JPH0758807B2 - 半導体デバイス - Google Patents
半導体デバイスInfo
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- G—PHYSICS
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
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-
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- G02F2203/00—Function characteristic
- G02F2203/06—Polarisation independent
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスに関
し、詳しくは、モジュレーションドーピングしたヘテロ
構造（以下、ＭＯＤドーピングヘテロ構造という）を有
する半導体デバイスに関する。
し、詳しくは、モジュレーションドーピングしたヘテロ
構造（以下、ＭＯＤドーピングヘテロ構造という）を有
する半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信、光学的演算、及び光電子スイッ
チング等の用途に光情報処理が行われるようになるにつ
れて、変調器のような高速、高性能の光学的デバイス及
び光電子デバイスの需要が創造されつつある。これらの
用途に対しては、モジュレーションドーピングした（Ｍ
ＯＤドーピング）量子井戸構造が開発されて来たが、こ
の構造は、電荷空乏化時間が比較的長いために、デバイ
スの基本的すなわち固有の作動時間が制限される。
チング等の用途に光情報処理が行われるようになるにつ
れて、変調器のような高速、高性能の光学的デバイス及
び光電子デバイスの需要が創造されつつある。これらの
用途に対しては、モジュレーションドーピングした（Ｍ
ＯＤドーピング）量子井戸構造が開発されて来たが、こ
の構造は、電荷空乏化時間が比較的長いために、デバイ
スの基本的すなわち固有の作動時間が制限される。
【０００３】量子井戸とは、実用上は、狭幅のエネルギ
ーバンドギャップを有する材料層をより広幅のエネルギ
ーバンドギャップを有する材料層同士の間に挟み、この
狭幅のエネルギーバンドギャップを有する材料層の厚さ
寸法を、この狭幅のエネルギーバンドギャップを有する
材料の励起子ボーア半径の２倍よりはるかに小さくした
ものである（励起子ボーア半径をａ0とすると、＜＜２
ａ0と表現できる）。
ーバンドギャップを有する材料層をより広幅のエネルギ
ーバンドギャップを有する材料層同士の間に挟み、この
狭幅のエネルギーバンドギャップを有する材料層の厚さ
寸法を、この狭幅のエネルギーバンドギャップを有する
材料の励起子ボーア半径の２倍よりはるかに小さくした
ものである（励起子ボーア半径をａ0とすると、＜＜２
ａ0と表現できる）。
【０００４】例えば、ＧａＡｓでは、狭幅のエネルギー
バンドギャップを有する材料層を、より広幅のエネルギ
ーバンドギャップを有する材料層同士の間に挟んだ構成
において、この狭幅のエネルギーバンドギャップを有す
る材料層の厚さ寸法が３００オングストローム（以下Ａ
で表す）より小さい場合に量子井戸と考える。
バンドギャップを有する材料層を、より広幅のエネルギ
ーバンドギャップを有する材料層同士の間に挟んだ構成
において、この狭幅のエネルギーバンドギャップを有す
る材料層の厚さ寸法が３００オングストローム（以下Ａ
で表す）より小さい場合に量子井戸と考える。
【０００５】従来の量子井戸構造の場合に比較して作動
電位を顕著に増大させることなく光信号を変調するた
め、屈折率又は吸収係数の変化のような大きな光効果を
得ながら高速作動を達成できるように、半導体デバイス
において縦続配置可能なヘテロ構造を有するＭＯＤドー
ピング量子井戸ヘテロ構造が提供されてきている。ＭＯ
Ｄドーピング量子井戸ヘテロ構造は各々、効率的に縦続
配置（積層）するために、バイアスのかかっていない状
態においてヘテロ構造の各端部における境界条件をほぼ
等しくしている。
電位を顕著に増大させることなく光信号を変調するた
め、屈折率又は吸収係数の変化のような大きな光効果を
得ながら高速作動を達成できるように、半導体デバイス
において縦続配置可能なヘテロ構造を有するＭＯＤドー
ピング量子井戸ヘテロ構造が提供されてきている。ＭＯ
Ｄドーピング量子井戸ヘテロ構造は各々、効率的に縦続
配置（積層）するために、バイアスのかかっていない状
態においてヘテロ構造の各端部における境界条件をほぼ
等しくしている。
【０００６】各量子井戸は、ヘテロ構造の活性領域にあ
り、漏洩電流を最小にするための分離障壁層と、伝達障
壁を介して隣接する別個の電位貯蔵部とを有する。後者
の部分は、縦続配置可能な量子井戸ヘテロ構造の速度に
寄与している。この量子井戸ヘテロ構造について述べた
文献としては、例えば、ウェゲナー他（Wegener et a
l.）による論文（物理論評ニュース（Phys. Rev. B.）
第４１巻、３０９７〜３１０４ページ、１９９０年掲
載）を参照されたい。
り、漏洩電流を最小にするための分離障壁層と、伝達障
壁を介して隣接する別個の電位貯蔵部とを有する。後者
の部分は、縦続配置可能な量子井戸ヘテロ構造の速度に
寄与している。この量子井戸ヘテロ構造について述べた
文献としては、例えば、ウェゲナー他（Wegener et a
l.）による論文（物理論評ニュース（Phys. Rev. B.）
第４１巻、３０９７〜３１０４ページ、１９９０年掲
載）を参照されたい。
【０００７】以前の量子井戸デバイスとは対照的に、縦
続配置されたＭＯＤドーピング量子井戸ヘテロ構造は、
全体のスイッチング電位を減少させやすいバイアス電位
の存在下において、同期的に又はほぼ同時に空乏化され
る。導波路構造に組み込まれた場合、縦続配置されたＭ
ＯＤドーピング量子井戸ヘテロ構造は、光源の直接変調
用の変調器のような導波路素子又は空洞内素子として用
いることができる。光特性を変化させたい場合、電気的
手段を用いると比較的大きい変化が得られるので、短い
導波路構造で、光特性に比較的大きな変化を生じさせる
ことが可能である。
続配置されたＭＯＤドーピング量子井戸ヘテロ構造は、
全体のスイッチング電位を減少させやすいバイアス電位
の存在下において、同期的に又はほぼ同時に空乏化され
る。導波路構造に組み込まれた場合、縦続配置されたＭ
ＯＤドーピング量子井戸ヘテロ構造は、光源の直接変調
用の変調器のような導波路素子又は空洞内素子として用
いることができる。光特性を変化させたい場合、電気的
手段を用いると比較的大きい変化が得られるので、短い
導波路構造で、光特性に比較的大きな変化を生じさせる
ことが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＭＯＤドーピング量子
井戸ヘテロ構造は多くの魅力的な特性を備えているが一
方、量子井戸を組み込んだデバイスはすべて、量子井戸
に付きものの価電子帯分割の結果として、偏波に敏感で
ある、いい換えれば、偏波に左右され、独立性がない、
ということに留意する必要がある。このことは、光通信
システムへの適用に際して問題を起こすことになる。量
子井戸の層厚が励起子ボーア半径の２倍よりも顕著に小
さいときに価電子帯分割が生じる、ということにも留意
の必要がある。
井戸ヘテロ構造は多くの魅力的な特性を備えているが一
方、量子井戸を組み込んだデバイスはすべて、量子井戸
に付きものの価電子帯分割の結果として、偏波に敏感で
ある、いい換えれば、偏波に左右され、独立性がない、
ということに留意する必要がある。このことは、光通信
システムへの適用に際して問題を起こすことになる。量
子井戸の層厚が励起子ボーア半径の２倍よりも顕著に小
さいときに価電子帯分割が生じる、ということにも留意
の必要がある。
【０００９】更に、量子井戸から電子を空乏化させるた
めには、デバイスの究極速度を制限する有限電位障壁
（伝達障壁）を電子に乗り越えさせることが必要であ
る。後者については、キャリヤを各量子井戸に供給する
ときよりも各量子井戸から空乏化するときに更に顕著で
ある。
めには、デバイスの究極速度を制限する有限電位障壁
（伝達障壁）を電子に乗り越えさせることが必要であ
る。後者については、キャリヤを各量子井戸に供給する
ときよりも各量子井戸から空乏化するときに更に顕著で
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】ＭＯＤドーピング量子井
戸半導体ヘテロ構造において、デバイスの静電容量（キ
ャパシタンス）を下げることからもたらされる、偏波に
左右されない独立性と、より高い固有速度とは、ＭＯＤ
ドーピング半導体ヘテロ構造において、傾斜バンドギャ
ップを有する半導体層を含む伝達障壁領域によって、ド
ーピングした電荷貯蔵領域から狭幅のバンドギャップを
有する活性領域へのキャリヤ（電子）の流れを容易にす
る一方、分離障壁領域を設けて、傾斜バンドギャップを
有するこの領域とこれに付随する活性領域との内部にキ
ャリヤの流れをほぼ閉じ込めて、漏洩電流を最小にする
ことによって得られる。
戸半導体ヘテロ構造において、デバイスの静電容量（キ
ャパシタンス）を下げることからもたらされる、偏波に
左右されない独立性と、より高い固有速度とは、ＭＯＤ
ドーピング半導体ヘテロ構造において、傾斜バンドギャ
ップを有する半導体層を含む伝達障壁領域によって、ド
ーピングした電荷貯蔵領域から狭幅のバンドギャップを
有する活性領域へのキャリヤ（電子）の流れを容易にす
る一方、分離障壁領域を設けて、傾斜バンドギャップを
