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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Halbleitervorrichtung
der vergrabenen Bauart, die eine verbesserte Stromblockadeschicht aufweist
und sich als ein Halbleiterlaser für beispielsweise optische Kommunikation
eignet, sowie auf ein Herstellungsverfahren derselben.
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Ein
Halbleiterlaser einer vergrabenen Bauform wird üblicherweise als eine Bauform
einer optischen Halbleitervorrichtung verwendet. Bei solch einem
Halbleiterlaser ist eine aktive Schicht für die Rekombination und Lichtemission
mit einem Halbleitermaterial bedeckt, das eine größere Energielücke und einen
niedrigeren Brechungsindex als die aktive Schicht aufweist. Die
aktive Schicht weist zumindest ein InAlGaAs-Halbleitermaterial auf und auf beiden Seiten
der aktiven Schicht ist eine InAlGaAs-Schicht ausgebildet zum Verbessern
der Betriebseigenschaften bei hoher Temperatur (siehe z.B. die japanische Patentoffenlegungsschrift
Nr. 9-129969, S. 1, und 1).
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Wie
oben beschrieben, ist bei einer bekannten optischen Halbleitervorrichtung
eine Barrierenschicht oder Stromblockadeschicht auf beiden Seiten der
aktiven Schicht mittels Verwendung einer InAlGaAs-Schicht ausgebildet
zum Verbessern der Temperatureigenschaften. Bei diesem Aufbau liegt
jedoch ein Spitzenabschnitt der InAlGaAs-Schicht frei und wird während des
Herstellungsvorgangs oxidiert. Als ein Ergebnis kann die auf der
InAlGaAs-Schicht ausgebildete Mantelschicht eine gewellte Oberfläche oder
Defekte aufweisen, was zu verschlechterten Lasereigenschaften und
verringerter Ausbeute führt.
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Die
vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der vorstehenden Probleme
bei dem bekannten Verfahren ersonnen. Es ist deshalb eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine optische Halbleitervorrichtung
bereitzustellen, bei der die Oxidation der InAlGaAs-Schicht als
einer Stromblockadeschicht verhindert wird zum Erzielen guter Temperatureigenschaften
und einer erhöhten
Ausbeute. Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren
zum Herstellen der optischen Halbleitervorrichtung, die solch einen
Aufbau aufweist, bereit.
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Gemäß eines
Aspekts der vorliegenden Erfindung weist eine optische Halbleitervorrichtung
ein Substrat, eine auf dem Substrat in einer Rippenstruktur ausgebildete
aktive Schicht, eine auf beiden Seiten der aktiven Schicht vorgesehene
Stromblockadeschicht und eine auf der Stromblockadeschicht und der
aktiven Schicht vorgesehene Mantelschicht auf. Die Stromblockadeschicht
beinhaltet eine vergrabene Schicht, zumindest eine Zwischen-Blockadeschicht,
die auf der vergrabenen Schicht ausgebildet ist, und eine Deck-Blockadeschicht,
die auf der Zwi schen-Blockadeschicht ausgebildet ist und die Zwischen-Blockadeschicht bedeckt.
Zumindest eine Zwischen-Blockadeschicht
ist eine Al(Ga)InAs-Blockadeschicht. Weiterhin hat die Deck-Blockadeschicht
eine größere Oxidationsbeständigkeit
als die Al(Ga)InAs-Blockadeschicht.
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Mit
anderen Worten, die Deck-Blockadeschicht ist ausgebildet zum Trennen
der Al(la)InAs-Blockadeschicht von der Mantelschicht zum Verhindern
des Freiliegens der Al(Ga)InAs-Blockadeschicht.
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Aufgrund
dieses Aufbaus und dieses Herstellungsverfahrens kann die Mantelschicht
ohne Defekte ausgebildet werden und ihre Oberfläche kann nicht gewellt sein
und resultierend kann der Leckstrom verringert sein. Dadurch ist
es möglich,
optische Halbleitervorrichtungen mit guten Temperatureigenschaften
mit erhöhter
Ausbeute herzustellen.
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Andere
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
anhand der Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
deutlich.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen Aufbau
eines Halbleiterlasers gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2(a) bis 2(c), 3(a) und 3(b) und 4(a) und 4(b) sind
Querschnittsansichten, die den Herstellungsschritt eines Halbleiterlasers
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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5(a) bis 5(c) sind
Querschnittsansichten, die das Kristallwachstum der Stromblockadeschicht
auf der Seitenfläche
des Rippenabschnitts in dem Halbleiterlaser veranschaulichen.
