NL8304008A - Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling. - Google Patents
Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8304008A NL8304008A NL8304008A NL8304008A NL8304008A NL 8304008 A NL8304008 A NL 8304008A NL 8304008 A NL8304008 A NL 8304008A NL 8304008 A NL8304008 A NL 8304008A NL 8304008 A NL8304008 A NL 8304008A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- semiconductor
- active
- semiconductor material
- active region
- semiconductor device
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
- H01S5/042—Electrical excitation ; Circuits therefor
- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
- H01S5/0422—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer
- H01S5/0424—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers with n- and p-contacts on the same side of the active layer lateral current injection
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/40—Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
- H01S5/4025—Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
- H01S5/4031—Edge-emitting structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/3428—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers layer orientation perpendicular to the substrate
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
p « * EHN 10.842 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.
Half geleider inrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling.
De uitvinding heeft betrekking op een halfgeleider inrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling in een actief laagvormig halfgeleidergebied waarbij het actieve gebied is opgebouwd uit tenminste een actieve laag of draad van een eerste halfgeleidermateriaal 5 gelegen tussen barrièrelagen van een tweede halfgeleidermateriaal, waarbij het stralingsreccmbinatievermogen van het eerste halfgeleidermateriaal hoog is ten opzichte van dat van het tweede halfgeleidermateriaal.
Halfgeleiderinrichtingen voor het opwekken van elektro-magnetische straling worden op verschillende gebieden van de techniek toege-10 past. De onderhavige uitvinding richt zich in het bijzonder op halfgeleiderinrichtingen waarbij de opgewekte straling coherent is, de zogenaamde halfgeleiderlasers. De golflengte van de uitgezonden straling kan daarbij in het zichtbare gebied van het spectrum liggen maar ook bijvoorbeeld in het infrarode of ultraviolette gebied.
15 Halfgeleiderinrichtingen van de in de aanhef genoemde soort zijn ontstaan uit de wans half geleiderlasers te vervaardigen met een kortere golflengte dan de tot op heden meest gebruikte zogenaamde dubbele hetero-overgang (DH) lasers met een laagvormig actief gebied van bijvoorbeeld galliumarseen (Gafts) of galliumraluminiunersenide (AlGaAs) met een 20 kleinere bandafstand die gelegen is tussen twee tegengesteld gedoteerde passieve bekledingslagen van materiaal met een grotere bandafstand dan die van het actieve materiaal, zoals galliimraluminiumarsenide (AlGaAs) waarbij de grotere bandafstand het gevolg is van een hoger aluminiumgehalte.
De door deze bekende half geleiderlasers opgewekte straling heeft 25 (in lucht) doorgaans een golflengte van 800 a 900 nanometer. Om diverse redenen is het gewenst lasers te vervaardigen die straling met een kartere golflengte uitzenden. Zo is bijvoorbeeld bij het opslaan van informatie in beeld- en geluiddragers (VLP, DOR, compact disc) de benodigde hoeveelheid oppervlakte voor één bitinformatie omgekeerd evenredig met het kwa-30 draat van de golflengte van de laserstraling. Een halvering van deze .golflengte biedt hier dus de mogelijkheid van een verviervoudiging van de informatiedichtheid. Een bijkomend voordeel is dat bij kartere golflengtes met eenvoudiger optiek kan worden volstaan.
83 04 00 8
« V
PHN 10.842 2
In halfgeleider inrichtingen van de in de aanhef genoemde soort kunnen in de lagenstruktuur van het actieve gebied, afhankelijk van de ophouw van deze lagenstruktuur diverse effekten optreden. Een eerste effect dat op kan treden is het zogeheten "quantum-well-effect".
5 Het 'Quantum-well-effect treedt qp wanneer een zéér dunne laag van een eerste vhalf geleidermateriaal is opgesloten tussen twee lagen van een tweede halfgeleidermateriaal met grotere bandafstand dan het eerste materiaal. Het heeft ten gevolge dat de effectieve bandaf stand in de zeer dunne laag van het eerste materiaal groter, en derhalve de 10 golflengte van de opgewekte straling korter wordt. Hierbij kunnen één of meerdere lagen van het eerste halfgeleidermateriaal zich (in het actieve gebied) bevinden tussen de lagen van het tweede halfgeleider-materiaal. Indien de lagen van het eerste halfgeleidermateriaal zeer dicht bij elkaar liggen kan het zogenaamde "zonefolding" effect optreden 15 doordat deze lagen een superroosterstructuur vormen. Het "zone folding" effect treedt op als gevolg van de superrooster-structuur en resulteert in de conversie van "indirect" halfgeleidermateriaal tot, met betrekking tot de bandovergangen van ladingsdragers, effectief "direct" halfgeleidermateriaal.Dit verhoogt de stralingsovergangswaarschijnlijkheid van de 20 ladingsdragers, zodat een hoge stralingsdichtheid kan worden bereikt.
Voor een beschrijving van het "quantum well"-effect wordt verwezen naar onder meer het artikel van Holonyak et al in IEEE Journal of Quantum Electronics Vol. GE 16, 1980, p. 170-184.
