DE69921189T2 - Verbindungshalbleiterstruktur für optoelektronische bauelemente - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der optoelektronischen Bauelemente. Genauer bezieht sich diese Erfindung auf Verbindungshalbleiterstrukturen für optoelektronische Bauelemente wie z.B. Leuchtdioden, Photodetektoren, flankenemittierende Laser und oberflächenemittierende Vertikalhohlraum-Laser.
  • Halbleiterbauelemente, die bei 1,3 μm und 1,55 μm funktionieren, sind für faseroptische Verbindungen sehr wichtig. Idealerweise sollten die Bauelemente für diese Anwendungen bei einer einzigen Wellenlänge funktionieren, widerstandsfähig gegenüber Umweltveränderungen wie der Temperatur sein und in der Herstellung kostengünstig sein. Bisher konzentrierten sich die meisten Anstrengungen auf die Herstellung von flankenemittierenden Bauelementen, wobei das InP/InGaAsP-Materialsystem verwendet wurde. Bei diesen Bauelementen werden zur Kontrolle der Spektralqualität des Laserausgangs spezielle verteilte Feedbackstrukturen eingesetzt. Die Ausbeute dieser Bauelemente kann jedoch gering sein. Da diese Bauelemente aus auf InP gezüchteten Materialien mit geringerem Bandabstand gefertigt sind, sind sie weiters höchst temperaturempfindlich und erfordern eine genaue Temperaturregelung. Daher ist diese Art von flankenemittierendem Laser mit langer Wellenlänge üblicherweise äußerst kostspielig.
  • Ein alternatives Bauelement, das eine Emission mit einer einzigen Wellenlänge ermöglichen kann, ist ein oberflächenemittierender Vertikalhohlraum-Laser (VCSEL). VCSELs sind im Allgemeinen lichtemittierende Halbleiterbauelemente, die zwei verteilte Bragg-Reflektoren (DBRs) umfassen, zwischen denen ein aktiver Bereich liegt, welcher aus einem die gewünschte Lichtwellenlänge emittierenden Material zusammengesetzt ist. Die DBRs fungieren als Spiegel und definieren einen Resonanzhohlraum, und der aktive Bereich fungiert als optisches Verstärkungsmedium. Zwischen dem aktiven Bereich und jedem verwendeten DBR können auch Abstandhalter vorhanden sein, um eine Hohlraumlänge zu definieren. Die Halbleiterspiegelstrukturen werden üblicherweise dotiert, um einen Stromfluss durch den aktiven Bereich zu ermöglichen.
  • Die US 5,767,535 A offenbart eine Quantenschichtstruktur zur Verwendung in Lasern oder Detektoren, welche aus zumindest vier Schichten besteht, wobei zumindest zwei Schichten als Innenschichten vorgesehen sind. Die Innenschichten enthalten entweder zumindest zwei oder zumindest drei von Al, Ga, In, P, As und Sb, wobei die Zusammensetzung jeder Innenschicht anders ist.
  • N.A. Charykov et al.: „Solid solution InxGa1-xAsySbzP1-y-z: a new material for infrared optoelectronics. I. Thermodynamic analysis of the conditions for obtaining solid solutions, isoperiodic to InAs and GaSb substrates, by liquid-phase epitaxy." Fizika I Tekhnika Poluprovodnikov, 31(4), S. 410-415 (1997) offenbaren, vom Standpunkt der Thermodynamik aus betrachtet, die Herstellung von InxGa1-xAsySbzP1-y-z als neuem optoelektronischem Material für Infrarot-Anwendungen bei Wellenlängen zwischen etwa 2 μm und 5 μm.
  • Mit VCSELs des Stands der Technik sind Probleme verbunden, von denen manche in den U.S.-Patenten Nr. 5,719,894 und 5,719,895 von Jewell et al. besprochen wurden. Die Herstellung von VCSELs, die unter Verwendung von InP/InGaAsP gezüchtet wurden und im Bereich von 1,3 μm bis 1,55 μm emittieren, wurde im Allgemeinen aufgrund der hohen Wärmeempfindlichkeit und schlechten Brechzahleigenschaften des InP/InGaAsP-Systems gehemmt. Außerdem ist die Herstellung wirksamer DBRs für InP-Substrate schwierig und erwies sich in der Praxis als äußerst ineffektiv.
  • Ein Ansatz zur Überwindung der Herstellung von minderwertigen, auf InP basierenden Spiegeln war die Anwendung einer Halbleiterscheibenverschmelzung. Bei dieser Technik wird der aktive Bereich auf einem InP-Substrat gezüchtet, und die DBRs werden auf Galliumarsenid (GaAs) gezüchtet. Diese Halbleiterscheiben werden danach bearbeitet und unter Hochdruck zusammengebunden, um einen VCSEL zu bilden. Die Nachteile dieses Verfahrens sind aufgrund der komplexen Bearbeitung, die erforderlich ist, mögliche Probleme mit der Verlässlichkeit und die damit verbundenen höheren Herstellungskosten.
  • Um die Beschränkungen von InP/InGaAsP zu überwinden, wurden für Vertikalhohlraum-Bauelemente auf GaAs-Substraten basierende Strukturen vorgeschlagen. Das Wachstum eines qualitativ hochwertigen aktiven Materials auf GaAs für eine Emission von 1,3 μm und 1,55 μm ist ein Problem, welches unter Anwendung einer Reihe von verschiedenen Ansätzen untersucht wurde.
  • Bei einem ersten Ansatz werden auf GaAs gezüchtete InGaAs-Quantenpunkte (QDs) verwendet. Dieser Ansatz brachte eine Photolumineszenz (PL) bei 1,3 μm, eine bei 1,27 μm funktionierende Resonanzhohlraum-Photodiode und einen bei 1,3 μm funktionierenden flankenemittierenden Quantenpunkt (QD)-Laser hervor. Ein Dauerstrich (CW)-, Raumtemperatur (RT)-VCSEL auf QD-Basis wurde ebenfalls produziert, die Laserwellenlänge betrug jedoch nur 1,15 μm.
  • Bei einem zweiten Ansatz werden gefilterte GaAsSb-Potentialtöpfe (QWs) verwendet. Dieser Ansatz brachte eine Raumtemperatur-PL bei 1,3 μm und einen bei 1,27 μm funktionierenden flankenemittierenden Laser hervor. (Die kürzere Wellenlänge dieses Lasers kann einer Verstärkungssättigung bei höheren Stromzufuhrgraden zugeschrieben werden, und zwar aufgrund der beschränkten Anzahl fehlerloser QWs, welche gezüchtet werden können.) Dieser Ansatz brachte auch eine PL mit Wellenlängen von bis zu 1,332 μm hervor, wobei GaAsSb/InGaAs-Doppelschichten-QWs mit einer Bandkantenausrichtung des Typs II verwendet wurden.
  • Bei einem dritten Ansatz wird ein einziger GaInNAs-Potentialtopf verwendet. Dieser Ansatz brachte einen Raumtemperatur-Impulsbetrieb mit einer Emissionswellenlänge von 1,18 μm und einer Schwellenstromdichte von 3,1 kA/cm2 hervor. Ein flankenemittierender CW-Laser mit einer nahe bei 1,3 μm liegenden Laserwellenlänge wurde ebenfalls produziert, wobei der Stickstoffgehalt der QW auf 1 % angehoben wurde. Schwellenströme von 108 mA wurden für Bauelemente mit einer Hohlraumlänge von 800 μm und einer aktiven Breite von 2 μm erzielt.
  • All diese Ansätze weisen Mängel auf. Erstens sind die Wellenlängen, die erzeugt werden, zu kurz für die Zwecke der Telekommunikation. Zweitens beruhen die Quantenpunktbauelemente auf langen Hohlräumen und verwenden stark reflektierende Facettenbeschichtungen. Drittens wird nicht klar verstanden, wie der Stickstoff in den aktiven Bereich eingebracht wird. Obwohl früher manche Forscher dachten, dass eine quartäre Legierung gebildet wird, wird nun allgemein angenommen, dass Stickstoff als Verunreinigung oder fehlerhafter Zustand eingebracht wird. Solche Zustände können nicht strahlende Rekombinationszentren einbringen, deren Anzahl zunimmt, während sich die in das Material eingebrachte Stickstoffmenge erhöht. Diese Zustände können eine örtliche Störung oder eine Spaltung des Leitungsbands bewirken, wodurch die Erzielung einer Emission mit längerer Wellenlänge ermöglicht wird. Eine höhere Stickstoffeinlagerung verkürzt jedoch im Allgemeinen die Lebensdauer des Bauelements, was mit dem Einbringen von Defekten einhergeht.
  • Daraus entstand ein Bedarf an verbesserten optoelektronischen Halbleiterbauelementen, welche bei den gewünschten Telekommunikationswellenlängen von 1,3 μm und 1,55 μm funktionieren.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden, in Anspruch 1 definierten Erfindung wird ein Verbindungshalbleiterbauelement bereitgestellt, das ein Substrat und einen über dem Substrat angeordneten aktiven Bereich umfasst. Der aktive Bereich umfasst zumindest zwei verschiedene pseudomorphe Schichten, wobei die erste Schicht die Form InxGa1-xPyAszSb1-y-z und die zweite Schicht die Form InqGa1-qPrAssSb1-r-s aufweist. Die erste Schicht umfasst zumindest In, Ga und As, und die zweite Schicht umfasst zumindest Ga, As und Sb. „Pseudomorph" wird definiert als das Aufweisen eines ausreichend geringen Grads von Fehlverschiebungen. Jede InGaPAsSb-Schicht ist gegenüber dem Substrat pseudomorph. Das Substrat ist vorzugsweise GaAs oder AlpGa1-pAs (0 < p < 1) oder besteht aus einem Material, das eine Gitterkonstante aufweist, die jener von GaAs nahekommt oder gleich wie diese ist. Bei der ersten Schicht wird bevorzugt, wenn x zwischen 0,05 und 0,7, y zwischen 0 und 0,35, z zwischen 0,45 und 1 und 1-y-z zwischen 0 und 0,25 liegt. Bei der zweiten Schicht wird bevorzugt, wenn q zwischen 0 und 0,25 und 1-r-s zwischen 0,25 und 1 liegt.
