Projektionsleistung
etwa 200 W betragen. Diese Werte sind etwa um eine Größenordnung
kleiner als die im Falle der GaN-Reihe. Ferner kann der Stickstofffluss
etwa 10 sccm betragen, was ebenfalls sehr viel kleiner als der Wert
im Falle der GaN-Reihe ist.
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Der
Kristall des Verbindungshalbleiters vor der Bestrahlung mit einem
zumindest Stickstoff enthaltenen Material kann Stickstoff enthalten
oder kann keinen Stickstoff enthalten. Sein Stickstoffgehalt kann
durch die Bestrahlung mit einem zumindest Stickstoff enthaltenen
Material kompensiert oder erhöht
werden. Im Einzelnen kann der Stickstoffgehalt durch Steuern der
Bestrahlungsmenge, der Zeitdauer und der Substrattemperatur leicht
gesteuert werden. Der Stickstoffgehalt kann beispielsweise durch Photolumineszenz
oder RHEED vor Ort bestimmt werden. Die Kompensationsmenge von Stickstoff zum
Zeitpunkt der Bestrahlung der Stickstoff enthaltenden Schicht mit
einem zumindest Stickstoff enthaltenen Material muss beispielsweise
nur auf einer derartigen Bestimmung des Stickstoffgehaltes gesteuert
werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann Stickstoff in einer
extrem dünnen
Schicht auf einer Oberfläche
enthalten sein, und eine Stickstoff enthaltende dünne Schicht
kann durch die Bestrahlung mit zumindest Stickstoff enthaltendem
Material erhalten werden. Die in einem Infrarotbereich benötigte Substitutionsmenge
an Stickstoff kann beispielsweise ausreichend erreicht werden, und
eine Quantentopfschicht kann leicht ausgebildet werden. Erfindungsgemäß kann ein
hoch qualitativer III–V-Verbindungshalbleiter
der N-Reihe leicht ausgebildet werden. Bezüglich der erfindungsgemäßen Funktionsschicht gibt
es verschiedene Schichten. Wenn die Vorrichtung beispielsweise ein
Laser ist, kann eine Stickstoffsubstituierte Schicht als dessen
aktive Schicht verwendet werden. Ferner muss bei einem Oberflächenemissionslaser
mit Vertikaleresonator der Brechungsindex seines Reflektorspiegels
zur Ausbildung seines Resonators auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
Da erfindungsgemäß das Ausmaß der Stickstoffsubstitution
bevorzugt gesteuert werden kann, wird bei der Reflektorspiegelschicht als
Funktionsschicht vorzugsweise eine Stickstoffsubstituierte Schicht
verwendet. Insbesondere wenn die Stickstoff enthaltende Schicht
in der Spiegelschicht verwendet wird, kann eine große Differenz beim
Brechungsindex darin erhalten werden, und ihre Wärmecharakteristik kann stark
verbessert werden.
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Wenn
zudem die Substitution durch den Stickstoff bis zu einer vorbestimmten
Tiefe von einem mit zumindest Stickstoff enthaltenden Material bestrahlten
Oberflächenabschnitt
ausgeführt
wird, kann die Dicke der Stickstoff enthaltenden Schicht gesteuert
werden.
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Wenn
ferner der Schritt zur Bestrahlung mit einem zumindest Stickstoff
enthaltenden Material und ein Schritt zum Aufwachsen eines Kristalls
aus einem III–V-Verbindungshalbleiter
abwechselnd durchgeführt
werden, können
Stickstoffsubstituierte Schichten periodisch ausgebildet werden.
Daher kann eine Mehrfachquantentopfstruktur leicht ausgebildet werden.
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Ferner
kann eine Quantentopfstruktur mit einer Topfschicht mit einem gestuften
Bänderdiagramm
durch die Substitution mit Stickstoff ausgebildet werden. Eine Vorrichtung
mit einer gewünschten Charakteristik
kann durch Ausbilden einer mehrfach gestuften Quantentopfstruktur
erhalten werden.
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Gemäß der verwendeten
Definition wird eine kritische Schichtdicke durch ein Verspannungsausmaß in der
Stickstoffsubstituierten Schicht bestimmt. Falls beispielsweise
eine Differenz zwischen den Gitterkonstanten der Stickstoffsubstituierten
Schicht und ihrer Substratseite groß ist, tritt darin eine Verspannung
auf. Falls die kritische Schichtdicke überschritten wird, wird die
Qualität
der Schicht aufgrund einer derartigen Verspannung verschlechtert.
Bei der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, dass die Dicke der
Stickstoffsubstituierten Schicht ungefähr nicht mehr als 10 nm beträgt.
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Bezüglich eines
Schritts zur Ausbildung eines Abschnitts mit einem schwer durch
Stickstoff zu substituierenden Material unter einem durch Stickstoff
zu substituierenden Abschnitt, beispielsweise wenn gewünscht wird,
dass die Substitution durch Stickstoff bis zu einer bestimmten Tiefe
hinab ausgeführt
wird (wie etwa einer kritischen Schichtdicke, einer gewünschten
Dicke eines Quantentopfs und einer gewünschten Dicke einer Schicht
eines Reflektionsspiegels), und dass die Substitution durch Stickstoff
in einem tieferen Abschnitt unterdrückt wird, muss nur ein Element
der Gruppe V in diesem tieferen Abschnitt enthalten sein, das schwer
durch Stickstoff zu substituieren ist. Wenn beispielsweise InGaAs
mit einem zumindest Stickstoff enthaltenden Material zu bestrahlen
ist, wird eine Phosphor enthaltende Schicht unter InGaAs ausgebildet.