Voor een beschrijving van het "zone folding" effect wordt ver-25 wezen naar bijvoorbeeld het artikel van Osbourn et al in Applied Physics Letters, Vol. 41 (1982) p. 172-174.
Ook kan in de actieve laag zogeheten "isoelectronische dotering plaatsvinden waarbij in een half geleider inrichting van de in de aanhef beschreven soort in het actieve gebied het eerste halfgeleidermateriaal 30 in een draadvorm of laagvormig is aangebracht waarbij de afmetingen van de draad respectievelijk de laag, gezien in een richting loodrecht qp de draad respectievelijk de laag ten hoogste gelijk is aan de dikte van twee monomoleculaire lagen van het eerste halfgeleidermateriaal.
Een dergelijke halfgeleiderinrichting is beschreven in de niet-35 vóórgepubliceerde Octrooiaanvrage No. 8301187 (PHN 10.639) van Aanvraagster.
In de hierboven beschreven laserstructuren is een actieve laag gelegen tussen een tweetal halfgeleiderlagen of -zones met een grotere 8304008 PHN 10.842 3 bandafstand dan de effectieve bandafstand van het actieve gebied. Dergelijke passieve half geleiderlagen die ertoe dienen cm de opgewekte straling zoveel mogelijk binnen de actieve laag pp te sluiten zijn in dergelijke lasers van tegengesteld geleidingstype en zijn bovendien voorzien 5 van elektroden. Via deze elektroden worden ladingdragers toegevoerd die in de actieve laag de gewenste bezettingsinversie en daarmee laserstra-ling veroorzaken.
Met name in die gevallen waarin het actieve gebied een "quantum-weir'-structuur bezit of verkregen is door iso-elektranische dotering 10 kunnen zich problemen voordoen ardat de injectie van ladingdragers plaatsvindt in een richting loodrecht pp de vlakken van actief materiaal met een hoog stralingsreccnbinatievermogen. Voor een enkelvoudige "quantunr well"-structuur is dit probleem gesignaleerd in het tijdschriftartikel "Very narrow graded-barrier single quantum well lasers grown by metal-15 organic chemical vapor deposition" door D. Kasemset etal. verschenen in applied Physics Leteers, 41 (10), 15 November 1982, pag. 912-914. Het genoemde probleem bestaat hierin da¥?8§^ geïnjecteerde ladingdragers die in deze lagen bezettingsinversie moeten veroorzaken de invangkans zeer gering is, met name wanneer de laagdikte kleiner wordt dan de gemiddelde 20 vrije weglengte van de ladingdragers in het betreffende materiaal (van de actieve laag).
Voor de configuratie met een enkelvoudige "quantum-well" wordt in het genoemde artikel een oplossing voorgesteld waarbij de actieve laag zich bevindt tussen twee opsluitlagen met een verloop in de bandafstand, 25 waarbij de opsluitlagen over een afstand van 220 nanometer een geleidelijke toename in bandafstand vertonen. Hierdoor treedt strooiing pp van de ladingdragers en worden deze via reccxribinatieprocessen ingevangen in de eigenlijke “quantum-well". Op deze wijze is het mogelijk tot een enkelvoudige "quantum-well" laser te kanen met een breedte van de "quantum-30 veil" (in het geval van galliumarseen) van 75 nanometer.
Bij haIf geleiderlasers voorzien van iso-electronisch gedoteerde actieve gebieden doen bovenstaande problemen zich in nog ergere mate voor omdat hier de actieve lagen (of draden) ten hoogste twee moncmoleculaire lagen dik zijn en deze structuren als het ware 35 gezien moeten worden als het grensgeval van een "quantum-well"-structuur.
De uitvinding stelt zich ten doel een halfgeleider inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen waarbij een hoog rende- ---- * ' - _ 8304008 ΡΗΝ 10.842 4 Λ \ ment wordt verkregen doordat zoveel mogelijk geïnjecteerde ladingdragers bijdragen tot de bezettingsinversie in de actieve lagen met hoog stralings-recombinatievermogen.
Zij berust pp het inzicht dat dit bereikt kan worden door de 5 te injecteren ladingdragers niet dwars pp de actieve lagen te injecteren, maar deze zich zoveel mogelijk langs deze gebieden te laten bewegen, waardoor de kans op invang wordt vergroot.
Een halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk dat het actieve gebied —--;-.......—. —- aan twee zijden 10 wordt begrensd door halfgeleidergebieden van het tweede halfgeleider-materiaal van respectievelijk een eerste en een tweede aan het eerste tegengesteld geleidingstype.
Ladingdragers worden nu ofwel direct in de actieve lagen van het eerste halfgeleidermateriaal geïnjecteerd en veroorzaken bezettings-15 inversie ofwel in de passieve lagen van het tweede halfgeleidermateriaal geïnjecteerd.
