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JPH04219984A - 光子装置用の４元ｉｉ−ｖｉ族材料 - Google Patents

光子装置用の４元ｉｉ−ｖｉ族材料

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Publication number
JPH04219984A
JPH04219984A JP3074685A JP7468591A JPH04219984A JP H04219984 A JPH04219984 A JP H04219984A JP 3074685 A JP3074685 A JP 3074685A JP 7468591 A JP7468591 A JP 7468591A JP H04219984 A JPH04219984 A JP H04219984A
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JP
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quaternary
alloy
group
substrate
wavelength
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Application number
JP3074685A
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Inventor
William L Ahlgren
ウイリアム・エル・アールグレン
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Raytheon Co
Original Assignee
Santa Barbara Research Center
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Filing date
Publication date
Application filed by Santa Barbara Research Center filed Critical Santa Barbara Research Center
Publication of JPH04219984A publication Critical patent/JPH04219984A/ja
Publication of JPH0652807B2 publication Critical patent/JPH0652807B2/ja
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光子装置、特に４元Ｉ
Ｉ−ＶＩ族合金を含む光子装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】１９７６年９月２１日発行の米国特許第
３，９８２，２６１　号明細書において、５．４５乃至
６．０５の範囲内で降下する格子定数を有する基体に整
合した格子に調和した構成要素を有するＧａ、Ｉｎ、Ａ
ｓおよびＰの４元ＩＩＩ−Ｖ族合金のエピタキシアル層
が開示されている。合金の構成要素は、０．５５乃至３
．５　ミクロンの波長に対応して２．２３乃至０．３５
電子ボルトの範囲内の選択されたバンドギャップを生じ
るように調和されている。
【０００３】可視スペクトルで放射する現在利用されて
いる半導体ダイオードレーザは、典型的にＩＩＩ−Ｖ族
４元ＧａＩｎＡｓＰに基づく。しかし、このレーザの波
長は約０．６７ミクロン（赤）よりも長い。
【０００４】現在利用されている発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）はＩＩＩ−Ｖ族３元合金ＧａＩｎＡｓＰまたはＧａ
ＡｓＰに基づく。このＬＥＤは高い輝度および効率で赤
波長を容易に放射するが、比較的低い効率でしか黄色お
よび緑波長に到達することができない。赤波長よりも短