  • Die zwischen der ersten und zweiten Schicht gebildete Bandstruktur hat vorzugsweise eine Bandkantenausrichtung des Typs II. Die Spitzen-Übergangswellenlänge ist vorzugsweise größer als 1100 nm.
  • Die erste Schicht ist vorzugsweise ein Senkenbereich für Elektronen, und die zweite Schicht ist ein Sperrbereich für Elektronen. Beide Schichten bilden vorzugsweise Potentialtöpfe und können auch ein Supragitter bilden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der aktive Bereich weiters eine dritte pseudomorphe Schicht. Die dritte Schicht weist im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die erste Schicht auf und kann auf der zweiten Schicht angeordnet sein. Eine Variation dieser Ausführungsform umfasst auch zumindest ein Schichtenpaar der zweiten und der dritten Schicht. Jedes Schichtenpaar weist im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die erste und die zweite pseudomorphe Schicht auf. Eine weitere Variation umfasst eine auf der dritten Schicht angeordnete, vierte pseudomorphe Schicht, wobei die vierte Schicht im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die zweite Schicht aufweist. Bei dieser Variation könnte auch zumindest ein Schichtenpaar zwischen der zweiten und der dritten Schicht vorhanden sein, wobei jedes Schichtenpaar im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die erste und die zweite pseudomorphe Schicht aufweist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform könnte der aktive Bereich weiters drei zusätzliche, über der zweiten Schicht angeordnete pseudomorphe Schichten umfassen. Die erste zusätzliche Schicht weist eine Zusammensetzung auf, die sich von jener der beiden ersten Schichten unterscheidet. Die zweite zusätzliche Schicht weist im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die zweite pseudomorphe Schicht auf, und die dritte zusätzliche Schicht weist im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die erste pseudomorphe Schicht auf.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform umgeben Mantelschichten den aktiven Bereich. Vorzugsweise bestehen diese Schichten aus GaAs, AltGa1-tAs oder GaAsuP1-u, wobei t und u zwischen 0 und 1 liegen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist die erste pseudomorphe Schicht auf der ersten Mantelschicht und die zweite pseudomorphe Schicht auf der ersten pseudomorphen Schicht angeordnet. Diese Ausführungsform umfasst vorzugsweise eine dritte pseudomorphe Schicht, welche im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die erste Schicht aufweist und über der zweiten Schicht angeordnet ist. Eine Variation dieser Ausführungsform kann auch zumindest ein Schichtenpaar zwischen der zweiten und der dritten Schicht umfassen. Jedes Schichtenpaar weist im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die erste und die zweite pseudomorphe Schicht auf. Eine weitere Variation umfasst eine auf der dritten Schicht angeordnete, vierte pseudomorphe Schicht, wobei die vierte Schicht im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die zweite Schicht aufweist. Diese Variation könnte auch zumindest ein Schichtenpaar zwischen der zweiten und der dritten Schicht haben, wobei jedes Schichtenpaar im Wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die erste und die zweite pseudomorphe Schicht aufweist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem Substrat und der aktiven Schicht eine Mantelschicht angeordnet, und eine zweite Mantelschicht ist über der zweiten pseudomorphen Schicht angeordnet. Die zweite Mantelschicht und die zwischen der ersten und der zweiten Mantelschicht angeordneten Schichten können dann eine mehrlagige Struktur bilden, welche wiederholt über der anfänglichen mehrlagigen Struktur angeordet sein kann.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform gibt es zwei elektrisch mit dem aktiven Bereich gekoppelte Leitfähigkeitsschichten, wobei die eine einem ersten Leitfähigkeitstyp und die zweite einem anderen Leitfähigkeitstyp angehört. Es gibt auch Mittel zum Zuführen oder Abziehen von elektrischem Strom in den bzw. aus dem aktiven Bereich. Der Bandabstand der leitfähigen Schichten ist vorzugsweise größer als jener der Schichten des aktiven Bereichs. Vorzugsweise ist ein flankenemittierendes Bauelement gebildet, in dem ein Hohlraum in der Ebene der leitfähigen Schichten eine Halbleiter-Luft-Schnittstelle bildet, durch welche eine optische Emission oder Absorption erzielt wird.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform dieses Bauelements gibt es eine über der zweiten leitfähigen Schicht angeordnete Gitterschicht. Die Gitterschicht weist Linien auf, die sich zumindest über einen Teil des aktiven Bereichs erstrecken, und die Gitterschicht definiert einen optischen Resonanzhohlraum. Der Hohlraum weist eine Resonanzwellenlänge auf, die mit einer Resonanzenergie in Beziehung steht, so dass die Resonanzwellenlänge (in μm) 1,24 entspricht, geteilt durch die Resonanzenergie (in eV). Vorzugsweise können die Gitterschichtlinien um zumindest eine viertel Wellenlänge oder um das Vielfache einer viertel Wellenlänge verschoben werden, um eine phasenverschobene Gitterschicht zu bilden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform dieses Bauelements ist unter dem aktiven Bereich ein unterer Spiegel und über dem aktiven Bereich ein oberer Spiegel angeordnet. Der obere und der untere Spiegel definieren einen optischen Resonanzhohlraum, welcher eine Resonanzwellenlänge aufweist, die mit einer Resonanzenergie in Beziehung steht, so dass die Resonanzwellenlänge (in μm) 1,24 entspricht, geteilt durch die Resonanzenergie (in eV). Vorzugsweise bestehen der obere und der untere Spiegel abwechselnd aus Schichten mit hoher Brechzahl und Schichten mit niedriger Brechzahl. Die Schichten mit niedriger Brechzahl können aus oxidiertem Material, dielektrischem Material mit niedriger Brechzahl, Polymermaterial mit niedriger Brechzahl und Halbleitermaterial mit relativ niedriger Brechzahl oder irgendeiner Kombination aus diesen bestehen. Die Schichten mit hoher Brechzahl können aus oxidiertem Material, dielektrischem Material mit hoher Brechzahl, Polymermaterial mit hoher Brechzahl und Halbleitermaterial mit hoher Brechzahl oder irgendeiner Kombination aus diesen bestehen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform gibt es eine über dem aktiven Bereich angeordnete Öffnung. Die Öffnung weist zwei Bereiche auf. Bei einer weiteren Ausführungsform weist die eine Öffnung einen hohen elektrischen Widerstand und die andere Öffnung einen viel niedrigeren elektrischen Widerstand auf. Bei einer anderen Ausführungsform weist ein Öffnungsbereich eine niedrigere Brechzahl als der andere Öffnungsbereich auf. Bei einer weiteren Ausführungsform besteht der erste Öffnungsbereich aus einem vorwiegend oxidierten Material, und der andere Öffnungsbereich ist weniger oxidiert als der erste Öffnungsbereich. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die Öffnung durch das Ätzen einer Säule gebildet.
  • Ebenfalls erfindungsgemäß sind ein flankenemittierender Laser, eine Resonanzhohlraum-Photodetektor, eine Resonanzhohlraum-Leuchtdiode (LED) oder ein VCSEL, welche jeweils ein Substrat umfassen, wobei über dem Substrat ein aktiver Bereich angeordnet ist. Bei jedem Bauelement umfasst der aktive Bereich zumindest zwei pseudomorphe Schichten. Die erste pseudomorphe Schicht hat die Form InxGa1-xPyAszSb1-y-z, die zweite pseudomorphe Schicht hat die Form InqGa1-qPrAssSb1-r-s, und die Zusammensetzungen der ersten und der zweiten pseudomorphen Schicht sind verschieden. Die erste Schicht umfasst zumindest In, Ga und As, und die zweite Schicht umfasst zumindest Ga, As und Sb.
  • Ebenfalls erfindungsgemäß ist eine Verbindung, die Indium, Gallium, Phosphor, Arsen und Antimon umfasst und die Form InxGa1-xPyAszSb1-y-z aufweist, wobei 0 < x < 1,0 < y < 1,0 < z < 1 und 0 < 1-y-z < 1.
  • Ebenfalls erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbindungshalbleiterbauelements auf einem Substrat, welches das Bilden eines über dem Substrat angeordneten aktiven Bereichs umfasst, wobei der aktive Bereich zumindest eine erste und eine zweite pseudomorphe Schicht umfasst. Die erste pseudomorphe Schicht hat die Form InxGa1-xPyAszSb1-y-z, die zweite pseudomorphe Schicht hat die Form InqGa1-qPrAssSb1-r-s, und die Zusammensetzungen der ersten und der zweiten pseudomorphen Schicht sind verschieden. Die erste Schicht umfasst zumindest In, Ga und As, und die zweite Schicht umfasst zumindest Ga, As und Sb. Das Substrat ist vorzugsweise GaAs oder AlpGa1-pAs (0 < p < 1) oder besteht aus einem Material, das eine Gitterkonstante aufweist, die jener von GaAs nahekommt oder gleich wie diese ist.