Door het verschil in stralingsrecombinatievermogen hebben de ladingdragers in het passieve materiaal van de barriêrelagen een levensduur die veel groter (in de orde van 1.000 a 10.000 maal) is dan in het 20 actieve materiaal. Door een geschikte keuze van de afstand tussen de begrenzende halfgeleidergebieden wordt nu bereikt dat weliswaar een aantal ladingdragers, afhankelijk van de levensduur van deze ladingdragers en de gebruikscondities, het gehele traject door één van de barriêrelagen doorloopt maar toch een groot gedeelte door botsingsprocessen en andere 25 verstrooiingsprocessen wordt verstrooid naar de actieve lagen waar zij ten gevolge van de daar geldende veel kortere levensduur recombineren en de gewenste straling uitzenden.
Zoals hierboven beschreven is de genoemde maatregel uitermate effectief bij lasers van het "quanturrwell" type en bij lasers waar het 30 actieve gebied is verkregen door middel van isoelectronische dotering.
Een eerste voorkeursuitvoering van een halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding heeft dan ook het kenmerk dat het actieve gebied is opgebouwd uit een lagenstructuur met meerdere actieve lagen van het eerste halfgeleidermateriaal van onderling praktisch gelijke dikte die 35 gelegen zijn tussen en gescheiden worden door barriêrelagen van het tweede halfgeleidermateriaal.
Voor een goede laserwerking is het noodzakelijk dat de opgewekte electromagnetische golf opgesloten blijft in het actieve gebied. Hiertoe 8 3 0 4 0 0 8 * «.
PHN 10.842 5 bevindt dit gebied zich bij voorkeur tussen twee gebieden met een lagere brekingsindex. Voor het opsluiten van de elektromagnetische golf in laterale richting zijn in een halfgeleider inrichting volgens de uitvinding de begrenzende halfgeleidergebieden van het eerste en tweede geleidings-5 type bij voorkeur zo hoog gedoteerd, dat degeneratie optreedt. In dit verband wordt onder degeneratie verstaan dat een zodanig hoge veront-reinigingsconcentratie is aangebracht dat het Fertni-niveau in de geleidings-band (n-type degeneratie) ofwel de valentieband (p-type degeneratie) ligt. Ten gevolge van de zogeheten "Burstein-verschuiving" treedt daardoor 10 een effectieve verlaging op van het reëele deel van de brekingsindex in deze gebieden. Bovendien geeft de hoge datering van deze gebieden aanleiding tot super injectie in de lagen van het eerste halfgeleider-materiaal, waardoor sneller bezettingsinversie optreedt.
In de longitudinale en transversale richting kunnen de di-15 mensies zodanig gekozen worden dat optimale laserwerking wordt verkregen.
Zo wordt bij voorkeur de dikte van het actieve gebied gelijk gekozen 1 aan praktisch ^ maal de uitgezonden golflengte (n=brekings index van het tveede halfgeleidermateriaal), omdat dan de optische flux een optimale versterking ondervindt, hetgeen een optimaal rendanent oplevert.
20 De uitvinding zal thans nader warden besproken aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening waarin
Figuur 1 schematisch een halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding toont, terwijl
Figuur 2 schematisch een beeld geeft van de energieniveaus in 25 het actieve gebied van de inrichting van Figuur 1 ten opzichte van de richting van het ladingdragerstransport en de Figuren 3 t/m 4 schematisch in doorsnede de inrichting van Figuur 1 tonen tijdens verschillende stadia van zijn vervaardiging.
De figuren zijn zuiver schematisch en niet qp schaal getekend, waarbij 30 cmweille van de duidelijkheid in het bijzonder de afmetingen in de dikte-richitng sterk zijn overdreven. Overeenkomstige delen zijn als regel met dezelfde verwij zingscijfers aangeduid. Half geleidergebieden van hetzelfde geleidingstype zijn in dezelfde richting gearceerd.
Figuur 1 geeft schematisch gedeeltelijk in dwarsdoorsnede en ge-35 deeltelijk in perspectief een halfgeleiderinrichting volgaas de uit-vinging veer, in dit geval een halfgeleiderlaser bevattende een semi-isolerend substraat 2 van galliumfosfide met een dikte van circa 80 micrometer en afmetingen van circa 300 micrometer bij erica 250 micrometer.
8304008
V
EHN 10.842 6
Op dit substraat bevindt zich een actief gebied 3 met een breedte van ongeveer 2 micrometer bij een lengte van circa 250 micrometer. Het actieve gebied. 3 bevat in dit geval een multi-quantumrwell structuur en is qpge-bouvd uit afwisselend actieve lagen 4 met kleine bandafstand en barrière-5 lagen 5 met grote bandaf stand. De actieve lagen bevatten in dit voorbeeld galliumfosfide en hebben een dikte van ongeveer 1 nanometer, terwijl de barrièrelagen uit aluminiumf osf ide bestaan en een dikte van circa 6 nano-• meter bezitten.
De actieve lagen kunnen zelfs zo dun zijn dat zij slechts één 10 of ten hoogste twee moncmoleculaire lagen galliumfosfide bevatten en een dikte van ten hoogste 0,6 nanometer bezitten. In dit laatste geval is er niet langer sprake van een quantum-well structuur, maar spreekt men van iso-elektronische doping zoals nader is beschreven in de genoemde Nederlandse octrooiaanvrage No. 8201187.