い波長でのこの低い効率が生じるのは、この短い波長で
の放射はトラップからバンドへの再結合に基づき、バン
ドからバンドへの再結合に基づかないからである。３元
ＩＩＩ−Ｖ族材料に基づいた通常のＬＥＤは青波長を放
射することは不可能であるか或いは青波長に達すること
ができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、輝度が重要で
ある場合において種々の色のＬＥＤは特に自動車および
航空機において多くのディスプレイ適用を有する。短波
長半導体レーザは光波長の２乗に反比例する情報密度を
増加するために光データ記憶システムに特に有用である
。また、赤、緑および青レーザの組合わせは高鮮明度テ
レビジョン（ＨＤＴＶ）システムに対するて大きいスク
リーン投射に使用されることができる。さらに、青−緑
レーザのような短波長レーザは水中通信用の信号キャリ
アとして適用され、またさらに商用および軍用にも適用
される。
【０００６】紫外線（ＵＶ）および可視放射用の検出器
はまたＵＶおよび可視焦点平面アレイでとしての重要な
適用を有する。例えば、ＵＶ画像は監視および追跡適用
に重要である。現在の高性能シリコンベースの電荷結合
装置（ＳｉＣＣＤ）と類似する可視多色画像装置にもま
た応用できる。
【０００７】本発明の目的は、光子装置に使用される材
料を提供し、全可視スペクトル範囲内の波長での放射ま
たは放射検出を可能にすることである。
【０００８】本発明の別の目的は、可視スペクトル範囲
内のバンドからバンドへの直接放射を示す光子装置に使
用される４元ＩＩーＶＩ族合金を提供することである。
【０００９】本発明のさらに別の目的は、紫色から赤色
までの可視スペクトル範囲内で放射する、すなわち約３
９０　乃至７５０　ナノメータの波長領域内で放射する
Ｈｇ、Ｚｎ、Ｓ、ＳｅのＩＩーＶＩ族４元合金を提供す
ることである。
【００１０】本発明のさらに別の目的は、緑色から遠赤
外線までのスペクトル範囲内で放射する、すなわち約０
．５　乃至２０ミクロンの波長領域内で放射するＨｇ、
Ｚｎ、Ｓｅ、ＴｅのＩＩーＶＩ族４元合金を提供するこ
とである。
【００１１】本発明のさらに別の目的は、Ｚｎ、Ｓ、Ｓ
ｅ、ＴｅまたはＺｎ、Ｍｎ、Ｓ、ＳｅまたはＨｇ、Ｃｄ
、Ｚｎ、Ｓから構成されるＩＩーＶＩ族４元合金を提供
することである。
【００１２】本発明のさらに別の目的は、ＩＩＩ−Ｖ族
材料、シリコンまたはサファイアから構成された基体と
共に使用するのに適した実質上の一定格子パラメータを
維持しながらエネルギギャップを変化し、放射波長を決
定するために組成的に変化されることができるＩＩーＶ
Ｉ族４元合金を提供することである。
【００１３】本発明のさらに別の目的は、ＩＩーＶＩ族
４元合金から構成された活性領域を有する２重ヘテロ接
合注入レーザを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、基
体およびその基体により支持された４元ＩＩ−ＶＩ族材
料から構成された領域を含む光子装置によって達成され
上述の問題は克服される。
【００１５】４元ＩＩ−ＶＩ族材料の例は、（１）Ｈｇ
、Ｚｎ、Ｓ、Ｓｅの合金および（２）Ｈｇ、Ｚｎ、Ｓｅ
、Ｔｅの合金である。ＺｎＴｅまたはＧａＡｓに格子整
合される４元材料ＨｇＺｎＳＳｅと、ＺｎＴｅまたはＧ
ａＳｂに格子整合される４元材料ＨｇＺｎＳｅＴｅは、
レーザ、ＬＥＤおよび波長領域にわたって使用するのに
適切な検出器のような光子装置の構造中で使用される。 ＨｇＺｎＳＳｅ合金のエネルギバンドギャップは全可視
スペクトルにわたる放射を達成するために変化される。 ＨｇＺｎＳｅＴｅ合金は緑色から遠赤外線までのスペク
トル範囲内に放射する。
【００１６】４元ＩＩーＶＩ族材料の付加的な例は以下
の通りである。
【００１７】（３）ＧａＡｓの格子パラメータと等しい
固定された格子パラメータで黄色から青色までのスペク
トル範囲内のエネルギバンドギャップを有するＺｎ、Ｓ
、Ｓｅ、Ｔｅの合金。
【００１８】（４）ＧａＡｓの格子パラメータと実質上