Daher kann ein Vorgang zur Substitution durch Stickstoff jenseits
eines gewünschten
Bereiches unterdrückt
werden, weil Phosphor schwieriger als As zu substituieren ist.
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Bei
der vorstehend beschriebenen Erfindung ist ein unvermeidliches Element
die Durchführung der
Substitution durch Stickstoff durch Bestrahlen eines Objekts mit
einem zumindest Stickstoff enthaltenen Material, und das Ausmaß dieser
Stickstoffsubstitution kann vorzugsweise gesteuert werden. Daher ist
die Erfindung vorzugsweise anwendbar, wenn ein Abschnitt eines Elementes
der Gruppe V. der in einem mit zumindest Stickstoff enthaltendem
Material bestrahlten Abschnitt enthalten ist, durch Stickstoff zu
substituieren ist. Im Einzelnen wird die Substitution durch Stickstoff
durch Substituieren von nicht mehr als etwa 20% des Elementes der
Gruppe V durch Stickstoff ausgeführt,
oder die Substitution durch Stickstoff wird derart ausgeführt, dass
ein Verspannungsausmaß des
Abschnitts, dessen Element der Gruppe V durch Stickstoff substituiert
wird, nicht über
etwa einigen Prozent liegt (noch bevorzugter nicht mehr als 1%).
Diese Fälle
sind besonders bevorzugt, und die Qualität der Schicht (Einkristallqualität, Seltenheit
von Rauhigkeit auf ihrer Oberfläche und
dergleichen) kann ebenso auf einem gewünschten Niveau gehalten werden.
Wenn die Schicht als eine aktive Schicht verwendet wird, ist es
besonders wichtig, die Schichtqualität auf einem bevorzugten Niveau
zu halten. Wenn zudem ein Neuwachstum auf der Stickstoffsubstituierten
Schicht ausgeführt wird,
ist es außerdem
wichtig, die Schichtqualität
auf einem bevorzugten Niveau zu halten.
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Die
Bestrahlung mit dem zumindest Stickstoff enthaltenden Material kann
weiterhin eine Bestrahlung mit Stickstoffplasma oder Ammoniakgas sein.
Das Stickstoffplasma ist zunächst
aktivierter Stickstoff. Bezüglich
eines Stickstoff enthaltenden Materials wie etwa dem Ammoniakgas
wird aktivierter Stickstoff erzeugt, wenn das Material nach Projektion
auf dem Substrat leicht thermisch zersetzt wird.
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Ferner
kann die Bestrahlung mit dem zumindest Stickstoff enthaltenden Material
eine Bestrahlung mit diesem Material und einem in dem bestrahlten
Abschnitt enthaltenen Element der Gruppe V sein. Zudem kann der
bestrahlte Abschnitt gleichzeitig mit einem zumindest Stickstoff
enthaltenden Material und einem zumindest ein Element der Gruppe V
enthaltenden Material, das in dem bestrahlten Abschnitt enthalten
ist, bestrahlt werden.
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Außerdem kann
ein Schritt zum Aufwachsen eines Kristalls aus einem Verbindungshalbleiter
(ein heteroepitaktisches Wachstum eines III–V-Verbindungshalbleiters)
nach dem Bestrahlungsschritt mit dem zumindest Stickstoff enthaltenden
Material durchgeführt
werden. Bei dem Schritt zum Aufwachsen eines Kristalls aus einem
Verbindungshalbleiter außer
dem Schritt zum Bestrahlen mit dem zumindest Stickstoff enthaltenden
Material ist es wünschenswert,
die Zufuhr des zumindest Stickstoff enthaltenden Materials zu stoppen.
Es ist außerdem wünschenswert,
das Wachstum des Kristalls aus einem Verbindungshalbleiter und den
Schritt zur Bestrahlung mit dem zumindest Stickstoff enthaltenden Material
in einer Kristallwachstumskammer kontinuierlich durchzuführen, in
die eine Gasquelle eingeführt
werden kann.
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Ferner
kann die nach dem Schritt zum Bestrahlen mit dem zumindest Stickstoff
enthaltenden Material aufgewachsene Schicht eine zu der Verspannung
des Stickstoffsubstituierten Abschnitts entgegengesetzte Verspannung
aufweisen. Dadurch kann die Verspannung des Stickstoffsubstituierten Abschnitts
gelöst
werden. Wenn eine Vielzahl von Stickstoffsubstituierten Schichten
als Mehrfachquantentopfstruktur auszubilden ist, kann eine große Anzahl
der Stickstoffsubstituierten Schichten aufgrund der Relaxation der
Verspannung bereitgestellt werden.