15 Volgens de uitvinding wordt het actieve gebied 3 zijdelings be grensd door een eerste halfgeleidergebied 6 van n-type aluminiumf osf ide en een tweede halfgeleidergebied 7 van p-type aluminiumf osf ide. De beide half-geleidergebieden 'zijn hooggedoteerd en voor verdere contactering voorzien van resp. hooggedoteerde contactlagen 8 (n-type) -en 9 (p-type) van gallium-2o fosf ide. Bij voorkeur begrenzen zij het gebied 3 over de gehele dikte van dit gebied 3.
Het actieve gebied 3 is bovendien aan zijn bovenzijde bedekt met een beschermingslaag 10 van boomitride. Het materiaal van deze laag 10 heeft een lagere brekingsindex dan die van het actieve gebied 3 en vormt 25 samen met het semi-isolerende substraat 2 de transversale begrenzing van de trilholte waarin de electronenmagnetische straling wordt opgewekt. De laterale modi van de straling warden beperkt doordat de brekingsindex in de hooggedoteerde gebieden 6 en 7 effectief verlaagd wordt door de zogeheten "Burstein-verschuiving".In de longitudinale richting tenslotte vormen 3Q de eindvlakken van het actieve gebied 3 gedeeltelijk doorlatende spiegels voor de opgewekte straling zodat deze straling de laser 1 verlaat in een richting loodrecht qp dit vlak.In Figuur 1 is dit schematisch aangegeven door de bundel 11 .De golflengte van de straling bedraagt ca. 530 nanometer. Voor een optimaal rendement wordt voor de dikte van het gebied 3 ca.
35_ 0,2 micrometer gekozen (de brekingsindex van aluminiumf osf ide bedraagt ca.2,8).
Aan de hand van Figuur 2 zullen thans de voordelen van de structuur volgens de uitvinding nader uiteengezet worden. Figuur 2 toont een energiediagram van het actieve gebied 3 waarbij in verticale richting de 3304008 PHN 10.842 7 energieniveaux van de ladingdragers zijn uitgezet. In horizontale richting is het verloop van respectievelijk de geleiciagsband 12 en de valentie-band 13 uitgezet voor een materiaal opgebouwd uit afwisselende lagen van twee halfgeleiders met verschillende bandafstand overeenkomend met 5 een soortgelijke samenstelling als die van het actieve gebied 3 in de inrichting van Figuur 1. De bandafstanden 14 en 15 kanen hierbij overeen met die van respectievelijk de actieve lagen 4 van galliumfosfide en de barriêrelagen 5 van aluminiumfosfide. De energieniveaux zijn getekend als vlakken doorlopend in een richting loodrecht op het vlak van tekening, 10 waarmee aangegeven wil zijn dat deze vlakken (ai de daarbij behorende energieniveaux) zich voortzetten over de gehele lengte van het actieve gebied 3. Voor de duidelijkheid zij tenslotte vermeld dat de richting van de materiaalvariatie in Figuur 2 90° gedraaid is ten opzichte van die in Figuur 1.
15 Het gebied 3 heeft een multi-quanturcwellstructuur, hetgeen erop neer kamt dat voor de ladingdragers (elektronen, gaten) ten gevolge van quantisatie-effecten energietoestanden worden gecreeërd in de schematische aangegeven vlakken 16 en 17 in de dunne lagen galliumfosfide.
De effectieve uitgezonden elektromagnetische straling in een dergelijk 20 gebied bezit dan een golflengte overeenkomend met de bijbehorende effectieve bandaf stand 17 (zie Figuur 2).
Cm bezettingsinversie te krijgen worden ladingdragers geïnjecteerd in het actieve gebied. In de tot nu toe bekende lasers met een dergelijke quantumrwellstructuur of met iso-elektronische vlakken vond 25 deze injectie plaats in een richting loodrecht op de vlakken waarin de quantisatie optreedt(h.l. de actieve lagen 3). Voor de electronen kwam dit er bijvoorbeeld op neer dat zij werden geïnjecteerd volgens een richting aangegeven met de pijl 19 in Figuur 2. Zoals hierboven reeds vermeld is daarbij de kans van invang in de actieve lagen 3 zeer gering.
30 In de halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding echter warden de electronen geïnjecteerd in de richting volgens de pijl 20. De niet direct in de lagen 3 geïnjecteerde elektronen besregen zich daarbij afhankelijk van de gemiddelde vrije weglengte, gedurende een relatief lange tijd in de barriêrelagen langs paden 21. Daarbij bezitten zij in het 35 indirecte aluminiumfosfide met laag stralingsreccmbinerend vermogen een levensduur in de orde van 100 ^usec. terwijl deze in het effectief directe galliumfosfide met hoog stralingsrecombinerend vermogen in de orde van enkele tientallen nanoseconden ligt.