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6 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen Aufbau
eines Halbleiterlasers gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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7 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen Aufbau
eines Halbleiterlasers gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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8 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen Aufbau
eines Halbleiterlasers gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen Aufbau
eines Halbleiterlasers gemäß einer
fünften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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10 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen Aufbau
eines Halbleiterlasers gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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11 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen Aufbau
eines Halbleiterlasers gemäß ei ner
siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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12 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen Aufbau
eines Halbleiterlasers gemäß einer
achten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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13 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen Aufbau
eines Halbleiterlasers gemäß einer
neunten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Erste Ausführungsform
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen wesentlichen
Abschnitt eines Halbleiterlasers als einer Bauform einer optischen
Halbleitervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Bezug nehmend auf 1 weist
der Halbleiterlaser ein p-Typ-InP-Substrat 1, eine p-Typ-InP-Schicht 2 mit einer
Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3, eine p-Typ-AlInAs-Mantelschicht 10 mit
einer Dicke von 100 nm und einer Ladungsträgerkonzentration (P) von 1 × 1018 cm-3, eine p-Typ-AlGaInAs-Lichtbegrenzungsschicht 11 mit
einer Dicke von 100 nm und einer Ladungsträgerkonzentration (P) von 1 × 1018 cm–3, eine pseudomorphe
AlGaInAs-Quantentopf-Aktivschicht 12, eine n-Typ- AlGaInAs-Lichtbegrenzungsschicht 13 mit
einer Dicke von 100 nm und einer Ladungsträgerkonzentration (N) von 1 × 1018 cm–3, eine n-Typ- AlInAs-Mantelschicht 14 mit
einer Dicke von 100 nm und einer Ladungsträgerkonzentration (N) von 1 × 1018 cm–3 und eine n-Typ-InP-Schicht 15 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(N) von 1 × 1018 cm–3 auf. Dadurch ist an einem
zentralen Abschnitt der Vorrichtung eine Aktivschicht in einem vertikalen
Rippenaufbau auf dem Substrat 1 ausgebildet.
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Der
Halbleiterlaser weist weiterhin eine Stromblockadeschicht 29 auf,
die symmetrisch auf beiden Seiten der Aktivschicht vorgesehen ist.
Die Stromblockadeschicht 29 beinhaltet eine vergrabene p-Typ-InP-Schicht 20 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3, eine p-Typ-Al (Ga) InAs-Blockadeschicht 21 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3, eine n-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(N) von 7 × 1018 cm–3 und eine p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3. In der Beschreibung
der vorliegenden Erfindung können
die p-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 und die n-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 als
Zwischen-Blockadeschichten
bezeichnet werden und die p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 kann als
eine Deck-Blockadeschicht bezeichnet werden.
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Weiterhin
ist eine n-Typ-InP-Schicht als eine Mantelschicht ausgebildet, die
auf die rippenförmige Aktivschicht
und die Stromblockadeschicht 29 auf beiden Seiten der Aktivschicht
gesetzt ist und eine Ladungsträgerkonzentration
(N) von 1 × 1018 cm–3 aufweist.
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Auf
der n-Typ-InP-Schicht 3 ist eine n-Typ-InP-Kontaktschicht
4 ausgebildet und weist eine Ladungsträgerkonzentration (N) von 7 × 1018 cm–3 auf. Eine p-Typ-Elektrode
(AuZn/Pt/Au) 31 und eine n-Typ-Elektrode (Ti/Pt/Au) 32 sind
ebenfalls ausgebildet.
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Der
Ausdruck " Al(Ga)InAs", wie in der Blockadeschicht 29,
bezieht sich auf die chemische Formel AlxGa1-xInAs (wobei 0 < x ≤ 1).
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Der
Ausdruck "AuZn/Pt/Au", wie in der Elektrode 31,
bezieht sich auf AuZn-, Pt- und Au-Metallschichten, die in dieser
Reihenfolge mit der AuZn-Schicht ganz unten und der Au-Schicht ganz oben
geschichtet sind. Diese Notation wird durchgehend durch die ganze
Beschreibung verwendet.
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Eines
der Merkmale der vorliegenden Erfindung ist jenes, daß die Stromblockadeschicht 29 eine Al(Ga)InAs-Schicht
beinhaltet. In der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet die Stromblockadeschicht 29 die
p-Typ-Al(la)InAs-Blockadeschicht 21 und die n-Typ- Al(la)InAs-Blockadeschicht 22,
wie in 1 gezeigt. Da eine Al(Ga)InAs-Blockadeschicht eine
größere Energieunstetigkeit
(ΔEc) auf
der Leitungsbandseite aufweist als eine InP-Schicht, ist es für die Elektronen
unwahrscheinlich, daß sie
springen und zu der p-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 hinüberfließen. Deshalb
ist der die Aktivschicht umgehende Leckstrom sogar bei hohen Temperaturen
verringert. Dies gestattet dem Halbleiterlaser, gute Temperatureigenschaften
zu erreichen.