有するこの領域とこれに付随する活性領域との内部にキ
ャリヤの流れをほぼ閉じ込めて、漏洩電流を最小にする
ことによって得られる。
【００１１】本発明によるＭＯＤドーピング量子井戸ヘ
テロ構造は、別のＭＯＤドーピング量子井戸ヘテロ構造
との間で効率的に縦続配置又は積層できるように、バイ
アスのかかっていない状態において、端部境界条件がほ
ぼ等しくなるように構成されている。
テロ構造は、別のＭＯＤドーピング量子井戸ヘテロ構造
との間で効率的に縦続配置又は積層できるように、バイ
アスのかかっていない状態において、端部境界条件がほ
ぼ等しくなるように構成されている。
【００１２】本発明のいくつかの実施例によれば、伝達
障壁領域のバンドギャップ傾斜には、ほぼ連続した組成
傾斜、段階的な組成傾斜、及び超格子の傾斜を含む。こ
れらの実施例において、活性領域の厚さは、得ようとす
る光効果の大きさに比例して決められる。
障壁領域のバンドギャップ傾斜には、ほぼ連続した組成
傾斜、段階的な組成傾斜、及び超格子の傾斜を含む。こ
れらの実施例において、活性領域の厚さは、得ようとす
る光効果の大きさに比例して決められる。
【００１３】別の実施例によれば、それぞれ励起子ボー
ア半径の２倍よりも大きい厚さ寸法を有する狭幅エネル
ギーバンドギャップ材からなる活性領域を設け、この活
性領域によって、活性層のエネルギーバンドギャップが
伝達障壁領域のエネルギーバンドギャップにマッチする
か否かに関係なく、偏波に左右されない作動が得られる
ようにしている。
ア半径の２倍よりも大きい厚さ寸法を有する狭幅エネル
ギーバンドギャップ材からなる活性領域を設け、この活
性領域によって、活性層のエネルギーバンドギャップが
伝達障壁領域のエネルギーバンドギャップにマッチする
か否かに関係なく、偏波に左右されない作動が得られる
ようにしている。
【００１４】ヘテロ構造を縦続配置できることによっ
て、作動電位を顕著に増大させることなく光信号を変調
するために、屈折率又は吸収係数を大きく変化させるこ
とが可能となる。導波路構造に組み込まれた場合、本実
施例の、縦続配置されたＭＯＤドーピングヘテロ構造
は、外部変調器として、空洞内波長同調素子として、又
は光ポンピングしたレーザとしてさえも用いることがで
きる。
て、作動電位を顕著に増大させることなく光信号を変調
するために、屈折率又は吸収係数を大きく変化させるこ
とが可能となる。導波路構造に組み込まれた場合、本実
施例の、縦続配置されたＭＯＤドーピングヘテロ構造
は、外部変調器として、空洞内波長同調素子として、又
は光ポンピングしたレーザとしてさえも用いることがで
きる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明をその実施例について添付図面
を参照して説明する。説明を分かりやすくするため、図
面の縮尺率を部分によって意図的に変えてある。半導体
層の具体的寸法例は、以下の文中に示す。
を参照して説明する。説明を分かりやすくするため、図
面の縮尺率を部分によって意図的に変えてある。半導体
層の具体的寸法例は、以下の文中に示す。
【００１６】基本的に、ＭＯＤドーピングヘテロ構造
（ｎ−ｉ−ｎ）を、同一縦続配置の中の他のヘテロ構造
と同期的に且つ同時に制御可能な、半導体構築基礎ブロ
ックと考える。この構築基礎ブロックの実例は、活性領
域層にかなり近接した電荷キャリヤ貯蔵領域層である。
ここにおいて貯蔵領域層と活性領域層とは、分離障壁領
域層によって、近接する他のヘテロ構造から隔てられて
いる。貯蔵領域層と活性領域層との間のキャリヤの流れ
を容易にするために、伝達障壁領域を、貯蔵領域層と活
性領域層との間に挿入する。ヘテロ構造がその両端にお
いてほぼ等しい境界条件を有するように制限を設けるこ
とによって、ヘテロ構造を縦続配置できる性質（縦続配
置性）が得られる。
（ｎ−ｉ−ｎ）を、同一縦続配置の中の他のヘテロ構造
と同期的に且つ同時に制御可能な、半導体構築基礎ブロ
ックと考える。この構築基礎ブロックの実例は、活性領
域層にかなり近接した電荷キャリヤ貯蔵領域層である。
ここにおいて貯蔵領域層と活性領域層とは、分離障壁領
域層によって、近接する他のヘテロ構造から隔てられて
いる。貯蔵領域層と活性領域層との間のキャリヤの流れ
を容易にするために、伝達障壁領域を、貯蔵領域層と活
性領域層との間に挿入する。ヘテロ構造がその両端にお
いてほぼ等しい境界条件を有するように制限を設けるこ
とによって、ヘテロ構造を縦続配置できる性質（縦続配
置性）が得られる。
【００１７】ＭＯＤドーピングヘテロ構造を縦続配置可
能にすることによって、光電子集積回路用の従来のデバ
イス構造に代わる別の興味あるデバイス構造が多数可能
となる。このように、多数の異なるデバイス構造が可能
であるが、以下の説明においては、主として、少なくと
も上面と下面とを適当なクラッド領域によって囲んだ導
波路領域を有する導波路構造に焦点を絞って説明する。
本発明によれば、縦続配置可能なＭＯＤドーピングヘテ
ロ構造を用いることによって、添付図面に示すようなデ
バイスの導波路領域が得られる。尚、添付図面で説明す
る構造は、説明の便宜上選んだものであり、これによっ
て本発明が制約されるものではない。
能にすることによって、光電子集積回路用の従来のデバ
イス構造に代わる別の興味あるデバイス構造が多数可能
となる。このように、多数の異なるデバイス構造が可能
であるが、以下の説明においては、主として、少なくと
も上面と下面とを適当なクラッド領域によって囲んだ導
波路領域を有する導波路構造に焦点を絞って説明する。
本発明によれば、縦続配置可能なＭＯＤドーピングヘテ
ロ構造を用いることによって、添付図面に示すようなデ
バイスの導波路領域が得られる。尚、添付図面で説明す
る構造は、説明の便宜上選んだものであり、これによっ
て本発明が制約されるものではない。
【００１８】図１に、少なくとも上面と下面とをそれぞ
れクラッド領域１１、１３によって囲れた導波路領域１
２を有する平面状の半導体導波路デバイスの概略斜視図
を示す。図１の半導体導波路デバイスからなる種々の半
導体層の詳細について、以下、特に図４から図１０まで
を参照して説明する。
れクラッド領域１１、１３によって囲れた導波路領域１
２を有する平面状の半導体導波路デバイスの概略斜視図
を示す。図１の半導体導波路デバイスからなる種々の半
導体層の詳細について、以下、特に図４から図１０まで
を参照して説明する。
【００１９】接点（電極）１０、１４は、クラッド領域
１１、１３を介して半導体導波路デバイスに接触してい
る。バイアス電位Ｖ0 が、接点（電極）１０、１４に対
する電気接触により与えられる。平均光子エネルギーｈ
ωを有する光信号が、導波路領域１２の長手方向軸に平
行な方向でデバイスに入射するとする。バイアス電圧を
変化させると、これに対応して吸収係数又は屈折率が変
化する。その結果、半導体導波路デバイスが、振幅変調
又は輝度変調のために高吸収状態及び高伝送状態の間で
急速にスイッチングされる。これは、導波路における光
の平均光子エネルギーｈωがＭＯＤドーピングヘテロ構
造の吸収バンド縁のエネルギーより大きい場合に、特に
有用である。
１１、１３を介して半導体導波路デバイスに接触してい
る。バイアス電位Ｖ0 が、接点（電極）１０、１４に対
する電気接触により与えられる。平均光子エネルギーｈ
ωを有する光信号が、導波路領域１２の長手方向軸に平
行な方向でデバイスに入射するとする。バイアス電圧を
変化させると、これに対応して吸収係数又は屈折率が変
化する。その結果、半導体導波路デバイスが、振幅変調
又は輝度変調のために高吸収状態及び高伝送状態の間で
急速にスイッチングされる。これは、導波路における光
の平均光子エネルギーｈωがＭＯＤドーピングヘテロ構
造の吸収バンド縁のエネルギーより大きい場合に、特に
有用である。
【００２０】同様に、半導体導波路デバイスの屈折率を
変えて、導波路の有効光路長さを増大又は減少させても
よい。一般に、屈折率を変化させるやり方は、周波数変
調又は位相変調の用途に用いられる。これは、導波路に
おける光の平均光子エネルギーｈωがＭＯＤドーピング
ヘテロ構造の活性領域（狭幅のエネルギーバンドギャッ
プを有する材料）の吸収バンド縁のエネルギーより小さ
い場合に、特に有用である。
変えて、導波路の有効光路長さを増大又は減少させても
よい。一般に、屈折率を変化させるやり方は、周波数変
調又は位相変調の用途に用いられる。これは、導波路に
おける光の平均光子エネルギーｈωがＭＯＤドーピング
ヘテロ構造の活性領域（狭幅のエネルギーバンドギャッ
プを有する材料）の吸収バンド縁のエネルギーより小さ
い場合に、特に有用である。
【００２１】上記の簡単な説明から、本発明による半導
体デバイスが、光源用の外部変調器のような導波路素子
として、又は可変波長レーザ光を発生させるために利得
媒体に結合される空洞内波長同調素子として、又は光ポ
ンピングレーザとしても、導波路構造内に組み込むのに
適していることが当業者には明かである。本実施例にお
いては、プレーナ半導体式導波路の例について説明する
が、本発明では、種々の表面リブ、埋め込みリブ、及び
筋状の形状を有する構造を用いることも考えられてい
る。
体デバイスが、光源用の外部変調器のような導波路素子
として、又は可変波長レーザ光を発生させるために利得
媒体に結合される空洞内波長同調素子として、又は光ポ
ンピングレーザとしても、導波路構造内に組み込むのに
適していることが当業者には明かである。本実施例にお
いては、プレーナ半導体式導波路の例について説明する
が、本発明では、種々の表面リブ、埋め込みリブ、及び
筋状の形状を有する構造を用いることも考えられてい
る。
【００２２】本発明によるデバイスにおいては導波路の
長手方向軸に沿って光を向けるのが望ましいが、光がデ