8304008 FHN 10.842 8 w s:
De afstand tussen de halfgeleidergebieden 6 en 7 is zodanig gekozen dat deze onder de gebruikelijke bedrijfsspanning ongeveer gelijk is aan of iets minder dan de diffusie-recombinatielengte van de ladingdragers in het indirecte aluminiumfosf ide zodat een groot deel van de electronen g tijdens het doorlopen van de barriêrelagen via diverse botsingsmecha-nismen (electron-fonon-interactie, strooiing etc.) verstrooid warden naar de half geleiderlagen van effectief direct actief galliumfosfide. Deze processen geschieden binnen een zo korte tijd (in de orde van picoseconden) dat dit verwaarloosbaar is ten opzichte van de gemiddelde levensduur 10 van de ladingdragers in zowel, het aluminiumfosfide als het galliumfosfide. Voor de in het actieve gebied 3 geïnjecteerde gaten geldt een soortgelijke beschouwing als voor de electronen. Door de ladingdragers (¾) de geschetste wijze als het ware lateraal te injecteren treedt bezettings-inversie op van elektronen en gaten in de gequantiseerde vlakken 16,17.
15 Daarnaast wordt bezettingsinversie bewerkstelligd doordat zich aan de overgangen tussen de actieve lagen 3 en de halfgeleidergebieden 6,7 het verschijnsel superinjectie voordoet. Zo vormt bijvoorbeeld de overgang tussen het halfgeleidergebied 6. en een actieve laag 4 een hetero-overgang tussen een materiaal met een grote bandaf stand en 20 een materiaal met een kleine bandaf stand. Wanneer over een dergelijke hetero-overgang een voorwaartsspanning wordt aangelegd komt het quasi-Feminiveau in het actieve materiaal 4 (althans over korte afstand) boven de onderkant van de geleidingsband hetgeen dus plaatselijk tot bezettingsinversie aanleiding geeft. Een soortgelijke redenering geldt 25 voor de injectie van gaten via de hetero-overgang tussen het p-type gebied 7 en de actieve lagen 4. Voor een verdere verklaring van het verschijnsel superinjectie zij verwezen naar L.J. v. Ruyven "Phenomena at hetero junctions", verschenen in Annual Review of Materials Science,
Vol. 2, 1972, pagina's 501-528, in het bijzonder pagina's 524-525.
30 Door de hoge datering met verontreinigingen van de gebieden 6 en 7 treedt hier een verhoging op van de effectieve bandaf stand, en daarmee een verlaging van de brekingsindex. Deze zogeheten "Burstein-verschuiving” wordt verklaard in hoofdstuk 7.1a van Semiconducting III-V Compounds, Vol. 1 door C. Hilsum en A.C. Rose-Innes, met name 35 pagina's 173-174. Door de lagere brekingsindex in de gebieden 6 en 7 wordt de trilholte voor de opgewekte electro-magnetische straling in laterale richting begrensd.
Halfgleiderlasers zoals beschreven in Figuur 1 kunnen als 8304008 β 1 PHN 10.842 9 volgt worden vervaardigd (zie de Figuren 3 t/m 5).
Uitgegaan wordt van een half isolerend galliumfosfide-substraat 2 waarop vervolgens ten behoeve van de actieve geüeden'3 afwisselend barrière-lagen 5 van aluminiumfosfide en actieve lagen 4 van galliumfosfide warden 5 aangegroeid, bijvoorbeeld door middel van moleculaire bundel-epitaxie of met metallo-organische danpfase-epitaxie (MOVFE-technièk), totdat het actieve gebied de gewalste dikte heeft bereikt (in dit voorbeeld ca. 0,2 micrometer). Vervolgens wordt het geheel bedekt met een bekle-dingslaag 10 van boornitride. Dit kan met soortgelijke technieken worden 10 aangebracht. Hiermee is de situatie volgens Figuur 3 verkregen.
Vervolgens worden qp regelmatige afstand de. beschermende laag 10 en delen van het actieve gebied 3 verwijderd. Hierbij wordt eerst een fotolithografisch masker 22 gebruikt voor het etsen van de laag 10 van boomitrude. Zowel de door etsen vrij gelegde delen van het half-15 geleideroppervlak als de resterende stroken van de laag 10 hebben een breedte van circa 300 ^um.
Nadat ter plaatse van de openingen in de laag 10 het actieve gebied 3 door etsen is verwijderd wordt in de aldus verkregen groeven hooggedoteerd p-type aluminiumfosfide aangegroeid door middel van 20 bijvoorbeeld moleculaire bundelepitaxie ter vorming van de hooggedoteerde (gedegenereerde) gebieden 7. Voor een goede contactering warden deze gebieden 7, eveneens door moleculaire bundelepitaxie bedekt met goedgeleidend p-type galliumfosfide gebieden 9.
Vervolgens worden met een tweede masker de groeven 23 geëtst, 25 zodanig dat deze een breedte hebben van circa 300 ^um en de tussenliggende resterende actieve gebieden 3 een breedte van circa 2 ^um bezitten (zie Figuur 4). De groeven 23 warden nu weer, op soortgelijke wijze als hierboven beschreven, opgevuld met hooggedoteerd n-type (gedegenereerde) aluminiumfosfide 6 en galliumfosfide 8. Hiermee is de inrichting volgens 30 Figuur 5 verkregen.