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Wenn
zudem eine unebene Oberfläche
auf einem mit dem zumindest Stickstoff enthaltenden Material zu
bestrahlenden Abschnitt ausgebildet wird, und die unebene Oberfläche mit
dem zumindest Stickstoff enthaltenden Material bestrahlt wird, tritt die
Substitution noch leichter auf einem Vertiefungsabschnitt der unebenen
Oberfläche
auf, wo das Bindungspotenzial gering ist. Daher kann ein III–V-Halbleiter
der N-Reihe selektiv ausgebildet werden. Somit kann eine feine Struktur
wie etwa eine Quantendrahtstruktur leicht ausgebildet werden.
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Wenn
zudem die Funktionsschicht die durch das vorstehend beschriebene
Verfahren ausgebildete Stickstoffsubstituierte Schicht ist, kann
eine Vorrichtung mit einer genau ausgebildeten Funktionsschicht
wie etwa ein Halbleiterlaser erzielt werden. Dieser Halbleiterlaser
weist außerdem
eine ausgezeichnete thermische Charakteristik auf.
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Wenn
ferner eine Quantentopfstruktur mit dem gestuften Bänderdiagramm
ausgebildet wird, können
Vorrichtungen wie etwa ein Halbleiterlaser mit einer ausgezeichneten
hochschnellen Charakteristik aufgebaut werden.
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Ferner
können
verbesserte Eigenschaften wie etwa ein niedriger Schwellenwert durch
eine Vorrichtung mit einer Quantentopfstruktur erzielt werden. Die
Quantentopfstruktur kann in eine Mehrfachquantentopfstruktur ausgebildet
werden. Der Schwellenwert eines Halbleiterlasers kann durch Einfügen einer
Quantendrahtstruktur darin weiter verringert werden.
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Wenn
zudem ein GaAs-Substrat verwendet wird, wird InGaAs als eine Topfschicht
durch Nitrifizieren von InGaAs durch das vorstehend beschriebene
Verfahren ausgebildet, und GaAs wird als Barrierenschicht verwendet,
und ein Laser in einem 1,3 μm bis
1,55 μm-Band
mit ausgezeichneter Wärmecharakteristik,
der zur Kommunikation besonders geeignet ist, kann erhalten werden.
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Außerdem kann
durch das vorstehend beschriebene Verfahren hergestelltes GaInAsN/AlAs als
ein Vielschicht-(Epitaxie-)Spiegel in einem Oberflächenemissionslaser
mit Vertikalresonator anstelle von GaAs/AlAs verwendet werden. Dadurch
kann die Brechungsindexdifferenz und dessen Wärmecharakteristik verbessert
werden.
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Weiterhin
können
ein erfindungsgemäß hergestellter
Laser und eine Steuerschaltung zur Modulation von dessen Ausgabelicht
einen optischen Transmitter zur Ausgabe eines optischen Signals
bilden. Der Laser kann durch die Steuerschaltung direkt moduliert
werden. Im Einzelnen muss gemäß einem Übertragungssignal
modulierter Strom lediglich dem Laser unter einer Bedingung zugeführt werden,
unter der ein vorbestimmter Strom oder eine vorbestimmte Spannung
daran angelegt wird.
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Zudem
kann durch das vorstehend beschriebene Verfahren ein Photodetektor
hergestellt werden.
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Sowohl
der Laser als auch der Photodetektor der Erfindung können zumindest
eine ausgezeichnete Wärmecharakteristik,
ein ausgezeichnetes hochschnelles Ansprechen oder eine hohe Effizienz
aufweisen. Daher können
unter Verwendung dieser Vorrichtungen optische Transmitter und Empfänger mit guter
Qualität
verwirklicht werden. Optische Kommunikationssysteme mit praktischer
Anwendbarkeit und ausgezeichneter Qualität können ebenfalls unter Verwendung
dieser Vorrichtung gebaut werden.
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Diese
Vorteile und andere sind in Verbindung aus der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit
der beiliegenden Zeichnung leicht ersichtlich.
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1 zeigt
eine Schnittansicht entlang einer Lateralrichtung eines Lasers in
Rippenbauart nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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2 zeigt
eine Schnittansicht eines Oberflächenemittierenden
Lasers mit Vertikalresonator nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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3 zeigt
eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels der Bänderstruktur
einer aktiven Schicht bei einem dritten Ausführungsbeispiel, das unter Verwendung
eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
hergestellt ist.
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4 zeigt
eine Ansicht zur Darstellung eines Beispiels der Bänderstruktur
einer aktiven Schicht bei einem vierten Ausführungsbeispiel, das unter Verwendung
eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
hergestellt ist.
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5 zeigt
eine Schnittansicht entlang einer Längsrichtung eines Quantendrahtlasers
nach einem fünften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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6 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild zur Darstellung der Struktur eines
Knotens bei einem System nach 7 oder 8.
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7 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild zur Darstellung der Struktur eines
optischen LAN-Systems in Bus-Bauart unter Verwendung einer erfindungsgemäßen optischen
Halbleitervorrichtung.
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8 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild zur Darstellung der Struktur eines
optischen LAN-Systems in Schleifen-Bauart unter Verwendung einer
erfindungsgemäßen optischen
Halbleitervorrichtung.