  • Durch Verwendung zweier verschieden zusammengesetzter pseudomorpher InGaPAsSb-Schichten im aktiven Bereich vermeidet die vorliegende Erfindung die Beschränkung, dass die Laserwellenlänge durch den Bandabstand eines einzigen Materials bestimmt wird. Wellenlängen von 1,1 μm bis 1,5 μm wurden erzielt. Weitere technische Vorteile der vorliegenden Erfindung sind dem Fachmann aus den nachfolgenden Figuren, der Beschreibung und den Ansprüchen leicht ersichtlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die folgende Beschreibung Bezug genommen, welche in Verbindung mit den angeschlossenen Zeichnungen dargelegt ist, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile darstellen, wobei:
  • 1A ein Schaltplan eines generischen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 1B–1D Schaltpläne sind, welche auseinandergezogene Ansichten mehrerer Ausführungsformen des aktiven Bereichs der 1A zeigen;
  • 2A ein schematisches Energiediagramm einer Bandkantenausrichtung eines aktiven Bereichs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2B ein Schaltplan einer Bandkantenausrichtung und von Elektronen- und Schwerloch-Wellenfunktionen eines aktiven Bereichs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 3 eine graphische Darstellung ist, welche die Abhängigkeit der Photolumineszenz-Wellenlänge von den Fließverhältnissen der Materialien der Schichten des aktiven Bereichs gemäß mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 eine graphische Darstellung ist, welche sekundäre Ionenmasse-Spektroskopiemessungen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 ein Schema der Struktur eines flankenemittierenden Bauelements gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 6 eine graphische Darstellung ist, welche Elektrolumineszenzspektren eines flankenemittierenden Bauelements, das jenem der 5 ähnlich ist, zeigt;
  • 7A und 7B graphische Darstellungen sind, welche Photolumineszenzspektren von erfindungsgemäß hergestellten Bauelementen zeigen;
  • 8 Fotographien sind, welche Reflection High Energie Electron Diffraction (RHEED)-Messungen von zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen;
  • 9 eine elektronenmikroskopische Aufnahme ist, welche den Querschnitt eines aktiven Bereichs einer erfindungsgemäß hergestellten Ausführungsform zeigt;
  • 10A und 10B Schaltpläne der Strukturen von flankenemittierenden Bauelementen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind;
  • 11A und 11B Schaltpläne von periodischen Strukturen mit rechteckigen Gittern sind;
  • 12 ein Schaltplan einer Resonanzhohlraumstruktur gemäß mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist; und
  • 13A–13C Schaltpläne von VCSELs mit gesteuerter Öffnung gemäß mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine Emission bei einer Wellenlänge von zumindest 1,1 μm bereit. Überdies zeigt die Erfindung eine Bandstruktur, die eine Bandkantenausrichtung des Typs II aufweist. Die vorliegende Erfindung kann bei optoelektronischen Halbleiterbauelementen verwendet werden, die eine Struktur aufweisen, welche jener der 1A ähnlich ist. Das Bauelement 100 umfasst ein auf einem unteren Kontakt 105 angeordnetes Substrat 110, einen auf dem Substrat 110 angeordneten unteren Abschnitt 120, einen auf dem unteren Abschnitt 120 angeordneten aktiven Bereich 130, einen auf dem aktiven Bereich 130 angeordneten oberen Abschnitt 140 und einen auf dem oberen Abschnitt 140 angeordneten oberen Kontakt 195.
  • Das Substrat 110 ist ein Halbleiter, vorzugsweise GaAs oder AlxGa1-xAs (0 < x < 1), welcher vorzugsweise n-dotiert ist, aber auch p-dotiert sein kann. (Nachfolgend wird AlxGa1-xAs (0 < x < 1), falls nicht anders angegeben, als „AlGaAs" geschrieben, wobei die Elemente Al und Ga der Gruppe III selbstverständlich komplementäre tiefgestellte Indices haben, die zusammen 1 ergeben.) Obwohl das Substrat vorzugsweise aus GaAs und AlGaAs besteht, kann es aus jedem Material gefertigt sein, das eine Gitterkonstante aufweist, die jener von GaAs nahekommt oder gleich wie diese ist. Der untere Kontakt 105 ist vorzugsweise ein n-Kontakt (der dieselbe Leitfähigkeit wie das Substrat 110 aufweist). Gleichermaßen weist der untere Abschnitt 120 dieselbe Leitfähigkeit wie das Substrat 110 auf. Der untere Abschnitt 120 kann im Fall eines flankenemittierenden Lasers eine Kontaktschicht und eine leitende oder abgestufte Anzeigeschicht umfassen oder im Fall eines Resonanzhohlraumbauelements wie einer LED, einer Photodiode oder eines VCSEL einen unteren Spiegel. Der obere Abschnitt 140 weist vorzugsweise eine Struktur auf, die mit jener des unteren Abschnitts 120 symmetrisch ist und eine Leitfähigkeit aufweist, die jener des unteren Abschnitts 120 und des Sustrats 110 entgegengesetzt ist, und im Fall eines flankenemittierenden Lasers vorzugsweise eine Kontaktschicht und eine leitende oder abgestufte Anzeigeschicht umfasst oder im Fall der obenstehend beschriebenen Resonanzhohlraumbauelemente einen oberen Spiegel. Der obere Kontakt 195 ist vorzugsweise ein p-Kontakt (der dieselbe Leitfähigkeit wie der obere Abschnitt 140 aufweist). Der aktive Bereich 130 ist dort, wo die Emission oder Absorption von Licht stattfindet, wohingegen der obere Bereich 140 und der untere Bereich 120 nicht für die Emission oder Absorption von Licht bestimmt sind.
  • Der aktive Bereich 130 ist in den 1B–1D vergrößert und wird als gefilterte InGaPAsSb-Potentialtopfstruktur oder -strukturen gezeigt, welche in den Puffer/Mantelschichten 150a, 150b eingebettet ist bzw. sind. Der aktive Bereich 130 umfasst zumindest zwei InGaPAsSb-Schichten 131, 132 mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und vorzugsweise zumindest eine dritte Schicht 138 mit im Wesentlichen derselben Zusammensetzung wie die Schicht 131, obwohl die Dicken und die Stöchiometrie jeder der Schichten 131 und 132 möglicherweise unterschiedlich sind. Zumindest In, Ga und As sollten in der ersten Schicht vorhanden sein, und zumindest Ga, As und Sb sollten in der zweiten Schicht vorhanden sein. Wie in 1B dargestellt, gibt es vorzugsweise eine ungerade Zahl von pseudomorphen Schichten, die in den Puffer/Mantelschichten 150a, 150b eingebettet sind, und zwar insbesondere dann, wenn es nur einige pseudomorphe Schichten gibt (z.B. 3 oder 5). In diesem Fall weist die an beiden Puffer/Mantelschichten anliegende, erste Schicht die nominelle Zusammensetzung „A" und die nächste anliegende Schicht die nominelle Zusammensetzung „B" auf. Die Schicht A fungiert als Senkenbereich für Elektronen und die Schicht B als Sperrbereich für Elektronen. Zwischen Schicht 132 und Schicht 138 kann es 0, 1, 2 oder mehr A/B-Schichtenpaare geben.
  • Alternativ kann es eine gerade Zahl von Schichten geben, welche das Muster A/B/A/B aufweisen, wie in 1C gezeigt, und weiters zumindest die Schicht 139 umfassen. Wie beim aktiven Bereich in 1B kann der aktive Bereich in 1C zwischen Schicht 132 und Schicht 138 0, 1, 2 oder mehr A/B-Schichtenpaare aufweisen. Obwohl es in den 1B-1D nicht gezeigt wird, ist es ebenso möglich, drei pseudomorphe Schichten A, B und B zu haben, wobei jede die Form InGaPAsSb, allerdings mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, aufweist, welche Schichten zwischen den Puffer/Mantelschichten 150a, 150b in der Form A/B/C/B/A angeordnet sind.
  • Eine weitere Variation wird in 1D gezeigt, wobei die mehrlagige Struktur 160, welche die Puffer/Mantelschicht 150b und die pseudomorphen Schichten zwischen den Puffer/Mantelschichten umfasst, einmal oder mehrmals über der Puffer/Mantelschicht 150b wiederholt wird. Bei aus GaAsuP1-u (0 < u < 1, nachfolgend als „GaAsP" bezeichnet) bestehenden Puffer/Mantelschichten könnte der aktive Bereich 130 dann ein- oder mehrlagige Kombinationen von GaAsP/A/B/.../GaAsP, GaAsP/A/B/.../A/GaAsP oder GaAsP/A/B/C/B/A/GaAsP umfassen. Solche Strukturen sind vorteilhaft für die Optimierung der (untenstehend besprochenen) Belastungszusammensetzung.
  • Falls die einzelnen A/B-Schichtdicken, die verwendet werden, dünn sind, können die Elektronen und Löcher (quantenmechanisch) durch die Barrieren dringen, und die einzelnen Energiepegel der Potentialtöpfe können sich zu Miniaturbändern ausweiten. Solche Strukturen werden dann als Supragitter bezeichnet.
  • Bei einem flankenemittierenden Laser emittiert der aktive Bereich Licht von der Seite des Bauelements 100. Bei einem Resonanzhohlraum-Emitter wie z.B. einem VCSEL oder einer LED wird durch den oberen Abschnitt 140 oder durch den unteren Abschnitt 120 und das Substrat 110 Licht aus dem aktiven Bereich 130 emittiert. Ein Photodetektor kann Licht von der Seite, direkt hin zum aktiven Bereich, oder von oben oder unten hin zum aktiven Bereich empfangen.