Tussen twee streeplijnen 24 in Figuur 5 bevindt zich. nu steeds één strook van het actieve gebied 3 met een breedte van ca. 2 ^um zijdelings begrensd door hooggedoteerde gebieden 6 en 7. Afhankelijk van de grootte van het substraat 2 waarvan uitgegaan is kunnen hieruit..nu meerdere 35 lasers 1 volgens Figuur 1 worden verkregen door krassen en breken langs vlakken in de richting van de streeplijnen 24 loodrecht op het vlak van tekening en langs vlakken evenwijdig aan het vlak van tekening.
Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot het hierboven be- 8304008 EHN 10.842 10 schreven voorbeeld maar zijn binnen het kader van de uitvinding voor de vakman diverse variaties mogelijk. Zo kunnen afhankelijk van de gewenste golflengte andere combinaties van materialen in het actieve gebied gekozen worden zoals bijvoorbeeld galliumnitride tussen gallium-5 fosfidelagen als barriêrelagen of galliumarsenide tussen aluminiumarsenide als barriêrelagen. Ook voor de beschermende laag 10 kunnen andere materialen worden gekozen zoals bijvoorbeeld siliciumoxyde of -nitride.
10 15 20 25 30 35 8304008
Claims (8)
1. Halfgeleider inrichting voor het opwekken van elektromagnetische straling in een actief laagvormig halfgeleidergebied, waarbij het actieve gebied is opgebouwd uit tenminste een actieve laag van een eerste half-geleidermateriaal gelegen tussen barriêrelagen van een tweede halfgeleider- 5 materiaal, waarbij het stralingsreccnbinatievermogen van het eerste half-geleidermateriaal hoog is ten opzichte van dat van het tweede halfge-leidermateriaal, met het kenmerk, dat het actieve gebied aan twee zijden wordt begrensd door halfgeleidergebieden van het tweede halfgeleider-materiaal van respectievelijk een eerste en een tweede aan het eerste te-10 gengesteld geleidingstype.
2. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat het actieve gebied over zijn gehele dikte wordt begrensd door de halfgeleidergebieden van het tweede halfgeleïdermateriaal.
3. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk 15 dat het actieve gebied is opgebouwd uit een lagenstructuur met meerdere actieve lagen van het eerste halfgeleidermateriaal van onderling praktisch gelijke dikte die gelegen zijn tussen en gescheiden worden door barriêrelagen van het tweede halfgeleidermateriaal.
4. Halfgeleiderinrichting volgais één der vorige conclusies - 20 met het kenmerk dat de halfgeleidergebieden van het tweede halfgeleidermateriaal die het actieve gebied begrenzen een zodanige dotering bezitten dat van degeneratie sprake is.
5. Halfgeleiderinrichting volgens één der vorige conclusies met het kenmerk dat de halfgeleidergebieden van het tweede halfgeleider-25 materiaal van respectievelijk het eerste en het tweede geleidingstype bedekt zijn met een contactlaag van het eerste halfgeleidermateriaal.
6. Halfgeleiderinrichting volgens één der vorige conclusies met het kenmerk dat het actieve gebied een dikte heeft van praktisch 1_ maal de golflengte van de uitgezonden elektromagnetische straling. 2n ^ 30 waarbij n de brekingsindex is van het materiaal van de barrierelagen.
7. Halfgeleiderinrichting volgens één der vorige conclusies met het kenmerk dat de actieve lagen galliumfosfide en de barriêrelagen aluminiumfosfide bevatten.
8. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 7 met het kenmerk 35 dat het actieve gebied een dikte heeft van praktisch 0,2 micrometer. 8304008
Priority Applications (10)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8304008A NL8304008A (nl) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling. |
| DE19843441201 DE3441201A1 (de) | 1983-11-22 | 1984-11-10 | Halbleiteranordnung zum erzeugen elektromagnetischer strahlung |
| AU35374/84A AU3537484A (en) | 1983-11-22 | 1984-11-13 | Semiconductor device for producing electromagnetic radiation |
| US06/671,390 US4644553A (en) | 1983-11-22 | 1984-11-14 | Semiconductor laser with lateral injection |
| ES537758A ES8601580A1 (es) | 1983-11-22 | 1984-11-19 | Un dispositivo semiconductor para producir radiacion electromagnetica en la zona activa semiconductora en forma de capa |
| GB08429171A GB2150350B (en) | 1983-11-22 | 1984-11-19 | Semiconductor device for producing electromagnetic radiation |
| IT23650/84A IT1177256B (it) | 1983-11-22 | 1984-11-19 | Dispositivo semiconduttore per la produzione di radiazioni elettromagnetiche |
| FR8417668A FR2555370A1 (fr) | 1983-11-22 | 1984-11-20 | Dispositif semi-conducteur servant a engendrer du rayonnement electromagnetique |
| JP59244684A JPS60192381A (ja) | 1983-11-22 | 1984-11-21 | 電磁放射発生用半導体装置 |
| CA000468451A CA1241421A (en) | 1983-11-22 | 1984-11-22 | Semiconductor laser with lateral injection |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL8304008 | 1983-11-22 | ||
| NL8304008A NL8304008A (nl) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8304008A true NL8304008A (nl) | 1985-06-17 |
Family
ID=19842752
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8304008A NL8304008A (nl) | 1983-11-22 | 1983-11-22 | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling. |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4644553A (nl) |
| JP (1) | JPS60192381A (nl) |
| AU (1) | AU3537484A (nl) |
| CA (1) | CA1241421A (nl) |
| DE (1) | DE3441201A1 (nl) |
| ES (1) | ES8601580A1 (nl) |
| FR (1) | FR2555370A1 (nl) |
| GB (1) | GB2150350B (nl) |
| IT (1) | IT1177256B (nl) |
| NL (1) | NL8304008A (nl) |
Families Citing this family (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61190980A (ja) * | 1985-02-19 | 1986-08-25 | Canon Inc | 半導体装置 |
| JPS61244086A (ja) * | 1985-04-22 | 1986-10-30 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| US4881235A (en) * | 1985-07-26 | 1989-11-14 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor laser having a multiple quantum well structure doped with impurities |
| JPS6267890A (ja) * | 1985-09-20 | 1987-03-27 | Hitachi Ltd | 半導体レ−ザ |
| JPS62188295A (ja) * | 1986-02-13 | 1987-08-17 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| US4941025A (en) * | 1987-12-30 | 1990-07-10 | Bell Communications Research, Inc. | Quantum well semiconductor structures for infrared and submillimeter light sources |
| JPH0775265B2 (ja) * | 1988-02-02 | 1995-08-09 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| US5045894A (en) * | 1988-06-29 | 1991-09-03 | Hitachi, Ltd. | Compound semiconductor light emitting device |
| US5003548A (en) * | 1988-09-21 | 1991-03-26 | Cornell Research Foundation, Inc. | High power (1,4 W)AlGaInP graded-index separate confinement heterostructure visible (λ-658 nm) laser |
| DE58906978D1 (de) * | 1988-09-22 | 1994-03-24 | Siemens Ag | Abstimmbarer DFB-Laser. |
| US4943970A (en) * | 1988-10-24 | 1990-07-24 | General Dynamics Corporation, Electronics Division | Surface emitting laser |
| US4901327A (en) * | 1988-10-24 | 1990-02-13 | General Dynamics Corporation, Electronics Division | Transverse injection surface emitting laser |
| US4873696A (en) * | 1988-10-31 | 1989-10-10 | The Regents Of The University Of California | Surface-emitting lasers with periodic gain and a parallel driven nipi structure |
| US4933302A (en) * | 1989-04-19 | 1990-06-12 | International Business Machines Corporation | Formation of laser mirror facets and integration of optoelectronics |
| US5075743A (en) * | 1989-06-06 | 1991-12-24 | Cornell Research Foundation, Inc. | Quantum well optical device on silicon |
| US4965806A (en) * | 1989-06-15 | 1990-10-23 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Semiconductor laser devices having lateral refractive index tailoring |
| JPH03151684A (ja) * | 1989-11-08 | 1991-06-27 | Mitsubishi Electric Corp | 多波長集積化半導体レーザの製造方法 |
| JPH03208388A (ja) * | 1990-01-09 | 1991-09-11 | Nec Corp | 半導体レーザ及びその製造方法と不純物拡散方法 |
| US5079774A (en) * | 1990-12-27 | 1992-01-07 | International Business Machines Corporation | Polarization-tunable optoelectronic devices |
| US6528829B1 (en) * | 1999-03-25 | 2003-03-04 | Trw Inc. | Integrated circuit structure having a charge injection barrier |
| US7535031B2 (en) * | 2005-09-13 | 2009-05-19 | Philips Lumiled Lighting, Co. Llc | Semiconductor light emitting device with lateral current injection in the light emitting region |
| WO2007059146A2 (en) * | 2005-11-14 | 2007-05-24 | Applied Materials, Inc. | Led having lateral current injection active region |