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Nachstehend
sind Ausführungsbeispiele
mit spezifischen Strukturen beschrieben.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 zeigt
ein Beispiel für
eine Laserwaferstruktur, die durch ein erstes Ausführungsbeispiel
für ein
erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren
hergestellt ist. 1 zeigt eine Schnittansicht
in einer zu deren Resonatorrichtung senkrechten Richtung. Bei dem
ersten Ausführungsbeispiel
werden anfangs eine n-GaAs-Pufferschicht 2 mit
einer Dicke von 1 μm,
eine n-InGaP-Mantelschicht 3,
die gitterangepasst ist, und deren Dicke 1 μm ist, eine undotierte separat
Ladungsträger-
und optisch einschließende GaAs-Heterostrukturschicht
(SCH) 4 mit einer Dicke von 50 nm, und eine druckverspannte
undotierte InGaAs-Schicht (wobei deren In-Gehalt und Ga-Gehalt 15%
bzw. 85% ausmachen) mit einer Dicke von 5 nm auf einem n-GaAs-Substrat 1 durch
ein chemisches Strahlepitaxieverfahren (CBE) aufgewachsen. Dabei werden
Arsin (AsH3) und Phosphin (PH3),
die bei 900°C
thermisch zersetzt werden, als Elemente der Gruppe V verwendet,
und Trimethylindium (TMI) und Trimethylgallium (TEG) als Elemente
der Gruppe III verwendet, und die Wachstumstemperatur ist auf 550°C eingestellt.
Danach wird die Substrattemperatur bei 800°C gehalten, und das Substrat
wird mit Arsin bestrahlt und durch ECR Stickstoff-plasmolisiert. Während der
Bestrahlung werden die Flüsse
von Arsin und Stickstoff auf 0,1 sccm bzw. 10 sccm eingestellt,
und diese Werte werden für
zehn (10) Minuten beibehalten. Die Projektionsleistung der ECR und der
Vakuumgrad können
auf 30 W bzw. etwa 5 × 10–5 Torr
eingestellt werden. Dadurch wird die druckverspannte undotierte
InGaAs-Schicht mit einer Dicke von 5 nm nitrifikationsverarbeitet
und in InGaAsN verändert.
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Wenn
die Strahlungsspitzenwertwellenlängen
zwischen dem der Stickstoffbestrahlung unterzogenen InGaAs und dem
durch das erfindungsgemäße Verfahren
ausgebildeten InGaAsN unter Verwendung von Photolumineszenz (PL)
verglichen werden, zeigt dieser Vergleich, dass die Spitzenwertwellenlängen von
Letzterem, dass dem Nitrifikationsverfahren unterzogen wurde, bei
einer längeren
Wellenlänge
verschoben ist, beispielsweise 1,3 μm, während die Spitzenwertwellenlänge von
Ersterem unverändert
bleibt, d. h. 1,1 μm.
Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, dass ein Anteil von As in InGaAs
durch N substituiert wird. Somit kann diese Struktur als eine aktive
Schicht in einem Laser verwendet werden, dessen Oszillationswellenlänge sich
im 1,3 μm-Band befindet.
Das Substitutionsausmaß von
Stickstoff wird aus einer durch Röntgenstrahlbeugung bestimmten
Gitterkonstante und einer Photolumineszenzwellenlänge auf
etwa 1% geschätzt.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 1 werden nach diesem Nitrifikationsvorgang
eine undotierte GaAs-Barrierenschicht mit einer Dicke von 10 nm und
eine undotierte InGaAs-Schicht mit einer Dicke von 5 nm aufgewachsen.
In ähnlicher
Weise wird der Nitrifikationsvorgang zur Ausbildung einer weiteren InGaAsN-Schicht
erneut durchgeführt.
Derartige Vorgänge
werden fünfmal
wiederholt, um eine aktive Schicht 5 mit fünf Topfschichten
auszubilden. Nachdem die fünfte
InGaAsN-Schicht ausgebildet ist, werden eine undotierte GaAs-SCH-Schicht 6 mit
einer Dicke von 15 nm, eine p-InGaP-Mantelschicht 7 mit einer
Dicke von 1 μm
und eine p-GaAs-Kontaktschicht 8 mit einer Dicke von 0,3 μm ausgebildet.
Dadurch kann eine Laserstruktur gemäß der Darstellung aus 1 erhalten
werden, die eine derart tiefe Topfstruktur aufweist, dass Ladungsträger nicht
leicht daraus überfließen, falls
ihre Temperatur ansteigt.
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Der
somit gewachsene Wafer wird in eine Rippenbauart mit einer Wellenleiterbreite
von 2 μm geformt,
wie es in 1 dargestellt ist, und dies
wird als ein Laser mit einer Resonatorlänge von 300 μm bewertet.
Sein Schwellenwert während
eines kontinuierlichen Betriebes bei Raumtemperatur beträgt ungefähr 20 mA,
und seine charakteristische Temperatur T0 bei
150 K kann erhalten werden, wenn die charakteristische Temperatur
T0 während
seines Pulsbetriebes gemessen wird. Mit steigender charakteristischer
Temperatur T0 verringert sich das Ausmaß der Änderung
beim Schwellenwert relativ zum Anstieg bei der Temperatur. Dieser
Wert ist im Vergleich zu einem Durchschnittswert von 60 K bei einer bekannten
Vorrichtung der InGaAsP/InP-Reihe ausgesprochen ausgezeichnet. Daher
kann die Qualität der
aufgewachsenen Schicht und dergleichen verbessert und der Schwellenwert
verringert werden, indem die Bedingungen des Nitrifikationsvorgangs,
der Stromeinschränkungsstruktur und
dergleichen optimiert werden (im vorstehenden Fall beispielsweise die
Bedingungen des Arsinflusses, des Stickstoffflusses und der Substrattemperatur).