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Ein
anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist jenes, daß die Al(Ga)InAs-Blockadeschicht oder
-schichten, die in der Stromblockadeschicht 29 enthalten
sind, während
des Herstellungsvorgangs nicht an der Oberfläche der Stromblockadeschicht 29 frei
liegen. Um genau zu sein, ist in der Stromblockadeschicht 29 zwischen
die Mantelschicht und die Al(Ga)InAs-Blockadeschicht eine andere Blockadeschicht
gefügt,
die eine höhere
Oxidationsbeständigkeit
aufweist als die Al(Ga)InAs-Schicht.
Speziell sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Al(Ga)InAs-Blockadeschichten 21 und 22 in
der Stromblockadeschicht 29 enthalten, wie in 1 gezeigt.
Die p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 ist
zwischen die Mantelschicht 3 und die Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 gefügt.
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Das
Herstellungsverfahren wird nun unter Bezugnahme auf 2(a) bis 2(c), 3(a) und 3(b) und 4(a) und 4(b) beschrieben.
Diese Figuren sind Querschnittsansichten, die konzeptionell jeden
Herstellungsschritt zeigen. Es sollte beachtet werden, daß in den
folgenden Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet werden zum Bezeichnen
gleicher oder entsprechender Elemente oder Komponenten.
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Bei
dem Herstellungsverfahren sind, wie in 2(a) gezeigt,
durch eine MOCVD-Methode aufeinanderfolgend auf das p-Typ-InP-Substrat 1 aufgewachsen:
die p-Typ-InP-Schicht 2, die p-Typ-AlInAs-Mantelschicht 10, die
p-Typ-AlGaInAs-Lichtbegrenzungsschicht 11, die verspannte
AlGaInAs-Quantentopf-Aktivschicht 12,
die n-Typ- AlGaInAs-Lichtbegrenzungsschicht 13, die n-Typ-
AlInAs-Mantelschicht 14 und die n-Typ-InP-Schicht 15. Wie
in 2(b) gezeigt, wird danach eine
SiO2-Isolationsschicht 40 auf
der n-Typ-InP-Schicht 15 ausgebildet und strukturiert.
Hiernach wird durch Methan-basiertes Trockenätzen, etc., eine Rippenstruktur
ausgebildet, wie in 2(c) gezeigt.
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Wie
in 3(a) gezeigt, werden in dem nächsten Schritt
die vergrabene p-Typ-InP-Schicht 20, die p-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21,
die n-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 und die p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 aufeinanderfolgend durch
eine MOCVD-Methode aufgewachsen. Wie in 3(b) gezeigt,
wird danach die SiO2-Isolationsschicht 40 weggeätzt. Hiernach
werden die n-Typ-InP-Schicht 3 und die n-Typ-InP-Kontaktschicht 4 durch
eine MOCVD-Methode aufgewachsen, wie in 4(a) gezeigt.
Wie in 4(b) gezeigt, werden danach
die p-Typ-Elektrode
(AuZn/Pt/Au) 31 und die n-Typ-Elektrode (Ti/Pt/Au) 32 ausgebildet.
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Wie
oben beschrieben, liegen bei der vorliegenden Ausführungsform
der Spitzenabschnitt "A" der p-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 und
der Spitzenabschnitt "B" der n-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 nicht
an der Oberfläche
der Stromblockadeschicht 29 frei, wie in 3(a) gezeigt. Im Gegenteil, die Deckschicht der
Stromblockadeschicht 29 ist die p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 mit
Oxidationsbeständigkeit.
Es sollte beachtet werden, daß, wenn
Abschnitte der Al(Ga)InAs-Blockadeschichten 21 und 22 an
der Oberfläche
der Stromblockadeschicht 29 freiliegen, diese freiliegenden
Abschnitte der Al(Ga)InAs-Blockadeschichten 21 und 22 während des
Vorgangs des Wegätzens
der SiO2-Isolationsschicht 40,
wie in 3(b) gezeigt, oxidiert werden.
Wenn dies geschieht, wird bei dem Vorgang des Ausbildens der n-Typ-InP-Schicht 3,
der in 4(a) gezeigt ist, die n-Typ-InP-Schicht 3 nicht
sauber als eine Mantelschicht auf den oxidierten Oberflächen der
Al(Ga)InAs-Blockadeschichten 21, 22 aufgewachsen.