バイスの半導体層にほぼ直角の方向に入射する場合に
は、半導体構造を、主として電気吸収変調器として作動
させることもできる。このような配置例を図２及び図３
に示す。直角方向光伝搬構造においては、縦続配置可能
なＭＯＤドーピングヘテロ構造によって十分に大きな位
相空間吸収クエンチング効果（ＰＡＱ）が得られるの
で、この構造は、光読み取り、光変調、光ゲーチングに
用いることができ、又、光連結、光スイッチング、及び
光演算にも適用可能である。
長手方向軸に沿って光を向けるのが望ましいが、光がデ
バイスの半導体層にほぼ直角の方向に入射する場合に
は、半導体構造を、主として電気吸収変調器として作動
させることもできる。このような配置例を図２及び図３
に示す。直角方向光伝搬構造においては、縦続配置可能
なＭＯＤドーピングヘテロ構造によって十分に大きな位
相空間吸収クエンチング効果（ＰＡＱ）が得られるの
で、この構造は、光読み取り、光変調、光ゲーチングに
用いることができ、又、光連結、光スイッチング、及び
光演算にも適用可能である。
【００２３】図２において、クラッド領域１１、１３に
対する吸収バンド縁のエネルギーより小さい平均光子エ
ネルギーｈωを有する光信号２２が半導体層にほぼ直角
な方向でデバイスに入射する。その結果、変調された光
信号２３が半導体デバイスから送り出され、更に次段の
回路素子２４によって利用される。この回路素子２４
は、レンズ付き光ファイバ、又は光検出器、その他類似
のものである。
対する吸収バンド縁のエネルギーより小さい平均光子エ
ネルギーｈωを有する光信号２２が半導体層にほぼ直角
な方向でデバイスに入射する。その結果、変調された光
信号２３が半導体デバイスから送り出され、更に次段の
回路素子２４によって利用される。この回路素子２４
は、レンズ付き光ファイバ、又は光検出器、その他類似
のものである。
【００２４】光信号を半導体層に直角に出入りさせるた
めには、接点（電極）２０、２１を標準円環状接点とし
て形成することが望ましい。光信号２２の吸収量は吸収
材内において光信号が通過移動する距離に比例するの
で、図２のデバイスにおいてはその吸収量は比較的少な
い。
めには、接点（電極）２０、２１を標準円環状接点とし
て形成することが望ましい。光信号２２の吸収量は吸収
材内において光信号が通過移動する距離に比例するの
で、図２のデバイスにおいてはその吸収量は比較的少な
い。
【００２５】吸収材内部で光信号が吸収される通過移動
距離を効果的に増大するためには、半導体層に直角な方
向で、又は直角から僅かにずれた角度でデバイスに入射
した光信号を、デバイスの反対側から反射させて戻し、
吸収材の内部を再度通過させる。このような配置による
デバイスを図３に示す。クラッド領域１１、１３用の透
明領域にある、平均光子エネルギーｈωを有する光信号
３２が半導体層にほぼ直角な方向でデバイスに入射す
る。
距離を効果的に増大するためには、半導体層に直角な方
向で、又は直角から僅かにずれた角度でデバイスに入射
した光信号を、デバイスの反対側から反射させて戻し、
吸収材の内部を再度通過させる。このような配置による
デバイスを図３に示す。クラッド領域１１、１３用の透
明領域にある、平均光子エネルギーｈωを有する光信号
３２が半導体層にほぼ直角な方向でデバイスに入射す
る。
【００２６】一回変調された光信号は、接点（電極）３
０によって反射されて吸収材内部を逆方向に戻り、最終
的に、変調された光信号３３として送り出される。この
配置において、接点３０は条片形状であるが、接点（電
極）３１は標準円環状接点の形状である。
０によって反射されて吸収材内部を逆方向に戻り、最終
的に、変調された光信号３３として送り出される。この
配置において、接点３０は条片形状であるが、接点（電
極）３１は標準円環状接点の形状である。
【００２７】以上、導波路実施例を図１から図３までに
示したが、本発明が、二つのドーピングした接点層の間
に、縦続配置したＭＯＤドーピングヘテロ構造を蒸着さ
せることによっても実施可能であることは、当業者には
明かであろう。図４から図８までに示す例において、接
点層はｎ形ドーピング層である。導波半導体構造の一例
は、半絶縁性の、ＦｅをドーピングしたＩｎＰ、からな
る基板上に成長させたものでる。下部クラッド層は、約
２×１０18ｃｍ-3の濃度にドーピングしたＡｌ0.48Ｉｎ
0.52Ａｓの、厚さ１μｍのｎ形層からなり、上記の基板
上で成長させたものである。
示したが、本発明が、二つのドーピングした接点層の間
に、縦続配置したＭＯＤドーピングヘテロ構造を蒸着さ
せることによっても実施可能であることは、当業者には
明かであろう。図４から図８までに示す例において、接
点層はｎ形ドーピング層である。導波半導体構造の一例
は、半絶縁性の、ＦｅをドーピングしたＩｎＰ、からな
る基板上に成長させたものでる。下部クラッド層は、約
２×１０18ｃｍ-3の濃度にドーピングしたＡｌ0.48Ｉｎ
0.52Ａｓの、厚さ１μｍのｎ形層からなり、上記の基板
上で成長させたものである。
【００２８】導波路領域のＭＯＤドーピングヘテロ構造
とクラッド領域との間で漸進的な遷移が得られるよう
に、下部クラッド層上に超格子を成長させて形成する。
この超格子は、約２×１０18ｃｍ-3の濃度にドーピング
したｎ形の層で、次の各層からなる。すなわち、ＡｌＧ
ａＩｎＡｓ層（５０Ａ（オングストローム））、Ａｌ0.
48Ｉｎ0.52Ａｓ層（５０Ａ）、ＡｌＧａＩｎＡｓ層（１
００Ａ）、Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層（５０Ａ）、ＡｌＧ
ａＩｎＡｓ層（２００Ａ）、及びＡｌ0.48Ｉｎ0. 52Ａｓ
層（５０Ａ）である。
とクラッド領域との間で漸進的な遷移が得られるよう
に、下部クラッド層上に超格子を成長させて形成する。
この超格子は、約２×１０18ｃｍ-3の濃度にドーピング
したｎ形の層で、次の各層からなる。すなわち、ＡｌＧ
ａＩｎＡｓ層（５０Ａ（オングストローム））、Ａｌ0.
48Ｉｎ0.52Ａｓ層（５０Ａ）、ＡｌＧａＩｎＡｓ層（１
００Ａ）、Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層（５０Ａ）、ＡｌＧ
ａＩｎＡｓ層（２００Ａ）、及びＡｌ0.48Ｉｎ0. 52Ａｓ
層（５０Ａ）である。
【００２９】この超格子の上方に、縦続配置したＭＯＤ
ドーピングヘテロ構造を、付随するバッファ層と共に成
長させる。次に、この縦続配置したＭＯＤドーピングヘ
テロ構造の上に、２×１０18ｃｍ-3の濃度にドーピング
したｎ形の層の超格子を成長させる。この超格子は、次
の層からなる。すなわち、Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層（５
０Ａ）、ＡｌＧａＩｎＡｓ層（２００Ａ）、Ａｌ0.48Ｉ
ｎ0.52Ａｓ層（５０Ａ）、ＡｌＧａＩｎＡｓ層（１００
Ａ）、Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層（５０Ａ）、及びＡｌＧ
ａＩｎＡｓ層（５０Ａ）である。
ドーピングヘテロ構造を、付随するバッファ層と共に成
長させる。次に、この縦続配置したＭＯＤドーピングヘ
テロ構造の上に、２×１０18ｃｍ-3の濃度にドーピング
したｎ形の層の超格子を成長させる。この超格子は、次
の層からなる。すなわち、Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層（５
０Ａ）、ＡｌＧａＩｎＡｓ層（２００Ａ）、Ａｌ0.48Ｉ
ｎ0.52Ａｓ層（５０Ａ）、ＡｌＧａＩｎＡｓ層（１００
Ａ）、Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層（５０Ａ）、及びＡｌＧ
ａＩｎＡｓ層（５０Ａ）である。
【００３０】この後者の超格子の上方に、２×１０18ｃ
ｍ-3の濃度にシリコンをドーピングしたＡｌ0.48Ｉｎ
0.52Ａｓ（２μｍ）からなるｎ形の上部クラッド層を成
長させる。そして最後に、５×１０18ｃｍ-3の濃度にシ
リコンをドーピングしたＡｌ0. 48Ｉｎ0.52Ａｓ（１００
０Ａ）からなる濃厚ドーピングしたｎ形の接点層を成長
させる。
ｍ-3の濃度にシリコンをドーピングしたＡｌ0.48Ｉｎ
0.52Ａｓ（２μｍ）からなるｎ形の上部クラッド層を成
長させる。そして最後に、５×１０18ｃｍ-3の濃度にシ
リコンをドーピングしたＡｌ0. 48Ｉｎ0.52Ａｓ（１００
０Ａ）からなる濃厚ドーピングしたｎ形の接点層を成長
させる。
【００３１】図４に示すように、図１から図３の導波路
領域としての使用に適する半導体構造は、順に縦続配置
又は積層したいくつかのＭＯＤドーピングヘテロ構造４
０と、ドーピングしたバッファ層４７、４８とからな
る。少なくとも一つのバッファ層を設けることにより
（この場合、バッファ層４８が該当）、この半導体構造
の周期的ｎ−ｉ−ｎシーケンスが完結する。バッファ層
４８は、約１×１０18ｃｍ-3の濃度にシリコンをドーピ
ングして約１μｍの厚さに成長させたＩｎＡｓからな
る。
領域としての使用に適する半導体構造は、順に縦続配置
又は積層したいくつかのＭＯＤドーピングヘテロ構造４
０と、ドーピングしたバッファ層４７、４８とからな
る。少なくとも一つのバッファ層を設けることにより
（この場合、バッファ層４８が該当）、この半導体構造
の周期的ｎ−ｉ−ｎシーケンスが完結する。バッファ層
４８は、約１×１０18ｃｍ-3の濃度にシリコンをドーピ
ングして約１μｍの厚さに成長させたＩｎＡｓからな
る。
【００３２】バッファ層４８の上に、ＭＯＤドーピング
ヘテロ構造４０をエピタキシャルに成長させる。縦続配
置された最上部のＭＯＤドーピングヘテロ構造の上に、