  • Die Puffer/Mantelschichten 150a, 150b können dünne (~40 nm) Pufferschichten und/oder dickere (~1500 nm) umhüllende oder abgestufte Anzeigeschichten umfassen. Diese Puffer/Mantelschichten können aus GaAs, AlGaAs oder GaAsP gefertigt sein. Die Puffer/Mantelschichten 150a, 150b fungieren als begrenzende Schichten für die Elektronen und Löcher und sorgen auch für eine optische Leitung. Die Verwendung von Al in der Mantelschicht kann die Elektronenbegrenzung verbessern. GaAsP-Mantelschichten weisen eine Zuglast auf, so dass es daher möglich ist, die Druckbelastung der InGaPAsSb-Schichten des aktiven Bereichs auszugleichen. Die Druckbelastung der InGaPAsSb-Schichten schränkt die Dicke ein, die pseudomorph zu einer maximalen Dicke, die als kritische Dicke bekannt ist, gezüchtet werden kann. Bei Zunahme der Schichtdicke erhöht sich die Energie der Fehlbelastung. Daher weisen Schichten, die dicker als die kritische Dicke angewachsen sind, Lageveränderungen auf, wenn die über den Schichten angesammelte Energie der Fehlbelastung die für das pseudomorphe Wachstum erlaubte Belastungskraft überschreitet. Beim Belastungsausgleich kann die angesammelte Druckbelastung der dünnen Schichten verringert oder durch Einbringen von dünnen Schichten aus zugbelastetem Material in die Mantelschichten ausgeglichen werden. Dies kann die reine Belastung wirksam reduzieren. Bei geringeren Belastungen ist die Energie der Fehlbelastung geringer, also ist es möglich, vor dem Auftreten von Lageverschiebungen dickere Schichten zu züchten. Die Verwendung von zugbelasteten Mantelschichten kann daher angewandt werden, um die Gesamtdicke der InGaPAsSb-Schichten, die pseudomorph gezüchtet werden können, zu erhöhen.
  • Außerdem sollten diese Puffer/Mantelschichten mehrere Anforderungen erfüllen. Erstens sollten sie einen Bandabstand aufweisen, welcher größer als jener der Potentialtopfschichten im aktiven Bereich ist. Zweitens sollte ihr Bandabstand in der Nähe der Senke am kleinsten sein und sich dann ab dem aktiven Bereich weiter vergrößern. Drittens sollte die Brechzahl dieser Schichten in der Nähe der Senke am größten sein und sich dann ab dem aktiven Bereich weiter verkleinern.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung, bei der für den aktiven Bereich InxGa1-xAs/GaPrAssSb1-r-s-Schichten (als das A7B-Schichtenpaar) verwendet werden, wird beschrieben, ohne die Allgemeingültigkeit zu verlieren. (Diese Struktur wird nachfolgend als „InGaAs/GaPAsSb" bezeichnet.) Während bei den meisten III/V-Halbleiterlasern, die bei 1,3 μm und 1,55 μm funktionieren, aktive QW-Bereiche des Typs I verwendet werden, wird bei der InGaAs/GaPAsSb-Struktur ein symmetrischer mehrlagiger Bereich des Typs II verwendet, dessen Energieschema in 2A schematisch dargestellt ist. Diese Figur zeigt den relativen Energiepegel als Funktion der Position über dem aktiven Bereich bei einem dreilagigen aktiven Bereich. Die GaAs-Puffer/Mantelschichten sind durch die Positionen 205, 225 bezeichnet, die InGaAs-Schichten sind durch die Positionen 210, 220 bezeichnet, und eine GaPAsSb-Schicht ist durch die Position 215 bezeichnet. Das Valenzband ist durch 230 bezeichnet, und das Leitungsband ist durch 260 bezeichnet. Der erste erlaubte Lochenergiepegel ist durch 235 bezeichnet, die Lochbarriere ist durch 240 bezeichnet, der erste erlaubte Elektronenenergiepegel ist durch 255 bezeichnet, und die Elektronenbarriere ist durch 250 bezeichnet. Die Übergangsenergie vom Valenzband 230 zum Leitungsband 260 ist durch 245 bezeichnet.
  • In 2A sind die Elektronen hauptsächlich in den InGaAs („A")-Schichten 210, 220 eingeschlossen, während die Löcher hauptsächlich durch die GaPAsSb („B")-Schicht 215 begrenzt sind. Da der optische Übergang bei Strukturen des Typs II räumlich indirekt ist, kann der wirksame Bandabstand schmäler als jener der Grundmaterialien sein. Die Dicken der Schichten werden ausreichend gering gehalten, so dass eine große räumliche Überlappung der Elektronen- und Lochwellenfunktionen auftreten kann. Diese Überlappung wird durch Verwendung einer in GaAs eingebetteten symmetrischen Struktur anstelle einer zweilagigen Struktur verstärkt. Da die GaPAsSb-Schicht dünn ist, werden die Elektronenenergiepegel der beiden Elektronen-QWs gekoppelt. Dies führt zu einer gekoppelten Potentialtopf (CDQW)-Doppelstruktur.
  • Durch theoretisches Formen basierend auf einem Zweibandmodell unter Anwendung der Hüllenwellenfunktion-Approximation können die Übergangsenergien und Überlappungen zwischen den Elektronen- und Lochwellenfunktionen bei den QW-Strukturen des Typs II berechnet werden. Nicht-Parabolitäten sowohl beim Leitungsband 260 als auch beim Valenzband 230 wurden berücksichtigt. Die Bandverschiebungen wurden unter Anwendung der Form-Feststoff-Theorie berechnet (wie bei C.G. Van de Walle, Phys. Rev. B., 39, 1871 (1989) beschrieben), und die Auswirkungen der Belastung auf die Bandstruktur wurden ebenfalls einbezogen. Diese Berechnungen bestätigen, dass die Bandkantenausrichtung dem Typ II angehört.
  • 2B zeigt das berechnete Bandkantenschema einer CDQW-Struktur mit einer In0.4Ga0.6AS („A")-Schicht und GaP0.12As0.4Sb0.48 („B")-Schichten. Durch das Energieausgleichsverfahren wird berechnet, dass die kritische Dicke bei der aus diesem Materialsystem gefertigten CDQW-Struktur etwa 7 nm beträgt, und zwar basierend auf einem Einzelknickmechanismus. Bei Schichtdicken, welche die kritische Dicke übersteigen, können Fehler in das Material eingebracht werden, wodurch die optische Leistung und die Lebensdauer der Bauelemente gesenkt werden. Bei diesem Beispiel werden für die A- bzw. B-Dicke Dicken von 2 und 3 nm verwendet, und somit liegt die Gesamtdicke des aktiven Bereichs innerhalb des kritischen 7 nm-Dickengrenzwerts. Die Bandkantenunterbrechungen und die Energiepegel der elektronenbeschränkten Zustände im Leitungsband 260 und jene der schwerlochbeschränkten Zustände im Valenzband 230 ohne Einspritzung sind als Maßstab einbetragen. Diese Berechnungen bestätigen, dass die Bandkantenausrichtung der CDQW-Struktur dem Typ II angehört. Die Elektronenbarriere 250 beträgt an der In0.4Ga0.6AS/GaP0.12As0.4Sb0.48-Grenzfläche 196 meV. Die berechneten Wellenfunktionen 265, 275 sowohl für den Elektronen- als auch für den Lochzustand in der CDQW sind ebenfalls eingetragen. Aufgrund der Schwerloch-Nutzmasse ist die Schwerloch-Wellenfunktion 275 in der Schicht B 215 stark ortsgebunden. Da die Schicht B 215 sehr dünn ist, eine niedrige Elektronenbarriere aufweist und eine kleine Elektronen-Nutzmasse besitzt, kann die Elektronenwellenfunktion 265 diese durchdringen, was zu einer starken Kopplung zwischen den beiden A (InGaAs)-Senken 210, 220 führt. Daher ist in der B (GaPAsSb)-Sperrschicht 215 ein erheblicher Teil der Elektronenwellenfunktion 265 vorhanden. Als Ergebnis weisen die Elektronen- und die Lochwellenfunktion 265, 275 eine einigermaßen große Überlappung auf.
  • Die berechneten Spitzenzunahmen gp.max und die entsprechenden Wellenlängen λgp.max bei einer eingespritzen Trägerkonzentration von N = 1 × 1019 cm-3 (157 A/cm2) werden in Tabelle 1 für sechs Strukturen mit verschiedenen Senkenbreiten dA, dB, dA gezeigt. (I cl / hl)2 ist das Elektronen- und Lochwellenfunktionen überlappende Integral. Ne und Je sind sind die transparente Trägerkonzentration bzw. die transparente Stromdichte. gwn und gw sind Konstanten, die durch Anpassung der berechneten Verstärkungsspektren erhalten werden. Bei diesen hohen Einspritzpegeln wurde berechnet, dass die Lebensdauer der spontanen strahlenden Rekombination τsp ≈ 2,5 ns beträgt, und der Koeffizient der spontanen strahlenden Rekombination ist bei diesen Strukturen Bsp ≈ 4 × 10-11. Bei Struktur 5 wurde berechnet, dass die Transparenzträgerkonzentration ungefähr 5,3 × 1018 cm-3 (59 A/cm2) beträgt. Der Höchstwert des Verstärkungsspitzenwerts beträgt bei einer Trägereinspritzung von 1019 cm-3 8008 cm-1 und tritt bei einer Wellenlänge von 1,33 μm auf. Diese Trägerkonzentration ist für den Betrieb von VCSELs nicht unangemessen.
  • Figure 00120001
  • Figure 00130001
  • Testproben und Bauelemente wurden bei einer Wachstumstemperatur von 505°C durch Molekularstrahl-Epitaxie (MBE) auf GaAs-Substraten gezüchtet. Die Proben für PL-Messungen wurden auf einem 20-Perioden-AlAs-GaAs-Supragitter, gefolgt von einer 220 nm-GaAs-Pufferschicht, gezüchtet, und sie wurden mit einer 10 nm dicken GaAs-Schicht abgedeckt. Die Nenndicke jeder Schicht betrug ungefähr 25-30 nm, abhängig von der Schichtzusammensetzung und folglich der Schichtbelastung, so dass die kritische Dicke nicht überschritten würde. Die In-Zielzusammensetzung wurde auf zwischen etwa 0,3 und 0,4 festgesetzt.