Als ein Ergebnis kann die n-Typ-InP-Schicht 3 eine gewellte
Oberfläche
oder Defekte aufweisen, was zu verschlechterten Lasereigenschaften
und verringerter Ausbeute führt.
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Nun
wird der Mechanismus zum Verhindern des Freiliegens der Oberfläche der
Al(Ga)InAs-Blockadeschicht unter Bezugnahme auf 5(a) bis 5(c) erläutert. Bei
der vorliegenden Ausführungsform
wird verhindert, daß die
p-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 und
die n-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 an der Oberfläche freiliegen. 5(a) bis 5(c) sind
Querschnittsansichten, die konzeptionell das Kristallwachstum der Stromblockadeschicht 29 auf
der Seitenfläche
des Rippenabschnitts bei dem in 1 gezeigten
Halbleiterlaser veranschaulichen. Der Vorgang schreitet von dem
Schritt von 5(a) zu jenem von 5(c) voran.
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Wie
in 5(a) gezeigt, beginnt am Anfang der
Kristall von der Bodenfläche
((001)-Ebene) nach oben zu wachsen bzw. von der Seitenfläche ((110)-Ebene)
der Rippe seitwärts
zu wachsen. Zu dieser Zeit wächst
der Kristall nicht auf den schrägen Oberflächen ((111-B-Ebene).
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
werden das Wachstum der p-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 und
der n-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 gestoppt,
bevor die in 5(b) gezeigten vertikalen oder
aufrechten Seiten ((110)-Ebene) verschwinden. Der Kristallwachstumsvorgang
wird auf diese Weise kontrolliert. Danach wird die Deckfläche mit
der InP-Blockadeschicht 28 mit
einer höheren Oxidationsbeständigkeit
wie die Al(Ga)InAs-Blockadeschicht bedeckt, wodurch das Freiliegen
der Al(Ga)InAs-Schicht an der Oberfläche der Stromblockadeschicht 29 verhindert
wird. Dieser Vorgang gestattet das Aufwachsen der n-Typ-InP-Schicht
oder Mantelschicht 3 in Kristallform auf der Deckfläche dergestalt,
daß sie
keine Defekte aufweist. Gemäß dieses
Vorgangs kann die n-Typ-InP-Schicht 3 in Kristallform als
eine Mantelschicht ohne Defekte auf der Deckfläche aufgewachsen werden. Als
ein Ergebnis ist es möglich,
Halbleiterlaser mit guten Temperatureigenschaften bei hoher Ausbeute
herzustellen.
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Es
sollte beachtet werden, daß,
wenn nach Erreichen des in 5(a) gezeigten
Zustands der Kristall fortfährt
zu wachsen, die aufrechten Seiten ((110)-Ebene) vollständig verschwinden
werden und die resultierende Deckfläche lediglich aus den schrägen Oberflächen ((111)-Ebene)
und der Bodenfläche ((001)-Ebene)
zusammengesetzt sein wird, wie in 5(b) gezeigt.
Wenn dies geschieht, dann findet das Kristallwachstum nicht lediglich
auf der Bodenfläche
((001)-Ebene) statt, son dern ebenfalls auf den schrägen Oberflächen ((111)-B-Ebene)
und dieses Wachstum hält
an. Wenn die Al(Ga)InAs-Schicht fortfährt zu wachsen, nachdem die
aufrechten Seiten ((110)-Ebene) vollständig verschwunden sind, werden
die Spitzen der Al(Ga)InAs-Schicht dergestalt ausgebildet, daß sie rechts
und links den Rand "C" des Rippenabschnitts
erreichen, wie in 5(c) gezeigt, und frei liegen.
In solch einem Fall werden die freiliegenden Abschnitte der Al(Ga)InAs-Blockadeschichten
oxidiert und daher wird die n-Typ-InP-Schicht 3 nicht sauber
darauf aufgewachsen. Als ein Ergebnis kann die n-Typ-InP-Schicht 3 eine
gewellte Oberfläche
oder Defekte aufweisen, was zu verschlechterten Lasereigenschaften
und verringerter Ausbeute führt.
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Wie
oben beschrieben, liefert die vorliegende Erfindung zusammenfassend
ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer optischen Halbleitervorrichtung,
welche einen aufrechten Rippenaufbau aufweist und eine auf beiden
Seiten des Rippenaufbaus ausgebildete Stromblockadeschicht. Die
Stromblockadeschicht ist dergestalt ausgebildet, daß sie zumindest
eine Blockadeschicht aus Al(Ga)InAs beinhaltet. Die Al(Ga)InAs-Blockadeschicht wird
in solch einer Weise aufgewachsen, daß das Kristallwachstum der
Al(Ga)InAs-Blockadeschicht gestoppt wird, bevor der Kristall anfängt, auf
einer (111)B-Ebene zu wachsen.