１×１０18ｃｍ-3の濃度にシリコンをｎ形にドーピング
したＡｌＧａＩｎＡｓからなるドーピングしたバッファ
層４７を約１μｍの厚さに成長させる。バッファ層４７
は又、導波路領域からクラッド領域への遷移部分として
の役も果たす。
ヘテロ構造４０をエピタキシャルに成長させる。縦続配
置された最上部のＭＯＤドーピングヘテロ構造の上に、
１×１０18ｃｍ-3の濃度にシリコンをｎ形にドーピング
したＡｌＧａＩｎＡｓからなるドーピングしたバッファ
層４７を約１μｍの厚さに成長させる。バッファ層４７
は又、導波路領域からクラッド領域への遷移部分として
の役も果たす。
【００３３】ＭＯＤドーピングヘテロ構造４０は各々、
分離障壁領域、活性領域、並びに電荷貯蔵及び伝達障壁
領域の順に成長させた半導体層からなる。分離障壁領域
は、層４４から層４６までの半導体層からなり、活性領
域は半導体層４３からなり、電荷貯蔵及び伝達障壁領域
は、層４１から層４２までの半導体層からなる。
分離障壁領域、活性領域、並びに電荷貯蔵及び伝達障壁
領域の順に成長させた半導体層からなる。分離障壁領域
は、層４４から層４６までの半導体層からなり、活性領
域は半導体層４３からなり、電荷貯蔵及び伝達障壁領域
は、層４１から層４２までの半導体層からなる。
【００３４】分離障壁領域において、半導体層４６は、
１５０Ａの厚さに成長させた真性半導体Ａｌ0.48Ｉｎ
0.52Ａｓからなる。又、ｐ＋にドーピングした半導体層
４５は、原子プレナー層にドーピング（例えばＢｅによ
るδドーピング）した層又は、ｐ形添加不純物（ドーパ
ント）を約 １.２×１０18ｃｍ-3の濃度にドーピングし
た通常の均一ドーピング層からなる（後者は、１５０Ａ
の厚さのＡｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓに対するＢｅによる通常
の均一ドーピング層に相当する）。そして、半導体層４
４は、２５０Ａの厚さに成長させた真性半導体のＡｌ
0.48Ｉｎ0.52Ａｓからなる。
１５０Ａの厚さに成長させた真性半導体Ａｌ0.48Ｉｎ
0.52Ａｓからなる。又、ｐ＋にドーピングした半導体層
４５は、原子プレナー層にドーピング（例えばＢｅによ
るδドーピング）した層又は、ｐ形添加不純物（ドーパ
ント）を約 １.２×１０18ｃｍ-3の濃度にドーピングし
た通常の均一ドーピング層からなる（後者は、１５０Ａ
の厚さのＡｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓに対するＢｅによる通常
の均一ドーピング層に相当する）。そして、半導体層４
４は、２５０Ａの厚さに成長させた真性半導体のＡｌ
0.48Ｉｎ0.52Ａｓからなる。
【００３５】活性領域の半導体層４３は、狭幅バンドギ
ャップの真性半導体材、例えばＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓを
約３５０Ａの厚さに成長させたものからなる。電荷貯蔵
及び伝達障壁領域において、半導体層４２は、約３５０
Ａの厚さまで成長させた四元組成材Ｑ（ｘ）の真性半導
体からなる。そして、半導体層４１は、ｎ形材料（Ｓ
ｉ）内に四元組成材Ｑ（ｘ）を約１×１０18ｃｍ-3の濃
度にドーピングして約５００Ａの厚さに成長させたもの
からなる。
ャップの真性半導体材、例えばＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓを
約３５０Ａの厚さに成長させたものからなる。電荷貯蔵
及び伝達障壁領域において、半導体層４２は、約３５０
Ａの厚さまで成長させた四元組成材Ｑ（ｘ）の真性半導
体からなる。そして、半導体層４１は、ｎ形材料（Ｓ
ｉ）内に四元組成材Ｑ（ｘ）を約１×１０18ｃｍ-3の濃
度にドーピングして約５００Ａの厚さに成長させたもの
からなる。
【００３６】四元組成材Ｑ（ｘ）は、四元合金を意味
し、ｘは、Ｑ（ｘ）を（Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ）x ・
（Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ）1-x と定義した場合の四元合
金のモル分率を表す。層４１のモル分率は ０.３５にほ
ぼ等しく、これは広幅のバンドギャップを有する組成を
意味する。一方、層４２のモル分率は、図４に示すよう
に、約０.３５ から０.０ まで変動するので、広幅のバ
ンドギャップを有する組成から狭幅のバンドギャップを
有する組成へと組織の連続的な傾斜が得られ、隣接する
他の層とのインタフェースにおいてバンドギャップエネ
ルギーがほぼマッチングする。
し、ｘは、Ｑ（ｘ）を（Ａｌ0.48Ｉｎ0.52Ａｓ）x ・
（Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ）1-x と定義した場合の四元合
金のモル分率を表す。層４１のモル分率は ０.３５にほ
ぼ等しく、これは広幅のバンドギャップを有する組成を
意味する。一方、層４２のモル分率は、図４に示すよう
に、約０.３５ から０.０ まで変動するので、広幅のバ
ンドギャップを有する組成から狭幅のバンドギャップを
有する組成へと組織の連続的な傾斜が得られ、隣接する
他の層とのインタフェースにおいてバンドギャップエネ
ルギーがほぼマッチングする。
【００３７】図５に示すエネルギーバンドの輪郭形状に
明らかなように、ＭＯＤドーピングヘテロ構造４０にお
いては、ヘテロ構造の両端の境界条件がほぼ同一になる
ように、そこに含まれる半導体材を適正に構成して、Ｍ
ＯＤドーピングヘテロ構造を交互に縦続配置（積層）で
きるようにしている。更に、図７に示すように、周期的
構成部分７１から７４をなす四つのＭＯＤドーピングヘ
テロ構造が縦続配置されて半導体導波路デバイスの導波
路領域１２（図１）を形成している。
明らかなように、ＭＯＤドーピングヘテロ構造４０にお
いては、ヘテロ構造の両端の境界条件がほぼ同一になる
ように、そこに含まれる半導体材を適正に構成して、Ｍ
ＯＤドーピングヘテロ構造を交互に縦続配置（積層）で
きるようにしている。更に、図７に示すように、周期的
構成部分７１から７４をなす四つのＭＯＤドーピングヘ
テロ構造が縦続配置されて半導体導波路デバイスの導波
路領域１２（図１）を形成している。
【００３８】ＭＯＤドーピングヘテロ構造４０内の、ｐ
形にドーピングした層４５に関しては、正孔による自由
キャリヤの吸収を避け且つ、一つのＭＯＤドーピングヘ
テロ構造から次のＭＯＤドーピングヘテロ構造への電子
の移動すなわち漏洩電流に対する大形の電位障壁を設け
るために、このｐ形層を完全に空乏化させる。周期的構
造における分離障壁の効果は、図７を参照すれば理解で
きる。大型の分離障壁領域を設けた結果、ＭＯＤドーピ
ングヘテロ構造における不必要なエネルギー散逸が避け
られる。
形にドーピングした層４５に関しては、正孔による自由
キャリヤの吸収を避け且つ、一つのＭＯＤドーピングヘ
テロ構造から次のＭＯＤドーピングヘテロ構造への電子
の移動すなわち漏洩電流に対する大形の電位障壁を設け
るために、このｐ形層を完全に空乏化させる。周期的構
造における分離障壁の効果は、図７を参照すれば理解で
きる。大型の分離障壁領域を設けた結果、ＭＯＤドーピ
ングヘテロ構造における不必要なエネルギー散逸が避け
られる。
【００３９】図５及び図６に、半導体デバイスにバイア
ス電位をかけない場合と逆バイアス電位をかけた場合と
における、ＭＯＤドーピングヘテロ構造４０の単一区間
に対するエネルギーバンドの輪郭形状をそれぞれ示す。
図５においては、フェルミ準位（破線５０）は半導体層
４３の電子サブバンドｎz＝１の下に位置する。すなわ
ち、この層はキャリヤについては本来、空である。
ス電位をかけない場合と逆バイアス電位をかけた場合と
における、ＭＯＤドーピングヘテロ構造４０の単一区間
に対するエネルギーバンドの輪郭形状をそれぞれ示す。
図５においては、フェルミ準位（破線５０）は半導体層
４３の電子サブバンドｎz＝１の下に位置する。すなわ
ち、この層はキャリヤについては本来、空である。
【００４０】図６に示すように、ＭＯＤドーピングヘテ
ロ構造４０全体にわたって約−１Ｖの外部バイアス電位
を導波路デバイスに与えると、フェルミ準位（破線６
０）は電子サブバンドｎz＝１ よりも上昇し、その結
果、電子が半導体層４７を満たし、ＭＯＤドーピングヘ
テロ構造の活性領域における材料の光特性に大きな変化
をもたらす。半導体層４４と４６とからなる分離障壁内
にｐ＋ドーピング層４５によって形成された電位障壁を
経て漏洩する電流はきわめて微量である。
ロ構造４０全体にわたって約−１Ｖの外部バイアス電位
を導波路デバイスに与えると、フェルミ準位（破線６
０）は電子サブバンドｎz＝１ よりも上昇し、その結
果、電子が半導体層４７を満たし、ＭＯＤドーピングヘ
テロ構造の活性領域における材料の光特性に大きな変化
をもたらす。半導体層４４と４６とからなる分離障壁内
にｐ＋ドーピング層４５によって形成された電位障壁を
経て漏洩する電流はきわめて微量である。
【００４１】電子サブバンド準位が満たされるにしたが
って、吸収バンド縁が青方偏移（ブル−シフト）され、
光子エネルギーが半導体層４３における電子サブバンド
ｎz＝１のエネルギーよりも小さいか等しいような光に
ついて、その吸収が抑えられる。ヘテロ構造の活性領域
が電子サブバンドｎz＝１ において部分的に満たされる
ように設計すれば、バイアス電位を与えることによって
吸収を誘起させることができる。ヘテロ構造４０は、そ
の特性が偏波に左右されない。すなわち、導波路デバイ
ス中を伝搬する二つの直交光信号偏波（例えばＴＥ又は
ＴＭ）のいずれに対しても区別又は差別して作動するこ