Daher kann die Vorrichtung als ein Laser zur Kommunikation verwendet
werden, der frei von Temperatursteuerung angesteuert werden kann.
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Obwohl
bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel
die Nitrifikationsverarbeitung der Oberfläche der InGaAs-Schicht durchgeführt wird,
ist es möglich, dass
nach Aufwachsen von GaInNAs durch Zufuhr von Stickstoff auch während der
Wachstumszeit deren Stickstoffgehalt vor Ort bewertet wird, und
dann der vorstehend beschriebene Nitrifikationsvorgang durchgeführt wird.
Dabei ist das Bänderdiagramm
einer aktiven Schicht ähnlich
zu der von der Vorrichtung nach 1, und die
dem Nitrifikationsvorgang unterzogene Schicht ist eine Schicht,
welche das tiefste Grundniveau aller Topfschichten bildet, oder welches
hauptsächlich
zur Laseroszillation beiträgt. Daher
können
die Eigenschaften eines Lasers durch Einfügen der dem Nitrifikationsvorgang
unterzogenen Schicht darin verbessert werden.
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 9 eine isolierende Schicht, und die Bezugszeichen 10 und 11 bezeichnen
n-seitige bzw. p-seitige Elektroden. Die Vorrichtung gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
ist als eine Fabry-Perot-Struktur beschrieben, aber die Vorrichtung
kann als ein Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB) aufgebaut
werden, indem darin ein Beugungsgitter ausgebildet wird.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird die Vorrichtung als ein Kantenemittierender Laser betrieben,
aber die Vorrichtung kann als Oberflächenemittierender Laser mit
Vertikalresonator betrieben werden, wie es in 2 dargestellt
ist, indem eine ähnliche
Schichtstruktur um ihre aktive Schicht ausgebildet wird. Die Struktur
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
ist nachstehend beschrieben.
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Nach 2 werden
durch ein erfindungsgemäßes Verfahren
ein aus zwanzig (20) Paaren n-GaAs/AlAs (wobei die Dicke jeder Schicht λ/4 beträgt) bestehender
verteilter Reflektorspiegel 202, eine n-InGaP-Mantelschicht 203,
eine GaAs-Abstandsschicht 204, eine ähnlich zu der aus 1 aus einer
InGaAsN/GaAs-Mehrfachschicht zusammengesetzte aktive MQW-Schicht
(zehn Töpfe) 205,
eine GaAs-Abstandsschchicht 206, einen aus 30 Paaren p-GaAs/AlAs
(wobei die Dicke jeder Schicht λ/4
beträgt)
bestehender verteilter Reflektorspiegel 207, und eine p-GaAs-Kontaktschicht 208 auf
einem n-GaAs-Substrat 207 aufgewachsen.
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Da
hierbei die Dicke jeder Topfschicht (zehn Töpfe) in der aktiven Schicht 205 groß ist, kann
der Fall auftreten, dass die Dicke eine kritische Schichtdicke aufgrund
der Verspannung von InGaAsN erreicht. Dabei ist es möglich, dass
die Barrierenschicht aus einer InGaAsP-Schicht ausgebildet ist,
und eine zu der Verspannung der Topfschicht entgegengesetzte Verspannung
in die Barrierenschicht eingeführt
wird, um eine aktive Schicht aus einer Verspannungskompensationsart
zu etablieren. Wenn dabei P im Kristall enthalten ist, agiert der
Kristall als eine Stoppschicht, um zu vermeiden, dass die Nitrifikation jenseits
eines Entwurfswertes in der Tiefenrichtung fortschreitet. Diese Wirkung
ist der Tatsache zuzuschreiben, dass die Substitution von P durch
N ein Vorgang ist, der hohe Energie erfordert, während die Substitution von
As durch N thermodynamisch stabil fortschreitet.
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Die
GaAs-Abstandsschichten 204 und 206 werden zur
Einstellung der Resonatorlänge,
des injizierten Stroms usw. bereitgestellt, und sind aus einem gegenüber Licht
transparenten Material ausgebildet. Der verteilte Reflektorspiegel 207 und
die Kontaktschicht 208 über
der aktiven Schicht 205 sind in eine kreisförmige Struktur
mit einem Durchmesser von 10 μm
ausgebildet, und ein kurzer Resonator ist durch die Reflektorspiegel 202 und 207 ausgebildet. Oszillationslicht
wird aus der Seite des Substrates 201 herausgeführt. Zu
diesem Zweck ist die Bodenoberfläche
des Substrates 201 in eine spiegelnde Oberfläche poliert.
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In 2 bezeichnet
das Bezugszeichen 209 eine isolierende Schicht, das Bezugszeichen 210 bezeichnet
eine auf der Kontaktschicht 208 ausgebildete Elektrode,
und das Bezugszeichen 211 bezeichnet eine auf einer unteren
Elektrode des Substrates 201 ausgebildete kreisförmige Elektrode,
durch dessen zentrale Öffnung
das Oszillationslicht herausgeführt wird.