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Mit
anderen Worten, jede Al(Ga)InAs-Blockadeschicht wird so ausgebildet,
daß sie
eine vertikale oder aufrechte Seitenfläche parallel zu einer Seitenfläche der
Rippenstruktur der Aktivschicht aufweist. In noch anderen Worten:
jede Al(Ga)InAs-Blockadeschicht
wird vollständig
unterhalb der Deck-Blockadeschicht
ausgebildet.
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Zweite Ausführungsform
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6 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen wesentlichen
Abschnitt eines Halbleiterlasers gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Bezug nehmend auf 6 weist
der Halbleiterlaser eine p-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 23 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3 auf, die zwischen
der n-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 und
der p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 ausgebildet ist. Alle
weiteren Elemente oder Komponenten sind ähnlich zu jenen, die in Verbindung
mit der ersten Ausführungsform
beschrieben wurden und deshalb wird eine weitere Beschreibung derselben
nicht vorgesehen. Es sollte beachtet werden, daß in der vorangegangenen und
der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung entsprechender Komponenten
verwendet werden. Es wird angenommen, daß die entsprechenden Komponenten
aus den gleichen Materialien bestehen und die gleiche Konfiguration
und Dicke aufweisen. Weiterhin weisen sie die gleiche Ladungsträgerkonzentration und
Dotierungskonzentration, falls vorhanden, auf.
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Die
zweite Ausführungsform
ist ähnlich
zu der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform
mit der Ausnahme, daß die
p-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 23 in
die Stromblockadeschicht 29 zusätzlich hineingefügt ist.
Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
wird, wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, der Kristallwachstumsvorgang so
gesteuert, daß das
Wachstum der Al(Ga)InAs-Blockadeschichten einschließlich der P-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 23 gestoppt
wird, bevor die in 5(b) gezeigten aufrechten Seiten ((110)-Ebene)
verschwinden, so daß die Al(Ga)InAs-Blockadeschichten 21, 22 und 23 nicht an
der Oberfläche
der Stromblockadeschicht 29 frei liegen. Da die Stromblockadeschicht 29 der
vorliegenden Ausführungsform
zusätzlich
die p-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 23 beinhaltet, ist
der Leckstrom bei hohen Temperaturen, verglichen zu der ersten Ausführungsform,
weiter verringert, was die Erzielung besserer Temperatureigenschaften
des Halbleiterlasers ermöglicht.
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Dritte Ausführungsform
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7 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen wesentlichen
Abschnitt eines Halbleiterlasers gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Bezug nehmend auf 7 weist
der Halbleiterlaser eine n-Typ-InP-Blockadeschicht 27 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(N) von 7 × 1018 cm–3 auf, die zwischen
der p-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 mit einer
Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3 und der p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3 ausgebildet ist. Die
dritte Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß die Stromblockadeschicht 29 anstelle
der in 1 gezeigten n-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 die n-Typ-InP-Blockadeschicht 27 beinhaltet.
Alle weiteren Komponenten sind ähnlich
zu jenen, die in 1 gezeigt sind und im Zusammenhang
mit der ersten Ausführungsform
beschrieben wurden.
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Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform wird,
wie bei der ersten Ausführungsform,
der Kristallwachstumsvorgang so gesteuert, daß das Wachstum der p-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 gestoppt
wird, bevor die in 5(b) gezeigten aufrechten Seiten
((110-Ebene) verschwinden, so daß die p-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 an
der Oberfläche
der Stromblo ckadeschicht 29 nicht frei liegt. Die vorliegende
Ausführungsform
beinhaltet nicht die in 1 gezeigte n-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22,
die in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.
Verglichen zu den bekannten Aufbauten ist jedoch der Leckstrom dennoch klein
bei hohen Temperaturen, was das Erzielen guter Temperatureigenschaften
des Halbleiterlasers gestattet.
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Vierte Ausführungsform
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8 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen wesentlichen
Abschnitt eines Halbleiterlasers gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Bezug nehmend auf die 8 weist
der Halbleiterlaser eine Fe-dotierte Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 mit
einer Fe-Konzentration
von 4 × 1016 cm–3 auf, die auf der n-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(N) von 7 × 108 cm–3 ausgebildet ist. Eine
n-Typ-InP-Blockadeschicht 25 mit einer
Ladungsträgerkonzentration
(N) von 2 × 1018 cm–3 ist auf der Fe-dotierten
Al (Ga) InAs-Blockadeschicht 24 ausgebildet.