  • Aufgrund der äußerst empfindlichen Abhängigkeit von Wachstumsparametern sind die absoluten Zusammensetzungen der Gruppe V (As, P, Sb) derzeit schwer aus Versuchen abzuleiten. Jener Ansatz, der zur Erzielung einer möglichen, bei 1,3 μm emtittierenden Struktur angewandt wird, ist wie folgt. Anfänglich wird bei 505°C eine Schichtsequenz von InxGa1-xAs/GaAs/InxGa1-xAs, gefolgt von GaAs, auf einem GaAs-Substrat gezüchtet. Jede der drei Schichten ist ungefähr 3 nm dick. Der In-Gehalt x wird solcherart angepasst, dass beide InxGa1-xAs-Schichten entweder gerade noch den Stranski-Krastanov-Aufrauhungsübergang erreichen oder gerade noch darunter bleiben. Es zeigt sich, dass beide Konfigurationen ungefähr bei derselben Wellenlänge emittieren. Im nächsten Schritt wird während des Wachstums der Mittelschicht der Sb-Fluss hinzugefügt, und der As-Fluss wird bei einem kostanten Gruppe-V-Fluss reduziert, was zu einer InxGa1-xAs/GaAssSb1-s/InxGa1-aAs-Struktur führt. Dieses Fließverhältnis wird in weiteren Wachstumsversuchen auf den höchstmöglichen Wert des Sb-Flusses angepasst, ohne erhebliche Versetzungsdichten einzubringen (gemessen durch eine Abnahme der PL-Intensität der resultierenden Struktur). Bei den folgenden Wachstumsvorgängen wird P eingebracht, bis die größtmögliche Wellenlänge erzielt wird.
  • Die Flüsse der Gruppe-V-Elemente während des Wachstums der zentralen GaPrAssSb1-r-s-Schicht sind proportional zu den Ventileinstellungen der Elementarversorgungsquellen. Die Zunahme eines Flussbestandteils führt auch zu einer Zunahme dieses Bestandteils im festen Kristall, der sich entwickelt hat. Die Abhängigkeit der PL-Emissionswellenlänge von den Ventileinstellungen der P-, As- und Sb-Quelle wird in Tabelle 2 und 3 gezeigt.
  • Figure 00140001
  • Für die gezüchteten Proben wird in 3 der (aus der vollen Breite bei halbem Spektrenhöchstwert ermittelte) PL-Emissionswellenlängenbereich als Funktion des Sb:P-Ventilpositionsverhältnisses gezeigt. Ein höheres Sb:P-Verhältnis bedeutet einen höheren Sb-Fluss im Verhältnis zum P-Fluss, und es ist zu sehen, dass die Wellenlänge dazu neigt, zuzunehmen, wenn der Sb-Fluss im Verhältnis zum P-Fluss verstärkt wird. Die Längen der vertikalen Linien zeigen die Wellenlängenausbreitung über die Halbleiterscheibe hinweg an, und zwar bei der recht uneinheitlichen Versetzung, die zur Anwendung kommt. (Die gestrichelten Linien zeigen Proben an, welche mit einer anderen Sb-Ventileinstellung gezüchtet wurden.) Diese Daten zeigen eine Emission von etwa 1100 nm bis zu mindestens 1550 nm.
  • Obwohl bei den relativen Veränderungen der unterschiedlichen Zusammensetzungen zu beobachten ist, dass sie auf die Emissionswellenlänge eine reproduzierbare Wirkung ausüben, wird die Zusammensetzung der Schichten dieser Ausführungsform derzeit nur implizit durch den Wachstumsvorgang definiert. Sekundäre Ionenmasse-Spektroskopie (SIMS)-Messungen einer Probe derselben, bei 1,3 μm emittierenden Ausführungsform werden in 4 gezeigt. Derzeit gibt es keinen Kalibierstandard, um die aktuellen Ionendaten in Schichtzusammensetzungen umzuwandeln. Durch Multiplizieren der Kurven und Hinzurechnen der Gruppe-III-Daten kann nach der Absonderung ein In-Gehalt von etwa 0,1 geschätzt werden. Erhebliche Mengen von Sb sowie P sind in der zentralen GaPrAssSb1-r-s-Schicht vorhanden.
  • Eine Verallgemeinerung aus diesen Versuchen und Berechnungen liefert die folgenden bevorzugten Zusammensetzungsbereiche der Schichtelemente. Bei der A-Schicht liegt x zwischen 0,05 und 0,7, y zwischen 0 und 0,35, z zwischen 0,45 und 1, und 1-y-z zwischen 0 und 0,25. Bei der B-Schicht liegt q zwischen 0 und 0,25 und 1-r-s zwischen 0,25 und 1. Unter Anwendung theoretischer Berechnungen werden Zusammensetzungsbereiche gewählt. Die Eingabedaten umfassen veröffentlichte Daten für Bandabstände und die Bandversetzung. Die Belastung wird ebenfalls berücksichtigt. Berechnungen für verschiedene Zusammensetzungen und Dicken sind obenstehend beschrieben. Die Zusammensetzungen werden mit einer maximalen Druckbelastung von etwa 4% berechnet, um das Wachstum dünner Schichten für deren versuchsweise Erzielung praktisch zu machen. Die Dicken werden dahingehend gewählt, dass das Material pseudomorph ist, egal welcher Belastung es unterliegt. Außerdem werden die Einschätzungen der SIMS-Daten verwendet. Die Daten für die Berechnungen und die Berechnungen selbst sind weithin bekannt.
  • Elektrisch gepumpte, flankenemittierende Diodenproben wurden ebenfalls gezüchtet. Eine schematische Struktur eines solchen Bauelements 500 wird in 5 gezeigt. Wie in 1A gibt es einen unteren Kontakt 105, ein Substrat 110, einen aktiven Bereich und einen oberen Kontakt 195. Der obere p-Kontakt 195 ist ein Metallstreifenkontakt mit einer Breite von etwa 80 μm. Der untere Teil 120 umfasst eine Kontaktschicht 520 und eine abgestufte Anzeige (GRIN)-Schicht 525. Der obere Abschnitt 140 umfasst GRIN 535, die Kontaktschicht 540 und die Abdeckschicht 545. Wie vorzugsweise bezugnehmend auf 1A angemerkt, ist der untere Abschnitt des Bauelements 500 n-dotiert und der obere Abschnitt p-dotiert. Bei diesem Beispiel ist das Substrat 110 n-GaAs. Die Kontaktschichten 520 und 540 sind ungefähr 1600 nm dick und umfassen vorzugsweise n-Al0.65Ga0.35As bzw. p-Al0.65Ga0.35As, obwohl andere Prozentanteile der Zusammensetzung ebenso geeignet sind. Die Abdeckschicht 545 ist p-dotiert und wird abgelagert, um zu verhindern, dass die Grundstruktur, die üblicherweise Al enthält, großflächig Luft ausgesetzt wird. Die Abdeckschicht 545 ist ungefähr 200 nm dick und besteht vorzugsweise aus GaAs. Die GRIN-Schichten 525, 535 sind ungefähr 1500 nm dick und umfassen undotiertes AlxGa1-xAs, wobei x vorzugsweise von 0,65 an den Schnittstellen mit den Kontaktschichten 520, 540 bis zu 0,25 an den Schnittstellen mit dem aktiven Bereich 530 reicht. Die GRIN- Schichten 525, 535 sind auch als leitende Schichten bekannt, da sie für eine optische Beschränkung des im aktiven Bereich erzeugten Lichts sorgen. Sie sind überlicherweise undotiert.
  • Der aktive Bereich 530 umfasst eine dreilagige InGaAs/GaPAsSb/InGaAs-Struktur 531, 532, 533 mit den GaAs-Pufferschichten 538, 539. Wie die GRIN-Schichten ist der aktive Bereich normalerweise undotiert. Der aktive Bereich 530 umfasst drei Schichten, von denen jede eine Nenndicke von 3 nm aufweist. Die GaAs-Pufferschichten 538, 539 sind ungefähr 40 nm dick. Die GRIN-Schichten 525, 535 die die Kontaktschichten 520, 540 ermöglichen, dass durch den aktiven Bereich Strom fließt. Die Hohlraumlänge beträgt beim Bauelement 500 ungefähr 750 μm.
  • 6 zeigt optische Raumtemperatur-Spektren eines elektrisch gepumpten Bauelements, das in einem Stromdichtenbereich von etwa 175 A/cm2 bis etwa 700 A/cm2 funktioniert, was Einspritzströmen von 100 mA bis 400 mA entspricht. Die Impulsdauer beträgt 10 μs, und der Arbeitszyklus ist 10%. Bei einem maximalen Einspritzstrom von 400 mA wird bei diesem Bauelement eine starke PL bei 1,3 μm erzielt, so wie in Spur 610 gezeigt. Bei diesem Breitflächen-Bauelement verschieben sich die optischen Raumtemperatur-Spektren bei Abnahme des Einspritzstroms auf 200 mA (350 A/cm2) und 100 mA (175 A/cm2) hin zu längeren Wellenlängen (ungefähr 1325 nm und 1350 nm), so wie durch die Spuren 620 bzw. 630 gezeigt. Die kürzere Wellenlänge bei höheren Vormagnetisierungsströmen wird hauptsächlich der Bandfüllung geringerer Energiezustände zugeschrieben, welche sich aus Schwankungen der Dicke und Zusammensetzung innerhalb der InGaAs-Schichten 531, 533 und der GaPAsSb-Schicht 532 ergeben. Eine Verstärkungssättigung des aktiven Bereichs mit geringem Volumen kann ebenfalls auftreten.