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Da
der Resonator in einer derartigen Struktur kurz ist, kann durch
Optimieren der Struktur ein sehr geringer Schwellenwert erhalten
werden. Wenn im Stand der Technik ein derartiger Oberflächenemittierender
Laser mit Vertikalresonator in einem 1,3 μm-Band oszillieren soll, sind
seine Oszillationseigenschaften bei hohen Temperaturen äußerst schlecht
und die Vorrichtung ist unpraktisch, weil die Temperaturcharakteristik
eines Kristalls der InGaAs/InP-Reihe schwach ist.
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Erfindungsgemäß kann ein
Oberflächen emittierender
Laser mit Vertikalresonator in einem zur Kommunikation geeigneten
Wellenlängenbereich in
die Praxis umgesetzt werden.
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Im
Falle eines Oberflächenemittierenden
Lasers mit Vertikalresonator kann zudem die Erfindung auf einem
dessen Resonator bildenden Reflektorspiegel angewendet werden. Ein
Mehrfachspiegel kann beispielsweise durch abwechselndes Schichten von
AlAs und GaInAsN erhalten werden, das durch die Substitution mit
Stickstoff ausgebildet wird. Dessen thermische Charakteristik kann
durch Anwenden einer derartigen Struktur stark verbessert werden.
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Bei
dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird InGaAsN durch Nitrifizieren von InGaAs hergestellt, da eine
Vorrichtung im 1,3 μm-Band
vorgegeben ist. Es können
jedoch andere III–V-Halbleiter
verwendet werden. Dabei kann In, Ga und Al als Element der Gruppe
III verwendet werden, Sb, As und P können als Element der Gruppe
V verwendet werden, und das Element der Gruppe V wird durch den
Nitrifikationsvorgang teilweise durch Stickstoff substituiert. Somit
kann eine Halbleiterschicht ausgebildet werden, deren Energiebandlücke in einem
breiten Bereich variiert. Dadurch kann bei verschiedenen Wellenlängenbereichen
ein ähnliches Herstellungsverfahren
verwendet werden.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Das
dritte Ausführungsbeispiel
betrifft ein erfindungsgemäßes Halbleiterherstellungsverfahren, bei
dem die einfache Herstellung eines Nitrithalbleiters verwendet wird,
und die Bänderstruktur
eines Quantentopfs flexibel eingestellt werden kann, ähnlich wie
bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.
Ein Beispiel der Bänderstruktur
der Schichten um eine aktive Schicht ist in 3 dargestellt.
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Die
Laserstruktur unterscheidet sich von dem ersten und dem zweiten
Ausführungsbeispiel
lediglich in der Struktur der aktiven Schicht. D. h., nachdem eine
InGaAs-Topfschicht
mit einer Dicke von 7 nm aufgewachsen ist, wird ein Nitrifikationsvorgang ähnlich zu
dem gemäß dem ersten
und dem zweiten Ausführungsbeispiel
zur Verringerung des Leitungsbandniveaus durchgeführt. Die
InGaAs-Topfschicht wird jedoch nur bis zu einer Tiefe von 5 nm von
ihrer Oberfläche
zur Ausbildung von InGaAsN 304 nitrifiziert, und das verbleibende
InGaAs 303 mit einer Dicke von 2 nm bleibt unverändert. Nach
einem derartigen Vorgang werden das Wachstum von InGaAs 305 mit
einer Dicke von 2 nm, einer GaAs-Barrierenschicht 306 mit
einer Dicke von 5 nm und einer InGaAs-Topfschicht mit einer Dicke
von 7 nm sowie der Nitrifizierungsvorgang bis zu einer Tiefe von
5 nm zur Ausbildung einer aktiven Fünftopfschicht mit einer gestuften
Topfstruktur gemäß der Darstellung
aus 3 wiederholt. In 3 bezeichnet
das Bezugszeichen 301 eine Mantelschicht, und das Bezugszeichen 302 bezeichnet
eine SCH-Schicht.
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Bei
einer derartigen Struktur kann eine Verbesserung ihrer Quanteneinschlusswahrscheinlichkeit
von Ladungsträgern
in einer Topfstruktur erwartet werden, bei der eine Hochenergieseite
ihres Leitungsbandes relativ breit und eine Niedrigenergieseite
ihres Leitungsbandes schmal ist. Somit kann ein Halbleiterlaser,
der zur Durchführung
einer Hochgeschwindigkeitsmodulation befähigt ist, und ein ausgezeichnetes
hohes Ansprechverhalten zeigt, bereitgestellt werden.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Das
vierte Ausführungsbeispiel
richtet sich auf ein weiteres Beispiel einer Bänderstruktur, die durch ein
zu dem vorstehend beschriebenen Verfahren ähnliches Herstellungsverfahren
hergestellt ist.
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Nachdem
eine dicke InGaAs-Topfschicht mit einer Dicke von 10 nm aufgewachsen
ist, und ein Nitrifikationsvorgang dieser Schicht durchgeführt ist, werden
eine InGaAs-Schicht 403 mit
einer Dicke von 5 nm und eine InGaAsN-Schicht 404 mit einer Dicke von
5 nm erhalten. Dann wird eine dünne
GaAs-Barrierenschicht 405 mit einer Dicke von 3 nm ausgebildet,
und daher wird eine Struktur gemäß der Darstellung
aus 4 erhalten. In 4 bezeichnet
das Bezugszeichen 401 eine Mantelschicht, und das Bezugszeichen 402 bezeichnet
eine SCH-Schicht.