Es sollte beachtet werden, daß das
Kristallwachstum der Fe-dotierten Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 gestoppt
wird, bevor die in 5(b) gezeigten aufrechten Seiten ((110)-Ebene)
verschwinden, so daß die
Fe-dotierte Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 nicht an der
Oberfläche
der Stromblockadeschicht 29 während des Vorgangs des Wegätzens der
SiO2-Isolationsschicht 40 frei
liegt.
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Die
vorliegende Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß die Fe-dotierte
Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 zusätzlich auf
der n-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 ausgebildet
ist. Weiterhin wird anstelle der p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 die
n-Typ-InP-Blockadeschicht 25 mit einer höheren Oxidationsbeständigkeit
als die Al(Ga)InRs-Blockadeschichten verwendet. Alle weiteren Komponenten
sind ähnlich
zu jenen, die in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
beschrieben wurden.
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Somit
beinhaltet die Stromblockadeschicht 29 der vorliegenden
Ausführungsform
die halbisolierende Fe-dotierte Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24, was den
Leckstrom bei hohen Temperaturen weiter verringert. Als ein Ergebnis
ist es möglich,
Halbleiterlaser mit guten Temperatureigenschaften bei hoher Ausbeute
herzustellen. Es sollte beachtet werden, daß die Fe-dotierte Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 halbisolierende
Eigenschaften aufweist. Statt Fe kann zum Erhalt solcher Eigenschaften
ein unterschiedlicher Dotant, wie z.B. Ru, verwendet werden. Weiterhin
kann anstelle der Fe-dotierten Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 eine
bei niederer Temperatur aufgewachsene Al(Ga)InAs-Schicht mit der
gleichen Wirkung verwendet werden.
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Fünfte Ausführungsform
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9 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen wesentlichen
Abschnitt eines Halbleiterlasers gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt. Bezug nehmend auf die 9 sind an
der Oberfläche
der vergrabenen p-Typ-InP-Schicht 20 mit einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3 ausgebildet: die n-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(N) von 7 × 1018 cm–3, die Fe-dotierte Al
(Ga) InAs-Blockadeschicht 24 mit
einer Fe-Konzentration von 4 × 1016 cm–3 und die n-Typ-InP-Blockadeschicht
25 mit einer Ladungsträgerkonzentration
(N) von 2 × 1018 cm–3. Dies bedeutet, die
vorlie gende Ausführungsform
unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform darin, daß die Stromblockadeschicht 29 nicht
die p-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 aufweist. Alle
weiteren Komponenten sind ähnlich
zu jenen, die in Zusammenhang mit der vierten Ausführungsform
beschrieben wurden, und deshalb wird keine weitere Beschreibung
derselben vorgesehen.
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Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform beinhaltet
somit die Stromblockadeschicht 29 die n-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22,
die Fe-dotierte Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 und die n-Typ-InP-Blockadeschicht 25,
welche Oxidationsbeständigkeit
aufweist. Die n-Typ-InP-Blockadeschicht 25 ist zwischen
der Fe-dotierten Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 und der
n-Typ-InP-Schicht
(oder Mantelschicht) 3 ausgebildet zum Verhindern des Freiliegens
der Fe-dotierten Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 an der Oberfläche der
Stromblockadeschicht 29. Dieser Aufbau ruft die gleiche
Wirkung hervor wie die vierte Ausführungsform. Es sollte beachtet
werden, daß anstelle
der Fe-dotierten Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 eine Ru-dotierte
Al(Ga)InAs-Blockadeschicht
oder eine bei niederer Temperatur aufgewachsene Al(Ga)InAs-Schicht
mit der gleichen Wirkung verwendet werden kann.
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Sechste Ausführungsform
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10 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen wesentlichen
Abschnitt eines Halbleiterlasers gemäß einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Bezug nehmend auf die 10 weist
der Halbleiterlaser ein n-Typ-InP-Substrat 5, eine n-Typ-InP-Schicht 6 mit einer
Ladungsträgerkonzentration
(N) von 1 × 1018 cm–3, eine n-Typ- AlInAs-Mantelschicht 14 mit
einer Dicke von 100 nm und einer Ladungsträgerkonzentration (N) von 1 × 1018 cm–3, eine n-Typ- AlGaInAs-Lichtbegrenzungsschicht 13 mit
einer Dicke von 100 nm und einer Ladungsträgerkonzentration (N) von 1 × 1018 cm–3, eine verspannte AlGaInAs-Quantentopf-Aktivschicht 12,
eine p-Typ-AlGaInAs-Lichtbegrenzungsschicht 11 mit
einer Dicke von 100 nm und einer Ladungsträgerkonzentration (P) von 1 × 1018 cm–3, eine p-Typ-AlInAs-Mantelschicht 10 mit
einer Dicke von 100 nm und einer Ladungsträgerkonzentration (P) von 1 × 1018 cm–3 und eine p-Typ-InP-Schicht 16 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3 auf.