とがない。
って、吸収バンド縁が青方偏移（ブル−シフト）され、
光子エネルギーが半導体層４３における電子サブバンド
ｎz＝１のエネルギーよりも小さいか等しいような光に
ついて、その吸収が抑えられる。ヘテロ構造の活性領域
が電子サブバンドｎz＝１ において部分的に満たされる
ように設計すれば、バイアス電位を与えることによって
吸収を誘起させることができる。ヘテロ構造４０は、そ
の特性が偏波に左右されない。すなわち、導波路デバイ
ス中を伝搬する二つの直交光信号偏波（例えばＴＥ又は
ＴＭ）のいずれに対しても区別又は差別して作動するこ
とがない。
【００４２】分離障壁領域を適正に構成すれば、電子
が、伝導プロセス及び吸収プロセスに寄与する唯一のキ
ャリヤであるようにすることができる。又、障壁の設計
を適正に行えば、その結果、ＭＯＤドーピングヘテロ構
造内に付随する電荷貯蔵領域が、その電荷貯蔵領域にき
わめて近接している活性領域に対する唯一の電荷キャリ
ヤ源であるようにすることが可能である。そして、障壁
領域をより薄くすると、より低い適用電位に対して同じ
効果を得ることが可能である。しかし、ヘテロ構造の静
電容量（キャパシタンス）と漏洩電流とが増大すること
が予想される。
が、伝導プロセス及び吸収プロセスに寄与する唯一のキ
ャリヤであるようにすることができる。又、障壁の設計
を適正に行えば、その結果、ＭＯＤドーピングヘテロ構
造内に付随する電荷貯蔵領域が、その電荷貯蔵領域にき
わめて近接している活性領域に対する唯一の電荷キャリ
ヤ源であるようにすることが可能である。そして、障壁
領域をより薄くすると、より低い適用電位に対して同じ
効果を得ることが可能である。しかし、ヘテロ構造の静
電容量（キャパシタンス）と漏洩電流とが増大すること
が予想される。
【００４３】上記のように、結果として得られるデバイ
スは、非常に高い固有速度で作動することができる。こ
のようなことが生じるのは、従来技術の場合には、電荷
キャリヤ（電子）をＭＯＤドーピング電解効果トランジ
スタ（ＦＥＴ）構造内において比較的長い距離にわたっ
て伝達する必要があったのに比べて、本デバイスの場合
には、数百オングストローム程度の距離を伝達しさえす
ればよいからである。ヘテロ構造の別の利点は、その静
電容量が比較的低いということである。ＭＯＤドーピン
グヘテロ構造を、上記のように縦続配置（積層）する
と、ヘテロ構造が連続して直列に接続されるため、静電
容量は更に減少する。
スは、非常に高い固有速度で作動することができる。こ
のようなことが生じるのは、従来技術の場合には、電荷
キャリヤ（電子）をＭＯＤドーピング電解効果トランジ
スタ（ＦＥＴ）構造内において比較的長い距離にわたっ
て伝達する必要があったのに比べて、本デバイスの場合
には、数百オングストローム程度の距離を伝達しさえす
ればよいからである。ヘテロ構造の別の利点は、その静
電容量が比較的低いということである。ＭＯＤドーピン
グヘテロ構造を、上記のように縦続配置（積層）する
と、ヘテロ構造が連続して直列に接続されるため、静電
容量は更に減少する。
【００４４】ヘテロ構造を組み込んだ導波路デバイスに
電位（Ｖ0）を加えると、電位はＭＯＤドーピングヘテ
ロ構造の各々に等分に分割される。その結果、縦続配置
されたＭＯＤドーピングヘテロ構造の各々は、バイアス
電位によってほぼ同時に且つ同期した状態で制御可能で
ある。したがって、対応する活性領域は、すべて同時に
空乏化され又は充填される。
電位（Ｖ0）を加えると、電位はＭＯＤドーピングヘテ
ロ構造の各々に等分に分割される。その結果、縦続配置
されたＭＯＤドーピングヘテロ構造の各々は、バイアス
電位によってほぼ同時に且つ同期した状態で制御可能で
ある。したがって、対応する活性領域は、すべて同時に
空乏化され又は充填される。
【００４５】図８、図９、及び図１０に、本発明に基づ
いて設計した、バイアスをかけないＭＯＤドーピングヘ
テロ構造からなる単一区間に対するエネルギーバンドの
輪郭形状をそれぞれ示す。
いて設計した、バイアスをかけないＭＯＤドーピングヘ
テロ構造からなる単一区間に対するエネルギーバンドの
輪郭形状をそれぞれ示す。
【００４６】上記のように、図４から図７までの図中に
示す電荷貯蔵及び伝達障壁領域は、連続的な傾斜のバン
ドギャップ層からなり、この層内では、合金組成のモル
分率が一つのインタフェースから次のインタフェースま
で予め定めた単調で増大のない形で変化する。上記の例
においては、四元組成材Ｑ（ｘ）（四元合金）のモル分
率ｘが、ｘ＝０.３５ からｘ＝０.０ まで変化し、この
ｘは、層の成長方向に沿った距離の関数としてほぼ直線
的に変化する。層の成長方向に沿った距離の関数として
のｘの変化を、二次曲線、区分的直線、及び段階的直線
で表す例も考えられる。
示す電荷貯蔵及び伝達障壁領域は、連続的な傾斜のバン
ドギャップ層からなり、この層内では、合金組成のモル
分率が一つのインタフェースから次のインタフェースま
で予め定めた単調で増大のない形で変化する。上記の例
においては、四元組成材Ｑ（ｘ）（四元合金）のモル分
率ｘが、ｘ＝０.３５ からｘ＝０.０ まで変化し、この
ｘは、層の成長方向に沿った距離の関数としてほぼ直線
的に変化する。層の成長方向に沿った距離の関数として
のｘの変化を、二次曲線、区分的直線、及び段階的直線
で表す例も考えられる。
【００４７】図９に示すように、層１０１、１０２、１
０３、及び１０４からなる伝達障壁領域１００におい
て、モル分率ｘは段階的直線状に変化する。この領域に
おいてバンドギャップエネルギーは、各層の材料組成を
変化させることにより、層１０１（ｘ＝ ０.３５）から
層１０２（ｘ＝ ０.２２）、層１０３（ｘ＝ ０.１
２）、更に層１０４（ｘ＝ ０）へと個々の段階ごとに
漸進的に狭められる。
０３、及び１０４からなる伝達障壁領域１００におい
て、モル分率ｘは段階的直線状に変化する。この領域に
おいてバンドギャップエネルギーは、各層の材料組成を
変化させることにより、層１０１（ｘ＝ ０.３５）から
層１０２（ｘ＝ ０.２２）、層１０３（ｘ＝ ０.１
２）、更に層１０４（ｘ＝ ０）へと個々の段階ごとに
漸進的に狭められる。
【００４８】ここでは四つの段階からなる層について説
明したが、段階を構成する層数をこれよりも少なく、又
は逆に多くして、傾斜を有するバンドギャップ形状に近
づけ得ることは、当業者に容易に理解できることであ
る。段階に等しい値を持たせて、個々の傾斜を、直線的
関数でなく二次曲線又は他の関数に近づけることもでき
る。更に、バンドギャップが一定の層とバンドギャップ
が連続的傾斜を有する層とを交互に組み合わせて伝達障
壁の傾斜バンドギャップを形成することも又可能であ
る。
明したが、段階を構成する層数をこれよりも少なく、又
は逆に多くして、傾斜を有するバンドギャップ形状に近
づけ得ることは、当業者に容易に理解できることであ
る。段階に等しい値を持たせて、個々の傾斜を、直線的
関数でなく二次曲線又は他の関数に近づけることもでき
る。更に、バンドギャップが一定の層とバンドギャップ
が連続的傾斜を有する層とを交互に組み合わせて伝達障
壁の傾斜バンドギャップを形成することも又可能であ
る。
【００４９】伝達障壁領域１００のバンドギャップ境界
条件を、その一端のインタフェースにおいて半導体層４
１のバンドギャップにマッチさせ、その他端のインタフ
ェースにおいて活性領域４３のバンドギャップにマッチ
させることが望ましいが、必ずそうしなければいけない
ということはない。伝達障壁領域１００と活性領域４３
とのインタフェースにおける境界条件のミスマッチが著
しい場合、すなわちバンドギャップのミスマッチが１０
ｍｅＶより大きい場合には、活性領域の厚さＬｚを、活
性領域を構成する材料の励起子ボーア半径の二倍を超え
る値にすることが望ましい。
条件を、その一端のインタフェースにおいて半導体層４
１のバンドギャップにマッチさせ、その他端のインタフ
ェースにおいて活性領域４３のバンドギャップにマッチ
させることが望ましいが、必ずそうしなければいけない
ということはない。伝達障壁領域１００と活性領域４３
とのインタフェースにおける境界条件のミスマッチが著
しい場合、すなわちバンドギャップのミスマッチが１０
ｍｅＶより大きい場合には、活性領域の厚さＬｚを、活
性領域を構成する材料の励起子ボーア半径の二倍を超え
る値にすることが望ましい。
【００５０】この場合、この狭幅のバンドギャップを有
する活性領域は、井戸、すなわち二つの広幅バンドギャ
ップ層の間に挟まれた厚さの厚い、狭幅バンドギャップ
層、の外観を呈するが、量子井戸にはならない。その理
由は、量子井戸の場合だけに生じるバンド分割効果を誘
起することがないからである。
する活性領域は、井戸、すなわち二つの広幅バンドギャ
ップ層の間に挟まれた厚さの厚い、狭幅バンドギャップ
層、の外観を呈するが、量子井戸にはならない。その理
由は、量子井戸の場合だけに生じるバンド分割効果を誘
起することがないからである。
【００５１】組成のモル分率を変化させて上記のように
連続的な又は個別の組成傾斜を得ることが望ましくない
か、又は難しい場合は、超格子傾斜によってバンドギャ
ップの変化を生じさせることが可能である。超格子傾斜
は、当業者に周知であり、ミラーほか（R.C.Miller et
al）の論文（物理論評ニュース（Phys. Rev. B.） 第２
９巻、第６号、１９８４年３月、３７４０〜３ページ掲
載）にも述べられている。
連続的な又は個別の組成傾斜を得ることが望ましくない
か、又は難しい場合は、超格子傾斜によってバンドギャ
ップの変化を生じさせることが可能である。超格子傾斜
は、当業者に周知であり、ミラーほか（R.C.Miller et
al）の論文（物理論評ニュース（Phys. Rev. B.） 第２