等しい固定された格子パラメータで青色から紫外線まで
のスペクトル範囲内のエネルギバンドギャップを有する
Ｚｎ、Ｍｎ、Ｓ、Ｓｅの合金。
【００１９】（５）可視スペクトル範囲に広がるエネル
ギバンドギャップを有すると思われるＨｇ、Ｃｄ、Ｚｎ
、Ｓの合金。
【００２０】故に本発明は、４元ＩＩーＶＩ族合金から
構成された領域を有する光子装置を含む。
【００２１】本発明はさらに、特性格子定数を有する基
体およびエピタキシアル層を基体に実質上格子整合ため
に選択された組成を有する４元ＩＩーＶＩ族合金から実
質上構成された少なくとも１つのエピタキシアル層を含
む光子装置を含む。
【００２２】本発明の実施例によると、２重ヘテロ接合
注入レーザが開示されている。レーザは、（１）基体と
、（２）基体に積層され、第１の導電型を有する２元ま
たは３元ＩＩーＶＩ族材料を含む第１のクラッド層と、
（３）第１のクラッド層に積層される４元ＩＩーＶＩ族
合金から構成された活性領域と、（４）活性領域に積層
され、第２の導電型を有する２元または３元ＩＩーＶＩ
族材料を含む第２のクラッド層とを含む。
【００２３】
【実施例】ここではＩＩーＶＩ族材料またはＩＩ−ＶＩ
材料と呼ばれている元素周期表のＩＩーＶＩ族から選択
された元素から構成された４元合金が開示されている。 これらの４元合金は紫色から赤色までの全可視スペクト
ルにわたる波長および赤外線波長を有するダイオードレ
ーザおよびＬＥＤのような光子装置の製造に適切である
ように示されている。これらの光子装置はトラップから
バンドへの再結合よりもむしろバンドからバンドへの直
接の再結合で機能する。したがって通常の装置より大き
い効率および輝度を得ることができる。ここで使用され
ているように、光子装置は電磁エネルギを放射し、検出
し、或いは変調するこれらの装置を含む。そのような例
はレーザ、ＬＥＤ、光起電力装置或いは光導電装置の光
学的装置のアレイを有する光検出器および非線形を含む
。
【００２４】図１は（Ｈｇ、Ｚｎ）（Ｓ、Ｓｅ）から構
成された２元ＩＩーＶＩ族化合物およびＧａＡｓの格子
パラメータに対してＥｇ　を描くバンドギャップ図であ
る。図２は（Ｈｇ、Ｚｎ）（Ｓｅ、Ｔｅ）から構成され
た２元ＩＩーＶＩ族化合物およびＧａＳｂの格子パラメ
ータに対してＥｇ　を描くバンドギャップエネルギ図で
ある。図１および図２の両方において、中間組成の３元
または４元合金の格子パラメータの線形補間を線で結ん
で示す。
【００２５】図１および図２でわかるように、４元半導
体合金は一定格子パラメータを維持しながら変化される
べきエネルギバンドギャップを提供する。Ｈｇ（１−ｘ
）　Ｚｎｘ　Ｓ（１−ｙ）　Ｓｅｙ　は光子装置に適切
な１つの直接バンドギャップ４元材料であり、ＺｎＳｅ
またはＧａＡｓの合金と等しい一定格子パラメータを維
持するために変化されることができる構成要素を有する
。所望の第２の４元合金はエネルギバンドギャップにお
いて緑色から遠赤外線まのスペクトルにわたるＨｇ（１
−ｘ）　Ｚｎｘ　Ｓｅ（１−ｙ）　Ｔｅｙ　であり、Ｚ
ｎＴｅまたはＧａＡｂの合金と等しい一定格子パラメー
タを維持するために変化されることができる構成要素を
有する。後者の４元合金に対してＧａＡｓの基体はまた
文献（１９８９年のＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏ
ｌ．Ａ７，３３１）に記載されているように良質の中間
ＺｎＴｅバッファ層がＧａＡｓ基体上で成長できる点に
おいて使用に適している。
【００２６】４元ＩＩーＶＩ族材料のさらに別の例は以
下の通りである。
【００２７】黄色から青色までのスペクトル範囲のエネ
ルギバンドギャップを有するＺｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅの合
金の一定した格子パラメータはＧａＡｓのそれと等しい
。この合金は１つの陽イオンおよび３つの陰イオンを有
し、ＺｎＳ（１−ｘ−ｙ）　Ｓｅｘ　Ｔｅｙ　の組成式
を有する。 この合金に対するバンドギャップエネルギ図は３つの２