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Die
Stromblockadeschicht 29 weist eine vergrabene Fe-dotierte
InP-Schicht 26 mit einer halbisolierenden Eigenschaft mit
einer Fe-Konzentration von 4 × 1016 cm–3, eine Fe-dotierte
Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 mit einer halbisolierenden
Eigenschaft mit einer Fe-Konzentration von 4 × 1016 cm–3 und
eine n-Typ-InP-Blockadeschicht 25 mit einer Ladungsträgerkonzentration
(N) von 2 × 1018 cm–3 auf. Eine p-Typ-InP-Schicht 7 ist
als eine Mantelschicht ausgebildet und weist eine Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3 auf. Weiterhin ist
eine p-Typ-InGaAs-Kontaktschicht 8 ausgebildet
und weist eine Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1019 cm–3 auf. Eine n-Typ-Elektrode (AuGe/Ni/Au) 33 und
eine p-Typ-Elektrode (Ti/Pt/Au) 34 sind ebenfalls ausgebildet.
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Somit
beinhaltet die Stromblockadeschicht 29 der vorliegenden
Ausführungsform
anstelle einer pnpn-Stromblockadeschicht die Fe-dotierte Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24.
Es sollte beachtet werden, daß,
wenn die die Stromblockadeschicht 29 bildenden Blockadeschichten 26, 24 und 25 in
Kristallform aufgewachsen werden, das Wachstum der Fe-dotierten
Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 abgeschlossen ist, bevor
die in 5(b) gezeigten aufrechten Seiten
((110)-Ebene) verschwinden, so daß die Fe dotierte Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 nicht an
der Oberfläche
der Stromblockadeschicht 29 frei liegt, wie bei der ersten
Ausführungsform.
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Bei
der wie oben beschrieben konfigurierten sechsten Ausführungsform
haben die Fe-dotierte vergrabene InP-Schicht 26 und die
Fe-dotierte Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 eine Elektroneneinfangseigenschaften,
was die Verringerung des Leckstroms gestattet. Wie oben beschrieben,
wird weiterhin das Wachstum der Fe-dotierten Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 gestoppt,
bevor die in 5(b) gezeigten aufrechten Seiten
((110)-Ebene) verschwinden, so daß die Fe-dotierte Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 nicht
an der Oberfläche
der Stromblockadeschicht 29 frei liegt. Deshalb wird die
Fe-dotierte Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 nicht während des Vorgangs
des Wegätzens
der SiO2-Isolationsschicht 40 oxidiert.
Als ein Ergebnis kann die p-Typ-InP-Schicht
(oder Mantelschicht) 7 ohne Defekte auf die Deckfläche der
Stromblockadeschicht 29 aufgewachsen werden, was es möglich macht, Halbleiterlaser
mit guten Temperatureigenschaften in hoher Ausbeute herzustellen.
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Es
sollte beachtet werden, daß anstelle
der halbisolierenden Fe-dotierten Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 24 eine
Ru-dotierte Al(Ga)InAs-Blockadeschicht oder eine bei niederer Temperatur
aufgewachsene Al(Ga)InAs-Schicht mit der gleichen Wirkung verwendet
werden können.
Weiterhin kann mit derselben Wirkung die halbisolierende Fe-dotierte vergrabene
InP-Schicht 26 durch eine Ru-dotierte vergrabene InP-Schicht
ersetzt werden.
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Siebte Ausführungsform
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11 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen wesentlichen
Abschnitt eines Halbleiterlasers gemäß einer siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Bezug nehmend auf die 11 weist
der Halbleiterlaser auf: eine vergrabene p-Typ-InP-Schicht 20 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3, eine p-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3, eine n-Typ- Al (Ga)
InAs-Blockadeschicht 22 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(N) von 7 × 1018 cm–3 und eine p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3. Die Stromblockadeschicht 29 der
vorliegenden Ausführungsform
wird in der gleichen Weise ausgebildet wie jene der ersten Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform
verwendet jedoch anstelle des p-Typ-InP-Substrats 1 ein
n-Typ-InP-Substrat 6.
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Auch
bei der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform liegen die Al(Ga)InAs-Blockadeschichten 21 und 22 nicht
an der Oberfläche
der Stromblockadeschicht 29 frei. Deshalb kann die p-Typ-InP-Schicht
(oder Mantelschicht) 7 ohne Defekte aufgewachsen werden,
was es möglich
macht, Halbleiterlaser mit guten Temperatureigenschaften bei hoher
Ausbeute herzustellen.