９巻、第６号、１９８４年３月、３７４０〜３ページ掲
載）にも述べられている。
【００５２】超格子傾斜においては、広幅バンドギャッ
プ材Ｑ（ｘ＝０.３５） のｎ個の層と狭幅バンドギャッ
プ材Ｑ（ｘ＝０.０） のｎ個の層とが図１０の領域２０
０に示すように交互に配置されている。図中、ｎ個の狭
幅バンドギャップ材の層を符号２０１−１から２０１−
ｎで示し、ｎ個の広幅バンドギャップ材の層を符号２０
２−１から２０２−ｎで示す。広幅バンドギャップ材の
層２０２−１から２０２−ｎは、トンネル現象によって
電子が通過できるように厚さを十分に薄くしてある。Ｉ
ＩＩ−Ｖ族半導体材料中の広幅バンドギャップ材の層の
一般的な厚さは、約３０Ａよりも薄い。
プ材Ｑ（ｘ＝０.３５） のｎ個の層と狭幅バンドギャッ
プ材Ｑ（ｘ＝０.０） のｎ個の層とが図１０の領域２０
０に示すように交互に配置されている。図中、ｎ個の狭
幅バンドギャップ材の層を符号２０１−１から２０１−
ｎで示し、ｎ個の広幅バンドギャップ材の層を符号２０
２−１から２０２−ｎで示す。広幅バンドギャップ材の
層２０２−１から２０２−ｎは、トンネル現象によって
電子が通過できるように厚さを十分に薄くしてある。Ｉ
ＩＩ−Ｖ族半導体材料中の広幅バンドギャップ材の層の
一般的な厚さは、約３０Ａよりも薄い。
【００５３】層４１とのインタフェースから活性領域４
３とのインタフェースの方向を見た場合に、狭幅バンド
ギャップ材の層２０１−１から２０１−ｎは、より厚い
厚さに漸進的に成長し、効果的な組成傾斜が得られる。
その結果として、図１０のヘテロ構造は、図４から図９
において述べたヘテロ構造とほぼ同一の作動特性を有す
る。
３とのインタフェースの方向を見た場合に、狭幅バンド
ギャップ材の層２０１−１から２０１−ｎは、より厚い
厚さに漸進的に成長し、効果的な組成傾斜が得られる。
その結果として、図１０のヘテロ構造は、図４から図９
において述べたヘテロ構造とほぼ同一の作動特性を有す
る。
【００５４】上記の場合を除き、活性領域４３の厚さ
は、広範囲の値から選んでよい。この層の厚さは、光信
号伝搬の際に生じる屈折又は吸収の量に影響を与える。
更に、これによって偏波に対するデバイスの独立性が決
まる。活性領域４３の厚さを決める際には、活性領域が
ヘテロ構造内にあることから、偏波に対するデバイスの
独立性を考慮する必要がある。それはすなわち、分離障
壁領域と伝達障壁領域との間について考えた場合、価電
子帯間にかなりの分割を生じさせることなく偏波に対す
る独立性を保持できるように、活性領域の厚さを十分に
厚くする。
は、広範囲の値から選んでよい。この層の厚さは、光信
号伝搬の際に生じる屈折又は吸収の量に影響を与える。
更に、これによって偏波に対するデバイスの独立性が決
まる。活性領域４３の厚さを決める際には、活性領域が
ヘテロ構造内にあることから、偏波に対するデバイスの
独立性を考慮する必要がある。それはすなわち、分離障
壁領域と伝達障壁領域との間について考えた場合、価電
子帯間にかなりの分割を生じさせることなく偏波に対す
る独立性を保持できるように、活性領域の厚さを十分に
厚くする。
【００５５】図８において、活性領域４９は、狭幅のバ
ンドギャップ材の励起子ボーア半径の二倍より大きい厚
さ寸法Ｌｚを有する、層厚の厚い狭幅のバンドギャップ
層（例えばＱ（ｘ＝０））として形成される。層４２
は、広幅のバンドギャップの大形層（例えばＱ（ｘ＝
０.３５）） である。伝達障壁領域と活性領域との間の
インタフェースにおけるバンドギャップが等しくないの
で、活性領域４９は、二つの高い障壁領域間における井
戸の外観を呈するが、活性領域の厚さを制御することに
よって偏波に対する独立性は維持される。
ンドギャップ材の励起子ボーア半径の二倍より大きい厚
さ寸法Ｌｚを有する、層厚の厚い狭幅のバンドギャップ
層（例えばＱ（ｘ＝０））として形成される。層４２
は、広幅のバンドギャップの大形層（例えばＱ（ｘ＝
０.３５）） である。伝達障壁領域と活性領域との間の
インタフェースにおけるバンドギャップが等しくないの
で、活性領域４９は、二つの高い障壁領域間における井
戸の外観を呈するが、活性領域の厚さを制御することに
よって偏波に対する独立性は維持される。
【００５６】添付図面には示していないが、真性半導体
からなる広幅のバンドギャップのスペーサ層を活性領域
と分離障壁領域との間に設けることは当業者が容易に理
解できることである。これによって、活性領域を分離障
壁領域から遠く離して位置させることができる。そし
て、活性領域を分離障壁領域から遠く離して位置させる
ことによって、外部バイアス電位の有無いずれの場合
も、活性領域における電子サブバンドｎz＝１ の充満度
を調整することが可能である。
からなる広幅のバンドギャップのスペーサ層を活性領域
と分離障壁領域との間に設けることは当業者が容易に理
解できることである。これによって、活性領域を分離障
壁領域から遠く離して位置させることができる。そし
て、活性領域を分離障壁領域から遠く離して位置させる
ことによって、外部バイアス電位の有無いずれの場合
も、活性領域における電子サブバンドｎz＝１ の充満度
を調整することが可能である。
【００５７】電荷貯蔵層における、ビルトイン電界（外
部バイアスのない場合に内部に存在する電界）を減少さ
せるために、分離障壁層とのインタフェース（層４３と
層４４との間のインタフェース、及び層４３と層４４と
の間のインタフェース）にδ（デルタ）ドーピングした
ｎ形層を成長させることも考えられている。更に、一つ
またはそれ以上の周期の、縦続配置可能なＭＯＤドーピ
ングヘテロ構造からなる構成と、その上に積層する別の
縦続配置したＭＯＤドーピングヘテロ構造からなる構成
との間に、別のドーピング半導体層を挿入したものを、
デバイス構造に含めることも考えられている。このよう
な構造にすると、縦続配置（積層）されたヘテロ構造を
いくつもの積層構成に分けて個別に制御することができ
るようになる。
部バイアスのない場合に内部に存在する電界）を減少さ
せるために、分離障壁層とのインタフェース（層４３と
層４４との間のインタフェース、及び層４３と層４４と
の間のインタフェース）にδ（デルタ）ドーピングした
ｎ形層を成長させることも考えられている。更に、一つ
またはそれ以上の周期の、縦続配置可能なＭＯＤドーピ
ングヘテロ構造からなる構成と、その上に積層する別の
縦続配置したＭＯＤドーピングヘテロ構造からなる構成
との間に、別のドーピング半導体層を挿入したものを、
デバイス構造に含めることも考えられている。このよう
な構造にすると、縦続配置（積層）されたヘテロ構造を
いくつもの積層構成に分けて個別に制御することができ
るようになる。
【００５８】上に述べたデバイスは、分子線エピタキシ
ャル成長や、気相エピタキシャル成長（例えば気相反応
法（ＣＶＤ法））のような標準的エピタキシャルプロセ
ス技術を用いて製造する。本発明に基づくデバイスを実
現するための製造技術には、半導体層成長、不純物添加
（ドーピング）、原子プレーナ層又はδドーピング、フ
ォトリソグラフィ、及び接触金属被覆、等があり、これ
らはいずれも当業者に周知である。
ャル成長や、気相エピタキシャル成長（例えば気相反応
法（ＣＶＤ法））のような標準的エピタキシャルプロセ
ス技術を用いて製造する。本発明に基づくデバイスを実
現するための製造技術には、半導体層成長、不純物添加
（ドーピング）、原子プレーナ層又はδドーピング、フ
ォトリソグラフィ、及び接触金属被覆、等があり、これ
らはいずれも当業者に周知である。
【００５９】以上、縦続配置したＭＯＤドーピング半導
体ヘテロ構造を有し電子制御される半導体デバイスの製
造用の材料として、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓに
ついて説明したが、半導体の材料は、ＩＩＩ−Ｖ族の材
料中の他の組み合せ、例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、Ｇ
ａＡｓＳｂ／ＧａＡｌＡｓＳｂ、及びＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ、等から選んでもよい。これらの半導体構造にお
いては、構成層をこれに適したＧａＡｓ又はＩｎＰ基板
に格子整合（マッチング）させる。基板上に層が歪んで
成長するようなミスマッチングの場合も考えられてい
る。最後に、本発明に基づくデバイス構造を、ＩＩ−Ｖ
Ｉ族及びＩＶ族の半導体材料に適用することも考えられ
ている。
体ヘテロ構造を有し電子制御される半導体デバイスの製
造用の材料として、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｌＡｓに
ついて説明したが、半導体の材料は、ＩＩＩ−Ｖ族の材
料中の他の組み合せ、例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、
ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＧａＡｓ／ＡｌＡｓ、Ｇ
ａＡｓＳｂ／ＧａＡｌＡｓＳｂ、及びＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ、等から選んでもよい。これらの半導体構造にお
いては、構成層をこれに適したＧａＡｓ又はＩｎＰ基板
に格子整合（マッチング）させる。基板上に層が歪んで
成長するようなミスマッチングの場合も考えられてい
る。最後に、本発明に基づくデバイス構造を、ＩＩ−Ｖ
Ｉ族及びＩＶ族の半導体材料に適用することも考えられ
ている。
【００６０】以上の説明は、本発明の一実施例に関する