元化合物ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅに基づく。
【００２８】青色から紫外線までのスペクトル範囲のエ
ネルギギャップを有するＺｎ、Ｍｎ、Ｓ、Ｓｅの合金の
一定した格子パラメータはＧａＡｓのそれと実質上等し
い。しかし、この合金はＭｎの含有量が増加するにつれ
て格子構造の型の変化をもたらすと思われ、エネルギギ
ャップの有用範囲を制限する可能性がある。この合金は
Ｚｎ（１−ｘ）　Ｍｎｘ　Ｓ（１−ｙ）　Ｓｅｙ　の組
成式を有する。この合金に対するバンドギャップエネル
ギ図は４つの２元化合物ＺｎＳ、ＭｎＳ、ＺｎＳｅ、Ｍ
ｎＳｅに基づく。
【００２９】Ｈｇ、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓの合金はエネルギギ
ャップの可視スペクトル範囲に及ぶように思われるが、
さらに異なる組成に対する格子構造の型の変化をもたら
すように思われる。この合金は１つの陰イオンおよび３
つの陽イオンを有し、Ｈｇ（１−ｘ−ｙ）　Ｃｄｘ　Ｚ
ｎｙ　Ｓの組成式を有する。この合金に対するバンドギ
ャップエネルギ図は３つの２元化合物ＨｇＳ、ＣｄＳ、
ＺｎＳに基づく。
【００３０】上述の例において、ｘおよびｙは合金の構
成要素を決定するために０よりも大きく１より小さい値
をそれぞれ有する。ｘおよびｙの値は４元合金を基体に
実質上格子整合するために選択され、合金の放射または
吸収波長を決定する。この点において、特に放射の光起
電力装置に関係して、装置はｐ−ｎ接合、ショッツキバ
リヤまたはアイソ型ヘテロ接合で構成されることができ
る。例えば、ＨｇＳまたはＨｇＳｅは接合の一方の側を
形成し、Ｈｇ（１−ｘ）　Ｚｎｘ　Ｓ（１−ｙ）　Ｓｅ
ｙ　は反対の側を形成するので、ｘおよびｙの値によっ
て決定された波長を有する放射に反応するｎ−ｎアイソ
型ヘテロ接合を生じる。
【００３１】格子整合の程度が境界転位表面密度を装置
特性に対する実質上小さい効果を有する値まで減少させ
るのに十分であるとき、材料は基体のような別の材料に
格子整合されるべきであると考えられる。格子定数の整
合に対する典型的な値は０．５　％であるが、実際の値
は装置および適用に依存する。
【００３２】適切な基体材料はＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、
ＺｎＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、Ｓｉ、サファ
イア（Ａｌ２　Ｏ３　）およびＳｉ（ＺｎＳｅ／Ｓｉ、
ＧａＡｓ／Ｓｉ）上に成長したＺｎＳｅまたはＧａＡｓ
およびＧａＡｓ（ＺｎＴｅ／ＧａＡｓ）上に成長した前
述のＺｎＴｅのようなこれらの材料の組合わせを含むが
、これらに限定されるものではない。
【００３３】ＩＩーＶＩ族４元合金を製造する現在の好
ましい方法は、金属有機化学蒸気付着（ＭＯＣＶＤ）、
特に光アシストＭＯＣＶＤ、分子ビームエピアキシ（Ｍ
ＢＥ）であり、金属有機分子ビームエピタキシ（ＭＯＭ
ＢＥ）および蒸気位相エピタキシ（ＶＰＥ）もまた適切
である。光アシストＭＯＣＶＤは半導体における本質的
の点−欠陥発生を減少させるために比較的低い温度で達
成されるので現在の製造プロセスに好ましい。
【００３４】４元ＩＩーＶＩ族材料を含む幅広いエネル
ギギャップ材料を用いる光子装置製造の重要なポイント
は、材料のドーピングである。高導電ｐ型ＺｎＳｅおよ
びまたは高導電ｎ型ＺｎＴｅのような２元材料のバイポ
ーラドーピングを達成するのに困難であることは、これ
らのおよび他の幅広いバンドギャップＩＩーＶＩ族材料
の以前の限定された適用を有する。
【００３５】この問題に対する解決法は文献（Ｙ．Ｍａ
ｒｆａｉｎｇ氏の１９８８年９月５〜９日のＮＡＴＯ　
Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｗｏｒｋｓｈｏ
ｐ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｆｕｔｕｒｅ　ｏｆ　Ｓｍａｌｌ−
ＧａｐＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ　）により提案さ
れた。Ｙ．Ｍａｒｆａｒｉｎｇ　氏は外部ガスと接触し
ている半導体中の非平衡キャリアの発生は２つの相間の
交換によって格子欠陥の濃度の変化をもたらすことがで
きる結論している。もし空位の全濃度が減少することが
できるならば、前記文献に記載されたように、空位を含
む任意の補償プロセスは付勢せずに、最終的に抑圧され
る。結果的に、ドーピングの不純物の強い電気的付勢が
達成されることができる。この点に関して、光励起下で
のドーピングを含む非平衡結合過程はＹ．Ｍａｒｆａｒ
ｉｎｇ　により記載されている。
【００３６】１９８９年１１月９日の米国特許出願Ｓ．
Ｎ．第０７／４３４，６４２号においてレーザアシスト
ＣＶＤで成長したエピタキシアル層を形成する装置およ
び方法が記載されている。そのシステムは低い温度の成
長および有機金属反応によるＩＩーＶＩ族材料のドーピ
ングを提供する。Ｙ．Ｍａｒｆａｒｉｎｇ　により提案
された方法により成長する層の光励起を達成するために
、アルゴンイオンレーザまたはＨｇＸｅアークランプか
らの第２の光ビームはエピタキシアル層が成長する基体
と垂直に誘導される。ドーパントは反応装置に導入され
、成長する半導体層に結合される。 例えば、ｐ型ＺｎＳｅを発生させるために、ドーパント
は窒素が好ましい。ナトリウムおよびリチウムもまた適
切であるが、リチウムは格子間侵入型であり、許容でき
ない高い拡散率を有すると思われる。ＺｎＳｅのＮ型ド
ーピングはガリウムで達成されることができる。
【００３７】ｐ型ＺｎＳｅを形成するの別の方法は文献
（１９８８年のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏ
ｌ．５２５７　乃至５９頁）に記載されている。この方
法において、Ｌｉ３　Ｎはドーパントとして使用され、
Ｚｎサイト上のＬｉ（ＬｉＺｎ）およびＳｅサイト上の
窒素（Ｎｓｅ）は両方共活性アクセプタ空間であると思
われる。
【００３８】ＨｇＺｎＳＳｅおよびＨｇＺｎＳｅＴｅに
基づいたデルタドープされた構造もまた本発明に含まれ
る。例えば、デルタドーピングは文献（１９８９年のＰ
ｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ３９，３１７３　）により記載され
ている。
【００３９】一般的に、ドーパントの適性に影響を与え
るファクターは溶解度、結合のモード、エネルギレベル
および拡散性を含む。ホスト格子の溶解度は所望のドー
ピングレベル例えば１０１８ｃｍ−３乃至１０１９ｃｍ
−３を超過しなければならない。結合のモードは２つの
特徴に関係する。 （ａ）第１に溶解されたドーパント（例えば陽イオンサ
イトの格子間侵入、置換または陰イオンサイトの置換）
に対応する欠陥スペシー、（ｂ）第２に荷電された欠陥
に対して、主な補償または反対に荷電された欠陥スペシ
ーである。これらの両特徴は温度およびＩＩ族元素の蒸
気圧のような典型的に処理の状態に依存する。結合の所
望のモードはドーパントに対して特有な好ましくは置換
的欠陥スペシーを生じさせ、自由キャリアによって電荷
を補償させる。自由キャリアはドナー用の導電バンドの
電子またはアクセプタ用の価電子バンドのホールである
。ドーパントのエネルギレベルは、ｋがボルツマン定数
でＴが温度である場合、浅いすなわち適切なバンドエッ
ジのｋＴの低倍率内に存在することが好ましい。もしエ
ネルギレベルが非常に深いならば、ドーパントスペシー
は室温でイオン化されないので、結晶の導電性は増加さ
れない。最後に、ドーパントスペシーの拡散性が室温の
みならず成長温度で低く、そのためドーピングプロファ
イルが設定され保持できる。上述されたリチウムのよう
な格子間侵入型スペシーは高い拡散率を有するのでドー
パントとしては一般的に不適切である。
【００４０】図３は、基体１２と、下方クラッド層１４
と、本発明の１実施例による４元ＩＩーＶＩ族材料から
構成された活性層１６と、上方クラッド層１８とを含む