| US8421057B2 (en) * | 2010-06-25 | 2013-04-16 | Invenlux Corporation | Light-emitting devices with improved active-region |
| JP6244668B2 (ja) * | 2013-05-31 | 2017-12-13 | 住友電気工業株式会社 | 量子カスケードレーザ |
| JP6244667B2 (ja) * | 2013-05-31 | 2017-12-13 | 住友電気工業株式会社 | 量子カスケードレーザ |
| DE102015104665A1 (de) * | 2015-03-26 | 2016-09-29 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers |
| DE102016208717B4 (de) * | 2016-05-20 | 2022-03-24 | OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Bauelement mit erhöhter Effizienz und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements |
| CN106253055B (zh) * | 2016-08-26 | 2019-08-20 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种基于侧向p-i-n结构的电吸收激光器及其制造方法 |
| US10355453B2 (en) | 2017-11-08 | 2019-07-16 | International Business Machines Corporation | Electro-optical device with lateral electron blocking layer |
| JP6947113B2 (ja) * | 2018-04-23 | 2021-10-13 | 日本電信電話株式会社 | 半導体光素子 |
| WO2021236732A1 (en) | 2020-05-19 | 2021-11-25 | Raxium, Inc. | Quantum well-based led structure enhanced with sidewall hole injection |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3983509A (en) * | 1975-04-25 | 1976-09-28 | Xerox Corporation | Distributed feedback diode laser |
| US4365260A (en) * | 1978-10-13 | 1982-12-21 | University Of Illinois Foundation | Semiconductor light emitting device with quantum well active region of indirect bandgap semiconductor material |
| JPS57176785A (en) * | 1981-04-22 | 1982-10-30 | Hitachi Ltd | Semiconductor laser device |
| EP0067586B1 (en) * | 1981-06-11 | 1988-09-07 | Honeywell Inc. | Electro-optic element and method of making the same |
| JPS58225680A (ja) * | 1982-06-23 | 1983-12-27 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
| JPS5923584A (ja) * | 1982-07-29 | 1984-02-07 | Nec Corp | 半導体レ−ザ |
| JPS5929484A (ja) * | 1982-08-12 | 1984-02-16 | Fujitsu Ltd | 半導体発光装置 |
-
1983
- 1983-11-22 NL NL8304008A patent/NL8304008A/nl not_active Application Discontinuation
-
1984
- 1984-11-10 DE DE19843441201 patent/DE3441201A1/de not_active Withdrawn
- 1984-11-13 AU AU35374/84A patent/AU3537484A/en not_active Abandoned
- 1984-11-14 US US06/671,390 patent/US4644553A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-11-19 ES ES537758A patent/ES8601580A1/es not_active Expired
- 1984-11-19 GB GB08429171A patent/GB2150350B/en not_active Expired
- 1984-11-19 IT IT23650/84A patent/IT1177256B/it active
- 1984-11-20 FR FR8417668A patent/FR2555370A1/fr active Pending
- 1984-11-21 JP JP59244684A patent/JPS60192381A/ja active Pending
- 1984-11-22 CA CA000468451A patent/CA1241421A/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA1241421A (en) | 1988-08-30 |
| FR2555370A1 (fr) | 1985-05-24 |
| US4644553A (en) | 1987-02-17 |
| IT8423650A1 (it) | 1986-05-19 |
| JPS60192381A (ja) | 1985-09-30 |
| AU3537484A (en) | 1986-09-11 |
| GB2150350A (en) | 1985-06-26 |
| ES537758A0 (es) | 1985-10-16 |
| GB8429171D0 (en) | 1984-12-27 |
| IT1177256B (it) | 1987-08-26 |
| IT8423650A0 (it) | 1984-11-19 |
| GB2150350B (en) | 1987-07-08 |
| DE3441201A1 (de) | 1985-05-30 |
| ES8601580A1 (es) | 1985-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NL8304008A (nl) | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektro-magnetische straling. | |
| US5509025A (en) | Unipolar semiconductor laser | |
| US5115441A (en) | Vertical cavity surface emmitting lasers with transparent electrodes | |
| US5570386A (en) | Semiconductor laser | |
| USRE36802E (en) | Transverse electric (TE) polarization mode AlGaInP/GaAs red laser diodes, especially with self-pulsating operation | |
| EP2220733B1 (de) | Laserlichtquelle | |
| US6751244B2 (en) | Quantum cascade laser with optical phonon excitation | |
| CA2331929C (en) | Quantum dot tunable external cavity lasers (qd-tec lasers) | |
| NL8301215A (nl) | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische straling. | |
| US6922427B2 (en) | Quantum cascade laser | |
| CA2348005C (en) | Flat minibands with spatially symmetric wavefunctions in intersubband superlattice light emitters | |
| US4791648A (en) | Laser having a substantially planar waveguide | |
| JP3159946B2 (ja) | 量子カスケードレーザを有する物品 | |
| US4861976A (en) | Optical or opto-electronic device having a trapping layer in contact with a semiconductive layer | |
| Wegscheider et al. | GaAs/AlGaAs quantum wire lasers fabricated by cleaved edge overgrowth | |
| JPH11340586A (ja) | 改良型超格子量子カスケ―ドレ―ザから成る物品 | |
| JP3223047B2 (ja) | 量子細線レーザ | |
| Hvam | Optoelectronic properties and applications of quantum dots | |
| JP3737175B2 (ja) | 光メモリ素子 | |
| NL8301187A (nl) | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van elektromagnetische straling. | |
| DE102021104343A1 (de) | Halbleiteremitter | |
| JP3648357B2 (ja) | 半導体レーザ素子の製造方法 | |
| RU2047935C1 (ru) | Полупроводниковый лазер с оптической накачкой | |
| Xu et al. | Super Resolution and Laser Sources | |
| Deppe et al. | Extended wavelength (1.0 to 1.3 μm) InGaAs/GaAs quantum dot GaAs-based vertical-cavity surface-emitting and lateral-cavity edge-emitting lasers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A1B | A search report has been drawn up | ||
| BV | The patent application has lapsed |