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Achte Ausführungsform
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12 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen wesentlichen
Abschnitt eines Halbleiterlasers gemäß einer achten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Bezug nehmend auf die 12 weist
der Halbleiterlaser eine p-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 23 mit
einer Ladungs trägerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3 auf, die zwischen
der n-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 22 mit einer Ladungsträgerkonzentration
(N) von 7 × 1018 cm–3 und der p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3 ausgebildet ist. Somit
ist die Stromblockadeschicht 29 der vorliegenden Ausführungsform
in der gleichen Weise ausgebildet wie jene der zweiten Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform verwendet
jedoch anstelle des p-Typ-InP-Substrats ein
n-Typ-InP-Substrat.
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Auch
bei der vorliegenden Ausführungsform wird
der Kristallwachstumsvorgang so gesteuert, daß die Al(Ga)InAs-Blockadeschichten 21, 22 und 23 nicht
an der Deckfläche
der Stromblockadeschicht 29 frei liegen. Weiterhin ist
die p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 mit
einer Oxidationsbeständigkeit
an der Deckfläche
der Stromblockadeschicht 29 ausgebildet, was das Aufwachsen
der p-Typ-InP-Schicht (oder Mantelschicht) 7 ohne Defekte
erlaubt. Als ein Ergebnis ist es möglich, Halbleiterlaser mit
guten Temperatureigenschaften bei hoher Ausbeute herzustellen.
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Neunte Ausführungsform
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13 ist
eine Querschnittsansicht, die in schematischer Weise einen wesentlichen
Abschnitt eines Halbleiterlasers gemäß einer neunten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. Bezug nehmend auf die 13 verwendet
der Halbleiterlaser ein n-Typ-InP-Substrat 5. Weiterhin
sind eine n-Typ-InP-Blockadeschicht 27 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(N) von 7 × 1018 cm–3 und eine p-Typ-InP-Blockadeschicht 28 mit
einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3 aufeinanderfolgend
auf der p-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 mit einer Ladungsträgerkonzentration
(P) von 1 × 1018 cm–3 ausgebildet. Alle
weiteren Komponenten sind ähnlich
zu jenen, die in Zusammenhang mit der achten Ausführungsform
beschrieben wurden. Somit verwendet die vorliegende Ausführung anstelle
des p-Typ-InP-Substrats 1,
das in Zusammenhang mit der dritten Ausführungsform beschrieben wurde,
das n-Typ-InP-Substrat 5. Die vorliegende Ausführungsform
ist ebenfalls so ausgebildet, daß die Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 nicht
an der Oberfläche
der Stromblockadeschicht 29 frei liegt.
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Wenn
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
die p-Typ-Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 ausgebildet
wird, ist das Kristallwachstum der p-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 abgeschlossen,
bevor die in 5(b) gezeigten aufrechten Seiten ((110)-Ebene)
verschwinden. Dadurch wird verhindert, daß die p-Typ- Al(Ga)InAs-Blockadeschicht 21 an
der Oberfläche
der Stromblockadeschicht 29 frei liegt. Gemäß diesem
Verfahren wächst
die p-Typ-InP-Schicht 7 ohne Defekte. Als ein Ergebnis ist
es möglich,
Halbleiterlaser mit guten Temperatureigenschaften bei hoher Ausbeute
herzustellen.
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Obwohl
die vorangehende Beschreibung jeder Ausführungsform eine Ladungsträgerkonzentration
oder Dotierungskonzentration für
jede Blockadeschicht in der Stromblockadeschicht 29 spezifiziert hat,
versteht es sich, daß diese
Werte lediglich als Beispiel angegeben wurden und die vorliegende
Erfindung nicht auf diese spezifizierten Werte beschränkt ist.
Weiterhin sind die Substrate, Aktivschichten, Elektroden, etc. der
vorliegenden Erfindung nicht auf die Materialien, Konzentrationen,
Dicken und Typen, die in Zusammenhang mit den Ausführungsformen
beschrieben wurden, beschränkt. Beispielsweise
kann die verspannte Al(Ga)InAs-Quantentopf-Aktivschicht 12 mit
der gleichen Wirkung durch eine andere Art von Aktivschicht ersetzt werden,
die aus einem unterschiedlichen Material ausgebildet ist, beispielsweise
durch eine verspannte InGaAsP-Quantentopf-Aktivschicht oder eine Aktivschicht
mit einem unterschiedlichen Aufbau. Während die vorliegende Erfindung
in Zusammenhang mit Halbleiterlasern beschrieben wurde, versteht
es sich weiterhin, daß die
Erfindung auf andere optische Halbleitervorrichtungen angewendet werden
kann, beispielsweise Fotorezeptor-Vorrichtungen und Lichtwellenleiter.