  • An Proben wurden Raumtemperatur-PL-Messungen durchgeführt, wobei für die optische Anregung die 514 nm-Linie eines Argon-Ionenlasers verwendet wurde. Dieses auf der epitaktisch gewachsenen Oberfläche der Proben einfallende Licht wird vom Halbleitermaterial absorbiert, und danach tritt eine Emission auf, wobei die optisch angeregten Elektronen auf das Valenzband zurückfallen und sich mit Löchern rekombinieren, um die Emission von Licht mit einer charakteristischen Wellenlänge, die durch die Bandabstandseigenschaften des aktiven Material bestimmt wurde, zu bewirken. 7A zeigt eine PL-Messung für eine Probe, welche eine starke Emission in der Nähe von 1,3 μm aufweist, wobei an jeder Halbleiterscheibe im Zentrum (untere Spur), auf halbem Wege zur Kante (mittlere Spur) und an der Kante (obere Spur) Messungen durchgeführt werden. Durch Veränderung der Zusammensetzung der GaPAsSb-Schicht gemäß Tabelle 2 wurden Emissionen bei Wellenlängen von bis zu 1,5 μm nachgewiesen. Dies ist in 7B ersichtlich und wurde durch Steigerung des Flusses der Sb-Zelle im Verhältnis zu jenem der P-Zelle erzielt. Die Abwandlung der Spitzen-Wellenlänge auf der gesamten Halbleiterscheibe liegt an einer ungleichmäßigen Strömungsverteilung aus den Zellen.
  • Reflection High Energie Electron Diffraction (RHEED)-Messungen während des Wachstums der Strukturen weisen auf eine andere Oberflächenanordnung während des Wachstums der mittleren (In)GaPAsSb („B")-Schicht hin. Dies ist in 8 an zwei Beispielen – B126 in den Kästen f & g und B124 im Kasten f – zu sehen. Ganz im Gegensatz zu den vorhergehenden und nachfolgenden Schichten ist der Brechungspunkt im Brechungsmuster eher parallel zur Probenoberfläche als lotrecht zu dieser verlängert. Dies kann auf eine geordnete Oberflächenstruktur hindeuten, wobei entweder das Untergitter der Gruppe III oder das Untergitter der Gruppe V oder beide Bereiche einer spontanen Anordnung zeigt bzw. zeigen. Dies bedeutet, dass entweder In und Ga oder die Gruppe-V-Elemente entlang des Kristallgitters eine sich wiederholt abwechselnde Anordnung aufweisen. Eine derartige Anordnung wurde zuvor bei zahlreichen Systemen mit ähnlichen Materialien wie GaInAs, GaAsSb, GaAsSb und InAsSb in MBE beobachtet und führt üblicherweise zu einer Abnahme der Bandabstandsenergie im Vergleich zum ungeordneten Material. Dieser zusätzliche Parameter kann zur Beeinflussung und Abstimmung der Emissionswellenlänge von optoelektronischen Bauelementen, die mit dieser Bauelementstruktur ausgeführt sind, verwendet werden.
  • Transmissions-Elektronenmikroskopie-Beobachtungen von Querschnittsproben wurden durchgeführt, um die Schichtstruktur von Proben zu kennzeichnen. 9 zeigt ein Dunkelfeld-Transmissions-Elektronenmikroskopbild, das für eine Probe erhalten wurde. Dieses Bild zeigt klar zwei gut definierte Schnittflächen mit einer Trennung von ungefähr 9,0 nm, was mit der Gesamtdicke, die für die Wachstumsrate bei der InGaAs/GaPAsSb QW-Struktur bestimmt wurde, ausgezeichnet übereinstimmt. Diese Entdeckung zeigt, dass die gezüchtete Probe tatsächlich eine QW-Struktur aufweist. Die obere InGaAs/GaAs-Schnittfläche zeigt einen gewissen Grad an Rauheit, welcher mit der RHEED-Beobachtung übereinstimmt. Diese Rauheit sorgt jedoch für keine erhebliche zusätzliche seitliche Quantenbeschränkung, wie es bei herkömmlichen Quantenpunkten der Fall ist, bei denen die Elektronen auf einen dreidimensionalen Punkt beschränkt sind. Die Grenzflächen zwischen den InGaAs-Schichten und der GaPAsSb-Schicht sind in den Elektronenmikroskopbildern nicht sehr gur definiert. Dies liegt zumindest teilweise an dem Kontrastmangel zwischen den verschiedenen Atomen des Gruppe-V-Elements. Ein ungleichförmiger Belastungskontrast ist ebenfalls sichtbar, der sich in die GaAs-Mantelschichten auf beiden Seiten der QW erstreckt. Es wird angenommen, dass sich die Abwandlungen des Belastungsfelds aus Variationen der Dicke und der Zusammensetzung innerhalb der QW selbst ergeben. Elektronenmikroskopbilder einer zweiten Probe zeigten einen wellenförmigen Kontrast innerhalb der QW-Struktur, wodurch diese Abwandlungen bestätigt wurden. Eine hochauflösende Gitterabbildung zeigte kein sichtbares Anzeichen von Strukturfehlern.
  • Die vorliegende Erfindung kann in einer Reihe von verschiedenen optoelektronischen Bauelementen eingebaut werden. Mehrere Variationen des flankenemittierenden Bauelements 500 können die vorliegende Erfindung verkörpern, einschließlich verteilter Feedback (DFB)-Laser und verteilter Bragg-Reflektor (DBR)-Laser. Die 10A und 10B stellen den DFB-Laser 1020 bzw. den DBR-Laser 1060 dar, von denen jeder im oberen Bereich des Bauelements ein periodisches Gitter aufweist. Die Gitterschicht haben Linien, die sich zumindest über einen Teil des aktiven Bereichs erstrecken. Beide Bauelemente umfassen das Substrat 110, die n-Kontaktschicht 520, die leitende Schicht 1025 und die p-Kontaktschicht 540. DFB 1020 umfasst die leitende Schicht 1035, welche ein periodisches Gitter umfasst. DBR 1060 umfasst die leitende Schicht 1085, welche ein anderes periodisches Gitter umfasst. Ebenfalls gezeigt wird der Pumpbereich 1090 in DBR 1060, in dem das Laserpumpen erfolgt. Die Periode der Gitter definiert eine Hohlraumresonanz bei einer Wellenlänge von λ (in μm), welche als 1,24, geteilt durch die Resonanzenergie (in eV), definiert ist. Die Resonanzenergie sollte in das Verstärkungsspektrum des Material des aktiven Bereichs fallen und so gewählt sein, um nahe bei der Übergangsenergie des aktiven Bereichs zu liegen.
  • Die Bauelemente 1020 und 1060 sind mit rechteckigen Gittern dargestellt, welche in den 11A und 11B weiter beschrieben sind. Diese Gitterform wird nur als Beispiel gezeigt, und andere Gitterformen sind ebenso möglich. Wie in 11A gezeigt, weist das rechteckige Gitter die Periode A auf, und die einzelnen Schnittflächenreflektionen 1, 2, 3 sind dargestellt. Die physische Länge einer Schicht beträgt λ/4n, wobei n die Brechzahl der Schicht ist. Die optische Pfadlänge einer Schicht beträgt λ/4 (Λ/2). Die einmal eine Schicht durchlaufende Phasenveränderung ist durch π/2 angegeben, und die Rundfahrtphase für eine einzelne Schicht ist π. Die Zeichen der Schnittflächenreflektionen alternieren aufgrund der Brechzahlveränderung, die von einer Schicht zur nächsten weiterwandert. Alle reflektierten Wellen summieren sich in der Phase, die Rundfahrtphase ist für jede Welle (2m+1) π, wobei m eine ganze Zahl ist. In 11B wird ein phasenverschiebendes Element hinzugefügt, wobei die optische Pfadlänge λ/4 beträgt. Dies bringt in jede Rundfahrt eine zusätzliche Phasenverschiebung von π ein, was eine gesamte Rundfahrtphase ergibt, die ein ganzzahliges Vielfaches von 2π ist.
  • Die vorliegende Erfindung kann in Resonanzhohlraumstrukturen, wie z.B. Resonanzhohlraum-Photodioden (RCPD), Resonanzhohlraum-LEDs (RCLED) oder VCSELs eingebaut werden. Ein Schema einer generischen Resonanzhohlraumstruktur wird in 12 gezeigt. Sie umfasst das Substrat 110, den unteren Spiegel 1220, den oberen Spiegel 1240 und den Bereich 1230, welcher den (von gestrichelten Linien eingefassten) aktiven Bereich und die GRIN-Schichten umfasst. Die Spiegel 1220, 1240 bestehen aus Spiegelpaaren aus einem Material mit abwechselnd hoher und niedriger Brechzahl. Die Zahl der Spiegelpaare variiert bei verschiedenen Arten von Bauelementen, schematisch ist die Schichtstruktur jedoch dieselbe. Beim oberen Spiegel 1240 liegt das Material 1242 mit niedriger Brechzahl am Bereich 1230 an, und das Material 1244 mit hoher Brechzahl ist auf der Schicht 1242 angeordnet. Gleichermaßen liegt das Material 1222 mit niedriger Brechzahl beim unteren Spiegel 1220 am Bereich 1230 an, und die Schicht 1222 ist auf dem Material 1224 mit hoher Brechzahl angeordnet.