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
もので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々
の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術
的範囲に包含される。
【００６１】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、Ｍ
ＯＤドーピングヘテロ構造を縦続配置して半導体デバイ
スを構成しているので、デバイスの静電容量が小さくな
る。又、ＭＯＤドーピング半導体ヘテロ構造において、
傾斜バンドギャップを有する半導体層を含む伝達障壁領
域によって、ドーピングした電荷貯蔵領域から狭幅のバ
ンドギャップを有する活性領域へのキャリヤ（電子）の
流れを容易にする一方、分離障壁領域を設けて、傾斜バ
ンドギャップを有するこの領域とこれに付随する活性領
域との内部にキャリヤの流れをほぼ閉じ込めて、漏洩電
流を最小にするように構成した。
ＯＤドーピングヘテロ構造を縦続配置して半導体デバイ
スを構成しているので、デバイスの静電容量が小さくな
る。又、ＭＯＤドーピング半導体ヘテロ構造において、
傾斜バンドギャップを有する半導体層を含む伝達障壁領
域によって、ドーピングした電荷貯蔵領域から狭幅のバ
ンドギャップを有する活性領域へのキャリヤ（電子）の
流れを容易にする一方、分離障壁領域を設けて、傾斜バ
ンドギャップを有するこの領域とこれに付随する活性領
域との内部にキャリヤの流れをほぼ閉じ込めて、漏洩電
流を最小にするように構成した。
【００６２】したがって、従来技術によるデバイスに比
較して、偏波に対する独立性と、より高い固有速度とを
有するという利点を備えた、縦続配置可能なＭＯＤドー
ピングヘテロ構造からなる半導体デバイスが得られる。
較して、偏波に対する独立性と、より高い固有速度とを
有するという利点を備えた、縦続配置可能なＭＯＤドー
ピングヘテロ構造からなる半導体デバイスが得られる。
【００６３】ヘテロ構造を縦続配置できることによっ
て、作動電位を顕著に増大させることなく光信号を変調
するために、屈折率又は吸収係数を大きく変化させるこ
とが可能となる。縦続配置されたＭＯＤドーピングヘテ
ロ構造は、例えば導波路構造に組み込むことにより、外
部変調器として、空洞内波長同調素子として、又は光ポ
ンピングしたレーザとしてさえも用いることができるよ
うになる。
て、作動電位を顕著に増大させることなく光信号を変調
するために、屈折率又は吸収係数を大きく変化させるこ
とが可能となる。縦続配置されたＭＯＤドーピングヘテ
ロ構造は、例えば導波路構造に組み込むことにより、外
部変調器として、空洞内波長同調素子として、又は光ポ
ンピングしたレーザとしてさえも用いることができるよ
うになる。
【図１】偏波に左右されない、縦続配置可能なＭＯＤド
ーピングヘテロ構造を導波路層に組み込んだ半導体導波
路デバイスの概略斜視図である。
ーピングヘテロ構造を導波路層に組み込んだ半導体導波
路デバイスの概略斜視図である。
【図２】縦続配置可能なＭＯＤドーピングヘテロ構造に
対して直角の方向において半導体に光が入射するよう
な、本発明に基づく半導体導波路デバイスの概略断面図
である。
対して直角の方向において半導体に光が入射するよう
な、本発明に基づく半導体導波路デバイスの概略断面図
である。
【図３】縦続配置可能なＭＯＤドーピングヘテロ構造に
対して直角の方向において半導体に光が入射するよう
な、本発明に基づく半導体導波路デバイスの概略断面図
である。
対して直角の方向において半導体に光が入射するよう
な、本発明に基づく半導体導波路デバイスの概略断面図
である。
【図４】傾斜のあるバンドギャップを有する縦続配置可
能なＭＯＤドーピングヘテロ構造からなる半導体層の概
略断面図である。
能なＭＯＤドーピングヘテロ構造からなる半導体層の概
略断面図である。
【図５】本発明に基づく、バイアス電位をかけない場合
の、１個のＭＯＤドーピングヘテロ構造についてのエネ
ルギーバンドの概観図である。
の、１個のＭＯＤドーピングヘテロ構造についてのエネ
ルギーバンドの概観図である。
【図６】本発明に基づく、バイアス電位をかけた場合
の、１個のＭＯＤドーピングヘテロ構造についてのエネ
ルギーバンドの概観図である。
の、１個のＭＯＤドーピングヘテロ構造についてのエネ
ルギーバンドの概観図である。
【図７】本発明に基づく、傾斜バンドギャップを有し、
相互に縦続配置さされた４個のＭＯＤドーピングヘテロ
構造についてのエネルギーバンドの概観図である。
相互に縦続配置さされた４個のＭＯＤドーピングヘテロ
構造についてのエネルギーバンドの概観図である。
【図８】本発明に基づく他の実施例における、バイアス
電位をかけない場合の、１個のＭＯＤドーピングヘテロ
構造についてのエネルギーバンドの概観図である。
電位をかけない場合の、１個のＭＯＤドーピングヘテロ
構造についてのエネルギーバンドの概観図である。
【図９】本発明に基づく別の実施例における、バイアス
電位をかけない場合の、１個のＭＯＤドーピングヘテロ
構造についてのエネルギーバンドの概観図である。
電位をかけない場合の、１個のＭＯＤドーピングヘテロ
構造についてのエネルギーバンドの概観図である。
【図１０】本発明に基づく更に別の実施例における、バ
イアス電位をかけない場合の、１個のＭＯＤドーピング
ヘテロ構造のエネルギーバンドの概観図である。
イアス電位をかけない場合の、１個のＭＯＤドーピング
ヘテロ構造のエネルギーバンドの概観図である。
１０、１４、２０、２１、３０、３１ 接点（電極） １１、１３ クラッド領域 １２ 導波路領域 ２２ ３２ 光信号 ２３、３３ 変調された光信号 ２４ 回路素子 ４０ モジュレーションドーピング（ＭＯＤドーピン
グ）ヘテロ構造 ４１ 電荷貯蔵領域層 ４２、１００、２００ 伝達障壁領域層 ４３、４９ 活性領域層 ４４、４５、４６ 分離障壁領域層 ４７、４８ バッファ層 ５０、６０、７０ フェルミ準位 ７１、７２、７３、７４ 周期的構成部分 １０１、１０２、１０３、１０４ 伝達障壁領域の半導
体層 ２０１−１〜２０１−Ｎ 伝達障壁領域の狭幅バンドギ
ャップ材の層 ２０２−１〜２０２−Ｎ 伝達障壁領域の広幅バンドギ
ャップ材の層 Ｖ0 バイアス電位 ｈω 平均光子エネルギー Ｌｚ 活性領域厚さ Ｅｃ 伝導帯下端エネルギー Ｅｖ 価電子帯上端エネルギー
グ）ヘテロ構造 ４１ 電荷貯蔵領域層 ４２、１００、２００ 伝達障壁領域層 ４３、４９ 活性領域層 ４４、４５、４６ 分離障壁領域層 ４７、４８ バッファ層 ５０、６０、７０ フェルミ準位 ７１、７２、７３、７４ 周期的構成部分 １０１、１０２、１０３、１０４ 伝達障壁領域の半導
体層 ２０１−１〜２０１−Ｎ 伝達障壁領域の狭幅バンドギ
ャップ材の層 ２０２−１〜２０２−Ｎ 伝達障壁領域の広幅バンドギ
ャップ材の層 Ｖ0 バイアス電位 ｈω 平均光子エネルギー Ｌｚ 活性領域厚さ Ｅｃ 伝導帯下端エネルギー Ｅｖ 価電子帯上端エネルギー
Claims (20)
- 【請求項１】 電気信号に応答して、供給された光信号
を変化させるための半導体デバイスであって、少なくと
も第一のＭＯＤドーピング構造からなり、前記少なくと
も第一のＭＯＤドーピング構造は順に成長させたエピタ
キシャル領域を有し、前記順に成長させたエピタキシャ
ル領域は、その順に、第一の半導体材からなる、ドーピ
ングした電荷貯蔵領域と、真性半導体の伝達障壁領域
と、バンドギャップエネルギーが前記第一の半導体材の
バンドギャップエネルギーより小さい第二の半導体材か
らなる活性領域と、真性半導体である第三の半導体材か
らなる第一及び第二の層と、前記第一及び第二の層の間
に設けたドーピングした第三の層とを有し、前記ドーピ
ングした電荷貯蔵領域と前記ドーピングした第三の層と
が相反する伝導極性形式を有するようにした、前記活性
領域からのキャリヤの流れの通過をほぼ阻止するための
分離障壁領域と、その領域の外端における伝導帯及び価
電子帯の境界条件を前記ドーピングした電荷貯蔵領域の
外端における伝導帯及び価電子帯の境界条件にほぼマッ
チさせるための前記第一の半導体材からなる、ドーピン
グした境界領域と、からなり、前記ドーピングした境界
領域と前記ドーピングした電荷貯蔵領域とは、互いに類
似の伝導極性形式を有し、前記伝達障壁領域は、各々異
なるエネルギーバンドギャップを有するとともに、前記
ドーピングした電荷貯蔵領域から前記活性領域までのバ
ンドギャップの有効な変化勾配が得られるように構成さ
れた少なくとも第四及び第五の半導体材からなる層を有
する、ようにしたことを特徴とする半導体デバイス。 - 【請求項２】 前記伝達障壁領域が、相異なるエネルギ
ーバンドギャップを有するとともに前記ドーピングした
電荷貯蔵領域のバンドギャップエネルギーから前記活性
領域のバンドギャップエネルギーまでほぼ連続した組成
傾斜を生じさせるようにした複数の層、からなることを
特徴とする請求項１のデバイス。 - 【請求項３】 前記伝達障壁領域が、相異なるエネルギ
ーバンドギャップを有するとともに前記ドーピングした
電荷貯蔵領域のバンドギャップエネルギーから前記活性
領域のバンドギャップエネルギーより大きいバンドギャ
ップエネルギーまでほぼ連続した組成傾斜を生じさせる
ようにした複数の層、からなり、前記活性領域が、励起
子ボーア半径の２倍より大きい厚さ寸法を有するように
したことを特徴とする請求項１のデバイス。 - 【請求項４】 前記伝達障壁領域が、相異なるエネルギ
ーバンドギャップを有するとともに前記ドーピングした
電荷貯蔵領域のバンドギャップエネルギーから前記活性
領域のバンドギャップエネルギーまでほぼ段階的に直線