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Da
bei einer derartigen Struktur die Barrierenschicht 405 so
dünn ist,
kann die Vorrichtung als eine optische hochschnelle Vorrichtung
arbeiten, die den Tunneleffekt von Elektronen verwendet. Die Vorrichtung
kann beispielsweise als superhochschneller Photodetektor arbeiten,
indem ein elektrisches Sperrfeld daran angelegt wird. Wenn zudem
hochschnelle Modulationsladungsträger in die Vorrichtung injiziert
werden, an die ein elektrisches Sperrfeld angelegt ist, wird eine
Populationsinversion zwischen dem Grundniveau und den ersten Quantentopfniveaus
in ihrem Quantentopf aufgrund des Tunnelphänomens von Elektronen erzeugt.
Daher kann eine superhochschnelle Modulation eines Halbleiterlasers
unter Verwendung des Intersubbandübergangs von Elektronen durchgeführt werden.
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Somit
kann eine Struktur mit einem ähnlichen
stufenartigen Bänderdiagramm
durch Steuern der Bedingungen des Nitrifikationsvorgangs, der Zusammensetzung
des Verbindungshalbleiters, seiner Dicke usw. leicht hergestellt
werden.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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Das
fünfte
Ausführungsbeispiel
richtet sich auf ein Herstellungsverfahren zur Herstellung von InGaAsN
in der Form einer Quantendrahtstruktur durch Ausbilden einer unebenen
Fläche
auf einem GaAs-Substrat und Aufwachsen eines Quantentopfs, der diese
Unebenheit gemäß der Darstellung
aus 5 reflektiert.
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5 zeigt
eine Schnittansicht eines Rippenabschnitts entlang einer Resonatorrichtung.
Ein Gitter 502 mit einer Tiefe von 100 nm und einem Maß von 200
nm wird auf einem GaAs-Substrat 501 ausgebildet, und eine
InGaP-Mantelschicht 503,
eine GaAs-SCH-Schicht 504 und eine InGaAs-Topfschicht werden ähnlich zu
dem ersten Ausführungsbeispiel
aufgewachsen. Bei der Topfschicht gibt es eine unebene Form, obwohl
die Tiefe des Beugungsgitters leicht reduziert ist. Wenn ein Nitrifikationsvorgang
durchgeführt
wird, schreitet daher die Nitrifikation um einen Vertiefungsabschnitt
voran, da das Verbindungspotenzial im Vertiefungsabschnitt gering
ist. Folglich können
eine große
Anzahl von InGaAsN-Quantendrähten 505 mit
einer Breite von etwa 10 nm und einem niedrigen Quantenniveau entlang des
Vertiefungsabschnitts ausgebildet werden. Eine aktive Mehrfachquantendrahtschicht 506 kann
durch Ablagern einer Vielzahl von Schichten aus diesen Quantendrähten 505 hergestellt
werden, wie es bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird. In 5 bezeichnet
das Bezugszeichen 507 eine GaAs-SCH-Schicht, das Bezugszeichen 508 bezeichnet
eine InGaP-Mantelschicht,
das Bezugszeichen 509 bezeichnet eine Kontaktschicht, und
die Bezugszeichen 510 und 511 bezeichnen jeweils Elektroden.
Bei einer derartigen Vorrichtung kann die Oszillation in einer einzelnen
Längsmode ähnlich zum
Betrieb eines gewöhnlichen
DFB-Lasers bewirkt werden.
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Die
Laserstruktur kann eine Oberflächenemittierende
Bauart mit Vertikalresonator sein, wie sie beim zweiten Ausführungsbeispiel
beschrieben ist. Dabei führt
die unebene Form keinen verteilten Rückkopplungsbetrieb von Licht
durch.
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Somit
kann ein zum hochschnellen Betrieb befähigter Laser mit geringem Schwellenwert
und dergleichen durch Verwenden dieser Quantendrahtstruktur erzielt
werden.
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Sechstes Ausführungsbeispiel
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Das
sechste Ausführungsbeispiel
ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 6, 7 und 8 beschrieben.
Das sechste Ausführungsbeispiel
richtet sich auf ein optisches Lokalbereichsnetzwerksystem (LAN)
unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung. 6 stellt eine
optoelektrische Wandlereinheit (Knoten) dar, die mit einem Endgerät in dem
in den 7 oder 8 gezeigten optischen LAN-System
verbunden ist.
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Bei
dem in 7 gezeigten Netzwerk in Bus-Bauart sind eine Anzahl
von Endgeräten 811, 812,
..., und 815 jeweils mit einer optischen Faser 800 durch
Knoten 801, 802, ..., und 805 entlang
einer Richtung A–B
verbunden. An einigen Stellen auf der optischen Faser 800 sind
(nicht gezeigte) optische Verstärker
zur Kompensation der Dämpfung
von übertragenem
Signallicht in Reihe geschaltet.