  • Haben sie sich auf GaAs-Strukturen entwickelt, so können die Spiegel aus dielektrischem Material mit hoher und niedriger Brechzahl, wie z.B. TiO2 bzw. SiO2, gebildet sein, die nur für das Beispiel verwendet werden. Es existieren auch noch andere gut bekannte dielektrische Materialien. Das Material mit hoher und niedriger Brechzahl kann der pseudomorphe Halbleiter AlxGa1-xAs bzw. AlyGa1-yAs sein, wobei y > x. Bei Halbleitern kann das Material mit niedrigerer Brechzahl auch oxidiertes AlyGa1-yAs sein, wobei y üblicherweise größer als 0,9 ist und x so gewählt ist, dass das Material nicht oxidiert. Ein Polymermaterial mit hoher und niedriger Brechzahl kann ebenfalls verwendet werden. Kombinationen aus jeglichen der obenstehenden Materialien mit niedriger und hoher Brechzahl können ebenso verwendet werden.
  • Die Dicke der Spiegelschichten wird üblicherweise so gewählt, um λ/4 zu betragen. Dies definiert eine Hohlraumresonanz bei einer Wellenlänge von λ (in μm), welche als 1,24, geteilt durch die Resonanzenergie (in eV), definiert ist. Die Resonanzenergie sollte in das Verstärkungsspektrum des Materials des aktiven Bereichs fallen. Sie sollte so gewählt sein, um in der Nähe der Übergangsenergie des aktiven Bereichs zu liegen.
  • Bei diesen Resonanzhohlraumstrukturen können über dem aktiven Bereich angeordnete Öffnungen verwendet werden, um den optischen Modus zu leiten. Die Öffnungen haben vorzugsweise zwei Bereiche. 13A ist ein Schema eines verstärkungsgeleiteten VCSEL, welcher eine verstärkungsgeleitete Öffnung umfasst. Dieser VCSEL umfasst das Substrat 110, den unteren Spiegel 1320, den oberen Spiegel 1340 und den Bereich 1330, welcher den aktiven Bereich und die GRIN-Schichten umfasst. Die Öffnung hat zwei Bereiche, den Bereich 1350 mit hohem elektrischem Widerstand und den Bereich 1355 mit niedrigem elektrischem Widerstand. Strom fließt durch den Bereich 1355 mit niedrigem elektrischem Widerstand in den aktiven Bereich. Der Bereich 1350 mit hohem elektrischem Widerstand wird durch Protonen- oder Ionenimplantation gebildet, allerdings kann durch diesen Bereich kein Strom fließen. Dieses Bauelement sorgt für eine seitliche Eingrenzung des Verstärkungsbereichs, worin sich dann der optische Modus bilden wird.
  • Eine zweite Art eines Bauelements mit Öffnung, eine brechzahlgeleitete Öffnung, wird in 13B gezeigt. Wie beim Bauelement der 13A umfasst dieses Bauelement das Substrat 110, den unteren Spiegel 1320, den oberen Spiegel 1340 und den Bereich 1330, welcher den aktiven Bereich und die GRIN-Schichten umfasst. Die Öffnung in diesem Bauelement hat zwei Bereiche, den Bereich 1360 mit niedriger Brechzahl und den Bereich 1365 mit hoher Brechzahl. Der Bereich 1360 mit niedriger Brechzahl kann durch das Fortätzen von Material zwecks Bildung einer Säulenstruktur gebildet werden. Der Bereich 1360 mit niedriger Brechzahl kann Luft sein, so wie in 13B gezeigt, wobei er eine niedrigere Brechzahl als die Säule aufweist, könnte jedoch beispielsweise auch so etwas wie ein Polymer sein, oder ein anderes Material mit einer Brechzahl, die niedriger als jene der Säule ist. Die Bereiche 1360 mit niedriger Brechzahl, die an den der Säule gegenüberliegenden Seiten anliegen, bestehen aus unbearbeitetem Material 1368, das nicht als Teil des Bauelements betrachtet wird. Licht beschränkt sich auf den Bereich mit hoher Brechzahl, und Strom beschränkt sich auf die Säule.
  • Eine dritte Art eines Bauelements mit Öffnung, eine auf Oxid basierende oder auf Oxid beschränkte Öffnung, wird in 13C gezeigt. Wie bei den Bauelementen der 13A und 13B umfasst dieses Bauelement das Substrat 110, den unteren Spiegel 1320, den oberen Spiegel 1340 und den Bereich 1330, welcher den aktiven Bereich und die GRIN-Schichten umfasst. Die Öffnung in diesem Bauelement hat zwei Bereiche, den oxidierten Bereich 1370 und den weniger oxidierten Bereich 1375. Der oxidierte Bereich 1370 ist hoch oxidiert und kann AlyGa1-yAs umfassen, wobei y größer als 0,9 ist. Der weniger oxidierte Bereich 1375 ist ein Halbleitermaterial, wie z.B. AlxGa1-xAs, wobei x weniger als 0,8 ist, welches nicht oxidiert ist oder in einem gerineren Ausmaß als der oxidierte Bereich 1370 oxidiert ist. Der oxidierte Bereich 1370 weist eine (a) niedrige Brechzahl und einen (b) hohen elektrischen Widerstand auf und sorgt daher sowohl für eine optische als auch für eine elektrische Beschränkung.
  • Die hier beschriebene Erfindung umfasst einen über einem Halbleitersubstrat angeordneten aktiven Bereich. Der aktive Bereich umfasst umfasst zumindest zwei pseudomorphe Schichten, welche die Form InxGa1-xPyAszSb1-y-z/InqGa1-qPrAssSb1-r-s aufweisen. Es zeigte sich, dass Strukturen, die diesen aktiven Bereich eingebaut haben, bei Wellenlängen von 1,1 μm bis mehr als 1,5 μm emittieren, welche für zahlreiche Anwendungen in der Telekommunikation geeignet sind. Das Züchten von InxGa1-xPyAszSb1-y-z/InqGa1-qPrAssSb1-r-s-Potentialtöpfen (QWs), wobei die Stöchiometrie der Schichten verschieden ist, auf GaAs- oder AlGaAs-Substraten verhindert die Einschränkung, dass die Laserwellenlänge durch den Bandabstand eines einzigen Materials bestimmt wird. Die Erfindung verschiebt die Spitze des Photolumineszenz (PL)-Emissionsspektrums von 1,1 μm auf 1,5 μm, abhängig von den Zusammensetzungen der InxGa1-xPyAszSb1-y-z und InqGa1-qPrAssSb1-r-s-Schichten. Ein theoretisches Formen zeigt, dass die vorgeschlagene QW- Struktur eine Bandkantenausrichtung des Typs II aufweist, wobei die Elektronen- und Lochwellenfunktionen eine große räumliche Überlappung aufweisen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben wurde, sollte verstanden werden, dass verschiedene Veränderungen, Austauschvorgänge und Abänderungen an ihr durchgeführt werden können, ohne vom durch die angeschlossenen Ansprüche definierten Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (42)

  1. Verbindungshalbleiterbauelement, das bei einer Betriebswellenlänge funktioniert, umfassend: ein Substrat; und einen über dem Substrat angeordneten aktiven Bereich, wobei der aktive Bereich zumindest eine erste und eine zweite nebeneinanderliegende pseudomorphe Schicht umfasst, wobei: die erste pseudomorphe Schicht die Form InxGa1-xPyAszSb1-y-z aufweist und zumindest In, Ga und As umfasst; die zweite pseudomorphe Schicht die Form InqGa1-qPrAssSb1-r-s aufweist und zumindest Ga, As und Sb umfasst; 0,05 ≤ x ≤ 0,7; 0 ≤ y ≤ 0,35; 0,45 ≤ z ≤ 1; 0 ≤ 1-y-z ≤ 0,25; 0 ≤ q ≤ 0,25; 0 ≤ r < 1; 0 < s < 1; 0,25 ≤ 1-r-s < 1; und die Zusammensetzungen der ersten und der zweiten pseudomorphen Schicht unterschiedlich sind, so dass die Betriebswellenlänge durch die Zusammensetzungen der ersten und der zweiten pseudomorphen Schicht bestimmt ist.
  2. Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat GaAs oder AlpGa1-pAs umfasst, wobei 0 < p < 1.
  3. Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei das Substrat eine Gitterkonstante aufweist, die der Gitterkonstante von GaAs nahekommt oder gleich wie diese ist.
  4. Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei 0 < y ≤ 0,35; 0,45 ≤ z < 1; 0 < 1-y-z ≤ 0,25; 0 < q ≤ 0,25; und 0 < r < 1
  5. Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei zwischen der ersten und der zweiten pseudomorphen Schicht eine Bandstruktur gebildet ist und die Bandstruktur eine Bandkantenausrichtung des Typs II aufweist.
  6. Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei die Spitzen-Übergangswellenlänge größer als 1100 nm ist.
  7. Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei die erste pseudomorphe Schicht ein Senkenbereich für Elektronen und die zweite pseudomorphe Schicht ein Sperrbereich für Elektronen ist.
  8. Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei die erste und die zweite pseudomorphe Schicht Potentialtöpfe bilden.
  9. Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei die erste und die zweite pseudomorphe Schicht ein Supragitter bilden.
  10. Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei der aktive Bereich weiters eine über der zweiten pseudomorphen Schicht angeordnete, dritte pseudomorphe Schicht umfasst, wobei die Zusammensetzung der dritten pseudomorphen Schicht dieselbe ist wie die Zusammensetzung der ersten pseudomorphen Schicht.
  11. Bauelement gemäß Anspruch 10, weiters umfassend eine über der dritten pseudomorphen Schicht angeordnete, vierte pseudomorphe Schicht, wobei die Zusammensetzung der vierten pseudomorphen Schicht dieselbe ist wie die Zusammensetzung der zweiten pseudomorphen Schicht.