状をなす組成傾斜を生じさせるようにした複数の層、か
らなることを特徴とする請求項１のデバイス。 - 【請求項５】 前記伝達障壁領域が、相異なるエネルギ
ーバンドギャップを有するとともに前記ドーピングした
電荷貯蔵領域のバンドギャップエネルギーから前記活性
領域のバンドギャップエネルギーより大きいバンドギャ
ップエネルギーまでほぼ段階的に直線状をなす組成傾斜
を生じさせるようにした複数の層、からなり、前記活性
領域が、励起子ボーア半径の２倍より大きい厚さ寸法を
有するようにしたことを特徴とする請求項１のデバイ
ス。 - 【請求項６】 前記伝達障壁領域が、順次交代に配列さ
れて傾斜超格子を形成するようにした複数の狭幅のバン
ドギャップの層と、これに対応する複数の、より広幅の
バンドギャップの層とからなり、前記複数の狭幅のバン
ドギャップの層の厚さが前記電荷貯蔵領域から前記活性
領域まで順次増加し、前記複数の、より広幅のバンドギ
ャップの層の厚さ寸法が、トンネル現象により電子が通
過できるように十分小さく、前記複数の狭幅のバンドギ
ャップの層が、前記活性領域のバンドギャップエネルギ
ーに対して、より大きいか又は等しいエネルギーバンド
ギャップを有するようにしたことを特徴とする請求項１
のデバイス。 - 【請求項７】 前記複数の、より広幅のバンドギャップ
層が、前記電荷貯蔵領域のエネルギーバンドギャップに
ほぼ等しいエネルギーバンドギャップを有するようにし
たことを特徴とする請求項６のデバイス。 - 【請求項８】 前記活性領域が、励起子ボーア半径の２
倍より大きい厚さ寸法を有するようにしたことを特徴と
する請求項１のデバイス。 - 【請求項９】 前記ＭＯＤドーピング構造が更に、前記
伝達障壁領域と前記活性領域との間にエピタキシャル成
長させた真性半導体のスペーサ層を有するようにしたこ
とを特徴とする請求項３のデバイス。 - 【請求項１０】 電気信号に応答して、供給された光信
号を変化させるための半導体デバイスであって、少なく
とも第一及び第二のＭＯＤドーピング構造からなり、前
記少なくとも第一及び第二のＭＯＤドーピング構造は各
々、順に成長させたエピタキシャル領域を有し、前記順
に成長させたエピタキシャル領域は、その順に、第一の
半導体材からなる、ドーピングした電荷貯蔵領域と、真
性半導体の伝達障壁領域と、バンドギャップエネルギー
が前記第一の半導体材のバンドギャップエネルギーより
小さい第二の半導体材からなる活性領域と、真性半導体
である第三の半導体材からなる第一及び第二の層と、前
記第一及び第二の層の間に設けたドーピングした第三の
層とを有し、前記ドーピングした電荷貯蔵領域と前記ド
ーピングした第三の層とが相反する伝導極性形式を有す
るようにした、前記活性領域からのキャリヤの流れの通
過をほぼ阻止するための分離障壁領域と、その領域の外
端における伝導帯及び価電子帯の境界条件を前記ドーピ
ングした電荷貯蔵領域の外端における伝導帯及び価電子
帯の境界条件にほぼマッチさせるための前記第一の半導
体材からなる、ドーピングした境界領域と、からなり、
前記ドーピングした境界領域と前記ドーピングした電荷
貯蔵領域とは、互いに類似の伝導極性形式を有し、前記
伝達障壁領域は、各々異なるエネルギーバンドギャップ
を有するとともに、前記ドーピングした電荷貯蔵領域か
ら前記活性領域までのバンドギャップの有効な傾斜が得
られるように構成された少なくとも第四及び第五の半導
体材からなる層を有する、ようにしたことを特徴とする
半導体デバイス。 - 【請求項１１】 前記伝達障壁領域が、相互に異なるエ
ネルギーバンドギャップを有するとともに前記ドーピン
グした電荷貯蔵領域のバンドギャップエネルギーから前
記活性領域のバンドギャップエネルギーまでほぼ連続し
た組成傾斜を生じさせるようにした複数の層、からなる
ことを特徴とする請求項１０のデバイス。 - 【請求項１２】 前記伝達障壁領域が、相互に異なるエ
ネルギーバンドギャップを有するとともに前記ドーピン
グした電荷貯蔵領域のバンドギャップエネルギーから前
記活性領域のバンドギャップエネルギーより大きいバン
ドギャップエネルギーまでほぼ連続した傾斜を生じさせ
るようにした複数の層、からなり、前記活性領域が、励
起子ボーア半径の２倍より大きい厚さ寸法を有するよう
にしたことを特徴とする請求項１１のデバイス。 - 【請求項１３】 前記伝達障壁領域が、相互に異なるエ
ネルギーバンドギャップを有するとともに前記ドーピン
グした電荷貯蔵領域のバンドギャップエネルギーから前
記活性領域のバンドギャップエネルギーまでほぼ段階的
に直線状をなす組成傾斜を生じさせるようにした複数の
層、からなることを特徴とする請求項１０のデバイス。 - 【請求項１４】 前記伝達障壁領域が、相互に異なるエ
ネルギーバンドギャップを有するとともに前記ドーピン
グした電荷貯蔵領域のバンドギャップエネルギーから前
記活性領域のバンドギャップエネルギーより大きいバン
ドギャップエネルギーまでほぼ段階的に直線状の組成傾
斜を生じさせるようにした複数の層、からなり、前記活
性領域が、励起子ボーア半径の２倍より大きい厚さ寸法
を有するようにしたことを特徴とする請求項１０のデバ
イス。 - 【請求項１５】 前記伝達障壁領域が、順次交代に配列
されて超格子を形成するようにした複数の狭幅のバンド
ギャップ層と、これに対応する複数の、より広幅のバン
ドギャップ層とからなり、前記複数の狭幅のバンドギャ
ップ層の厚さが前記電荷貯蔵領域から前記活性領域まで
順次増加し、前記複数の、より広幅のバンドギャップ層
の厚さ寸法が、トンネル現象によって電子が通過できる
ように十分小さく、前記複数の狭幅バンドギャップ層
が、前記活性領域のバンドギャップエネルギーに対して
より大きいか又は等しいエネルギーバンドギャップを有
するようにしたことを特徴とする請求項１０のデバイ
ス。 - 【請求項１６】 前記複数の、より広幅バンドギャップ
層が、前記電荷貯蔵領域のエネルギーバンドギャップに
ほぼ等しいエネルギーバンドギャップを有するようにし
たことを特徴とする請求項１５のデバイス。 - 【請求項１７】 前記活性領域が、励起子ボーア半径の
２倍より大きい厚さ寸法を有するようにしたことを特徴
とする請求項１６のデバイス。 - 【請求項１８】 前記ＭＯＤドーピング構造が更に、前
記伝達障壁領域と前記活性領域との間にエピタキシャル
成長させた真性半導体のスペーサ層を有するようにした
ことを特徴とする請求項１のデバイス。 - 【請求項１９】 前記ＭＯＤドーピング構造が更に、前
記伝達障壁領域と前記活性領域との間にエピタキシャル
成長させた真性半導体のスペーサ層を有するようにした
ことを特徴とする請求項１０のデバイス。 - 【請求項２０】 電気信号に応答して、供給された光信
号を変化させるための半導体デバイスであって、少なく
とも第一及び第二のＭＯＤドーピング構造からなり、前
記少なくとも第一及び第二のＭＯＤドーピング構造は各
々、順に成長させたエピタキシャル領域を有し、前記順
に成長させたエピタキシャル領域は、その順に、第一の
半導体材からなる、ドーピングした電荷貯蔵領域と、前
記電荷貯蔵領域のエネルギーバンドギャップにほぼ等し
いエネルギーバンドギャップを有する真性半導体の伝達
障壁領域と、バンドギャップエネルギーが前記第一の半
導体材のバンドギャップエネルギーより小さい第二の半
導体材からなり且つ励起子ボーア半径の２倍より大きい
厚さ寸法を有する活性領域と、真性半導体である第三の
半導体材からなる第一及び第二の層と、前記第一及び第
二の層の間に設けたドーピングした第三の層とを有し、
前記ドーピングした電荷貯蔵領域と前記ドーピングした
第三の層とが相反する伝導極性形式を有するようにし
た、前記活性領域からのキャリヤの流れの通過をほぼ阻
止するための分離障壁領域と、その領域の外端における
伝導帯及び価電子帯の境界条件を前記ドーピングした電
荷貯蔵領域の外端における伝導帯及び価電子帯の境界条
件にほぼマッチさせるための前記第一の半導体材からな
る、ドーピングした境界領域と、からなり、前記ドーピ
ングした境界領域と前記ドーピングした電荷貯蔵領域と
は、互いに類似の伝導極性形式を有する、ようにしたこ
とを特徴とする半導体デバイス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/558,940 US5034783A (en) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | Semiconductor device including cascadable polarization independent heterostructure |
| US558940 | 1990-07-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04233775A JPH04233775A (ja) | 1992-08-21 |
| JPH0758807B2 true JPH0758807B2 (ja) | 1995-06-21 |
Family
ID=24231619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20720191A Expired - Fee Related JPH0758807B2 (ja) | 1990-07-27 | 1991-07-25 | 半導体デバイス |
Country Status (3)
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| EP (2) | EP0468709B1 (ja) |
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