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Gemäß 6 wird
ein Lichtsignal in einen Knoten 701 durch eine optische
Faser 700 eingeführt,
und ein Abschnitt des Signals wird in eine optische Empfangseinrichtung 703 durch
eine Aufteileinrichtung oder eine Verzweigungsvorrichtung 702 eingegeben.
Die optische Empfangseinrichtung 703 beinhaltet ein abstimmbares
optisches Filter und einen Photodetektor, und nur Signallicht mit
einer gewünschten
Wellenlänge
wird aus dem einfallenden Signallicht ausgewählt, und das Signal wird erfasst. Das
somit erfasste Signal wird durch eine Steuerschaltung zur Zufuhr
an das Endgerät
verarbeitet. Die Vorrichtung gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
kann als der Photodetektor in der Empfangseinrichtung 703 verwendet
werden.
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Wenn
andererseits ein Lichtsignal von dem Knoten 701 übertragen
wird, wird ein Halbleiterlaser 704 gemäß dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispiel
durch eine Steuerschaltung gemäß dem zu übertragenen
Signal geeignet angesteuert. Somit wird das Ausgabelicht eines amplitudenmodulierten
Signals in die Lichtübertragungsleitung 700 durch
einen Kombinationsabschnitt 706 eingegeben.
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Eine
Vielzahl von abstimmbaren optischen Filtern und Halbleiterlasern
kann in einem Knoten zur Aufweitung des Wellenlängenveränderlichen Bereichs angeordnet
sein. Zudem können
zwei Knoten mit jedem Endgerät
verbunden sein, und zwei optische Fasern können zum Erreichen einer bidirektionalen Übertragung
eines DQDB-Systems bereitgestellt werden.
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Als
Netzwerk kann eine Schleifenbauart (vergleiche 8),
die durch Verbinden der Punkte A und B aus 7 aufgebaut
werden kann, eine Sternbauart oder eine Verbindungskonfiguration
daraus verwendet werden. In 8 bezeichnet
das Bezugszeichen 900 eine Lichtübertragungsleitung, die Bezugszeichen 901 bis 906 bezeichnen
jeweils optische Knoten, und die Bezugszeichen 911 bis 916 bezeichnen
jeweils Endgeräte.
Gemäß vorstehender Beschreibung
können
erfindungsgemäß die nachstehend
aufgeführten
technischen Vorteile erhalten werden.
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Es
ist nicht nötig,
den Fluss von Stickstoff während
des Wachstumsvorgangs eines Kristalls genau zu steuern. Ferner kann
ein Verfahren zur Herstellung einer Heteroepitaxieschicht aus einer
Stickstoff enthaltenden III–V-Halbleiterschicht,
einer optischen Halbleitervorrichtung wie etwa einem Halbleiterlaser,
der eine Stickstoff enthaltende III–V-Halbleiterschicht als aktive
Schicht verwendet und eine ausgezeichnete Wärmecharakteristik aufweist,
sowie einer optischen Halbleitervorrichtung wie etwa einem Halbleiterlaser
bereitgestellt werden, der eine Stickstoff enthaltende III–V-Halbleiterschicht
als aktive Schicht verwendet, und ausgezeichnetes hochschnelles
Ansprechen aufweist.
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Wenn
die Substitution durch Stickstoff selektiv ausgeführt wird,
und eine Stickstoff enthaltende Halbleiterschicht sowie eine Schicht
ohne Stickstoff in einem verteilten Muster ausgebildet werden, kann zudem
eine feine Struktur wie etwa ein Quantendraht leicht hergestellt
werden. Zudem kann eine optische Halbleitervorrichtung wie etwa
ein Halbleiterlaser, der einen Quantendraht aus einem Stickstoff
enthaltenden III– V-Halbleiter
als eine aktive Schicht verwendet, und eine ausgezeichnete Effizienz
aufweist, sowie ein Halbleiterlaser in einem 1,3 μm bis 1,55 μm-Band zur
Kommunikation bereitgestellt werden, der eine ausgezeichnete Wärmecharakteristik
aufweist.
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Darüber hinaus
kann eine optische Übertragungseinrichtung
und eine optische Sende-/Empfangseinrichtung, die jeweils eine erfindungsgemäße Vorrichtung
verwenden und stabil bei hoher Geschwindigkeit arbeiten, sowie ein
optisches Kommunikationssystem und ein Kommunikationsverfahren bereitgestellt
werden, die jeweils eine erfindungsgemäße Vorrichtung verwenden, und
optische Kommunikation bei hoher Geschwindigkeit stabil durchführen.
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Soweit
es vorliegend nicht anders offenbart ist, sind die verschiedenen
umriss- oder blockartig in einer der 1–8 gezeigten
Bestandteile auf dem Gebiet optischer Halbleitervorrichtungen, deren Herstellungsverfahren
und der optischen Kommunikation individuell gut bekannt, und ihr
interner Aufbau und Betriebsweise sind vorliegend nicht beschrieben.
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Während die
Erfindung vorliegend bezüglich dessen
beschrieben ist, was derzeit als bevorzugte Ausführungsbeispiele betrachtet
werden, ist ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten
Ausführungsbeispiele
beschränkt
ist. Die Erfindung soll vielmehr die verschiedenen innerhalb des
Bereiches der beigefügten
Patentansprüche
enthaltenen Abwandlungen und Äquivalentenanordnungen
abdecken.