  12. Bauelement gemäß Anspruch 11, weiters umfassend zumindest ein zwischen der zweiten und der dritten pseudomorphen Schicht angeordnetes Schichtenpaar, wobei jedes Schichtenpaar eine erste zusätzliche pseudomorphe Schicht mit derselben Zusammensetzung wie die erste pseudomorphe Schicht und eine zweite zusätzliche pseudomorphe Schicht mit derselben Zusammensetzung wie die zweite pseudomorphe Schicht umfasst.
  13. Bauelement gemäß Anspruch 10, weiters umfassend zumindest ein zwischen der zweiten und der dritten pseudomorphen Schicht angeordnetes Schichtenpaar, wobei jedes Schichtenpaar eine erste zusätzliche pseudomorphe Schicht mit derselben Zusammensetzung wie die erste pseudomorphe Schicht und eine zweite zusätzliche pseudomorphe Schicht mit derselben Zusammensetzung wie die zweite pseudomorphe Schicht umfasst.
  14. Bauelement gemäß Anspruch 1, wobei der aktive Bereich weiters Folgendes umfasst: eine auf der zweiten pseudomorphen Schicht angeordnete, dritte pseudomorphe Schicht, wobei sich die Zusammensetzung der dritten pseudomorphen Schicht von den Zusammensetzungen der ersten und der zweiten pseudomorphen Schicht unterscheidet; eine auf der dritten pseudomorphen Schicht angeordnete, vierte pseudomorphe Schicht, wobei die Zusammensetzung der vierten pseudomorphen Schicht dieselbe ist wie die Zusammensetzung der zweiten pseudomorphen Schicht; und eine auf der vierten pseudomorphen Schicht angeordnete, fünfte pseudomorphe Schicht, wobei die Zusammensetzung der fünften pseudomorphen Schicht dieselbe ist wie die Zusammensetzung der ersten pseudomorphen Schicht.
  15. Bauelement gemäß Anspruch 1, weiters umfassend eine erste und eine zweite Mantelschicht, welche den aktiven Bereich umgeben.
  16. Bauelement gemäß Anspruch 15, wobei die Mantelschichten GaAs, AltGa1-tAs oder GaAsuP1-u umfassen und wobei 0 < t < 1 und 0 < u < 1.
  17. Bauelement gemäß Anspruch 15, wobei die erste pseudomorphe Schicht über der ersten Mantelschicht angeordnet ist und die zweite pseudomorphe Schicht auf der ersten pseudomorphen Schicht angeordnet ist.
  18. Bauelement gemäß Anspruch 17, wobei der aktive Bereich weiters eine auf der zweiten pseudomorphen Schicht angeordnete, dritte pseudomorphe Schicht umfasst, wobei die Zusammensetzung der dritten pseudomorphen Schicht dieselbe ist wie die Zusammensetzung der ersten pseudomorphen Schicht.
  19. Bauelement gemäß Anspruch 18, weiters umfassend eine über der dritten pseudomorphen Schicht angeordnete, vierte pseudomorphe Schicht, wobei die Zusammensetzung der vierten pseudomorphen Schicht dieselbe ist wie die Zusammensetzung der zweiten pseudomorphen Schicht.
  20. Bauelement gemäß Anspruch 19, weiters umfassend zumindest ein zwischen der zweiten und der dritten pseudomorphen Schicht angeordnetes Schichtenpaar, wobei jedes Schichtenpaar eine erste zusätzliche pseudomorphe Schicht mit derselben Zusammensetzung wie die erste pseudomorphe Schicht und eine zweite zusätzliche pseudomorphe Schicht mit derselben Zusammensetzung wie die zweite pseudomorphe Schicht umfasst.
  21. Bauelement gemäß Anspruch 18, weiters umfassend zumindest ein zwischen der zweiten und der dritten pseudomorphen Schicht angeordnetes Schichtenpaar, wobei jedes Schichtenpaar eine erste zusätzliche pseudomorphe Schicht mit derselben Zusammensetzung wie die erste pseudomorphe Schicht und eine zweite zusätzliche pseudomorphe Schicht mit derselben Zusammensetzung wie die zweite pseudomorphe Schicht umfasst.
  22. Bauelement gemäß Anspruch 1, weiters umfassend: eine zwischen dem Substrat und dem aktiven Bereich angeordnete, erste Mantelschicht; und eine über der zweiten pseudomorphen Schicht angeordnete, zweite Mantelschicht.
  23. Bauelement gemäß Anspruch 22, wobei die zweite Mantelschicht und die zwischen der ersten und der zweiten Mantelschicht angeordneten Schichten eine erste mehrlagige Struktur umfassen und wobei zumindest eine mit der ersten mehrlagigen Struktur identische, zusätzliche mehrlagige Struktur über der ersten mehrlagigen Struktur angeordet ist.
  24. Bauelement gemäß Anspruch 1, weiters umfassend: eine leitfähige Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, die elektrisch mit dem aktiven Bereich gekoppelt ist; eine zweite leitfähige Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die elektrisch mit dem aktiven Bereich gekoppelt ist; und Mittel zum Liefern oder Abziehen von elektrischem Strom an den bzw. aus dem aktiven Bereich.
  25. Bauelement gemäß Anspruch 24, wobei der Bandabstand der leitfähigen Schichten größer ist als jener der Schichten im aktiven Bereich.
  26. Bauelement gemäß Anspruch 24, wobei zwecks Bildung einer Halbleiter-Luft-Schnittstelle in der Fläche der leitfähigen Schichten durch Ätzen oder Spalten eine Vertiefung gebildet wird und über die Halbleiter-Luft-Schnittstelle eine optische Emission oder Absorption erzielt wird.
  27. Bauelement gemäß Anspruch 24, weiters umfassend eine über der zweiten leitfähigen Schicht angeordnete Gitterschicht, wobei die Gitterschicht Linien aufweist, die sich zumindest über einen Teil des aktiven Bereichs erstrecken, und die Gitterschicht einen optischen Resonanzhohlraum definiert, welcher eine einer Resonanzenergie entsprechende Resonanzwellenlänge aufweist, wobei die in einem Vakuum gemessene Resonanzwellenlänge (in Mikrometern) 1,24 entspricht, geteilt durch die Resonanzenergie (in Elektronenvolt).
  28. Bauelement gemäß Anspruch 27, wobei die Linien der Gitterschicht um zumindest eine viertel Wellenlänge oder um das Vielfache einer viertel Wellenlänge verschoben sind, um eine phasenverschobene Gitterschicht zu bilden.
  29. Bauelement gemäß Anspruch 24, weiters umfassend einen unter dem aktiven Bereich angeordneten, unteren Spiegel und einen über dem aktiven Bereich angeordneten, oberen Spiegel, wobei der obere und der untere Spiegel einen optischen Resonanzhohlraum definieren, welcher eine einer Resonanzenergie entsprechende Resonanzwellenlänge aufweist, wobei die in einem Vakuum gemessene Resonanzwellenlänge (in Mikrometern) 1,24 entspricht, geteilt durch die Resonanzenergie (in Elektronenvolt).
  30. Bauelement gemäß Anspruch 29, wobei der untere Spiegel abwechselnd Schichten mit hoher Brechzahl und Schichten mit niedriger Brechzahl umfasst.
  31. Bauelement gemäß Anspruch 30, wobei die Schichten mit niedriger Brechzahl ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus oxidiertem Material, dielektrischem Material mit niedriger Brechzahl, Polymermaterial mit niedriger Brechzahl und Halbleitermaterial mit relativ niedriger Brechzahl.
  32. Bauelement gemäß Anspruch 30, wobei die Schichten mit hoher Brechzahl ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus oxidiertem Material, dielektrischem Material mit hoher Brechzahl, Polymermaterial mit hoher Brechzahl und Halbleitermaterial mit hoher Brechzahl.
  33. Bauelement gemäß Anspruch 29, wobei der obere Spiegel abwechselnd Schichten mit hoher Brechzahl und Schichten mit niedriger Brechzahl umfasst.
  34. Bauelement gemäß Anspruch 33, wobei die Schichten mit niedriger Brechzahl ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus oxidiertem Material, dielektrischem Material mit niedriger Brechzahl, Polymermaterial mit niedriger Brechzahl und Halbleitermaterial mit relativ niedriger Brechzahl.
  35. Bauelement gemäß Anspruch 33, wobei die Schichten mit hoher Brechzahl ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus oxidiertem Material, dielektrischem Material mit hoher Brechzahl, Polymermaterial mit hoher Brechzahl und Halbleitermaterial mit hoher Brechzahl.
  36. Bauelement gemäß Anspruch 29, weiters umfassend eine über dem aktiven Bereich angeordnete Öffnung, wobei die Öffnung einen ersten und einen zweiten Bereich aufweist.
  37. Bauelement gemäß Anspruch 36, wobei der erste Öffnungsbereich einen hohen elektrischen Widerstand und der zweite Öffnungsbereich einen viel niedrigeren elektrischen Widerstand aufweist.
  38. Bauelement gemäß Anspruch 36, wobei der erste Öffnungsbereich eine niedrigere Brechzahl als der zweite Öffnungsbereich aufweist.
  39. Verwendung des Bauelements gemäß Anspruch 1 als flankenemittierendes Bauelement.
  40. Verwendung des Bauelements gemäß Anspruch 1 als Resonanzhohlraum-Photodetektor.
  41. Verwendung des Bauelements gemäß Anspruch 1 als Resonanzhohlraum-Leuchtdiode.
  42. Verwendung des Bauelements gemäß Anspruch 1 als oberflächenemittierender Vertikalhohlraum-Laser.
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