２重ヘテロ接合注入レーザ１０の概略的な斜視図である
（実寸ではない）。下方クラッド層１４および上方クラ
ッド層１８に結合された電気端子はレーザ１０をＶ＋　
とＶ−　で示された電気励起の電源に結合させる。
【００４１】基体１２が一部切取って部分的に詳細に示
されている。基体１２はＧａＡｓから構成され、また他
の上述の基体材料は用いることができる。下方クラッド
層１４は約１乃至２ミクロンの厚さを有し、ＺｎＳ（１
−ｙ）　Ｓｅｙ　から構成されている。下方クラッド層
１４が基体１２に格子整合されるように、その組成は成
長中に決定される。 下方クラッド層１４はレーザアシストのＭＯＣＶＤ付着
中に例えばガリウムでドープされ、また空位の全濃度を
減少させ、空位を含む任意の補償過程を抑制するように
付着中に光励起される。下方クラッド層１４のｎ型ドー
ピングレベルは約１０１８ｃｍ−３乃至１０１９ｃｍ−
３である。
【００４２】活性層１６は実質上均質であり、約０．２
　ミクロンの厚さを有するＩＩーＶＩ族４元Ｈｇ（１−
ｘ）　Ｚｎｘ　Ｓ（１−ｙ）　Ｓｅｙ　から構成されて
いる。ｘおよびｙの値は赤色から紫色までのスペクトル
範囲の所望の出力波長を得るためにＥｇ　の値を調節し
、さらに活性層１６を基体１２に格子整合するようにエ
ピタキシアル成長中に設定される。活性層１６は実質上
ドープされない材料として設けられるか或いはクラッド
層１４と比較して軽く約１０１５ｃｍ−３の濃度にドー
プされることができる。
【００４３】上方クラッド層１８は１乃至２ミクロンの
厚さを有し、ＺｎＳ（１−ｙ）　から構成されている。 その組成は基体１２に格子整合されるように構成されて
いる。上方クラッド層１８はレーザアシストのＭＯＣＶ
Ｄ付着中に例えば窒素でドープされ、上述のように空位
の全濃度を減少させるために付着中に光励起される。上
方クラッド層１８のｐ型ドーピングレベルは例えば約１
０１８ｃｍ−３乃至１０１９ｃｍ−３である。
【００４４】レーザ１０は第１のヘテロ接合１４ａ　お
よび第２のヘテロ接合１８ａ　を含み、赤色から紫色ま
でのスペクトル範囲の予め定められた出力ビーム（Ａ）
波長を有する２重ヘテロ接合注入レーザとして直接バン
ドからバンドへの再結合によって機能する。レーザ１０
の適切な表面を劈開し反射するような他の処理ステップ
は通常の方法で達成される。
【００４５】図４は図３と別の実施例の２重ヘテロ接合
注入レーザの側面図である（実寸ではない）。レーザは
４元ＩＩーＶＩ族材料を有する多重４元ウエル活性層１
６’　を含む。活性層１６’　は上述のようにクラッド
層１４と１８の間に挿入される。基体１２は図４には示
されていない。 活性層１６’　は複数の半導体層１６ａ　と１６ｂ　と
の対を含む。 層１６ａ　はＩＩーＶＩ族４元Ｈｇ（１−ｘ）　Ｚｎｘ
　Ｓ（１−ｙ）　Ｓｅｙ　から構成され、１００　アン
グストローム程度の厚さを有する。ｘおよびｙの値は赤
色から紫色までのスペクトル範囲の所望の出力波長を得
るためにＥｇ　の値を調節し、さらに層１６ａ　を基体
１２に格子整合するように成長中に設定される。層１６
ｂ　はＺｎＳｅまたはＺｎＳＳｅから構成され、さらに
１００　オングストローム程度の厚さを有する。
【００４６】さらに、ＺｎＳｅ−ＨｇＳおよびＺｎＴｅ
−ＨｇＳｅ超格子は光子装置の材料として均質４元合金
に代用できる。すなわち、図４のレーザは上述のように
クラッド層と共に設けられるが、活性領域１６’　は２
元化合物ＺｎＳｅ−ＨｇＳまたはＺｎＴｅ−ＨｇＳｅの
交互の層から構成される。例えば、層１６ａ　はＺｎＳ
ｅから構成され、層１６ｂ　はＨｇＳから構成される。 この場合において、層１６ａ　と１６ｂ　の厚さは基体
に格子整合するために所望の格子定数を得て、しかも所
望の放射波長が得られるように成長中に調節される。
【００４７】さらに、変調ドーピングを用いる歪み層超
格子を含む多層ＩＩーＶＩ族構造も本発明に含まれる。 変調ドーピングは文献（１９８８年Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ
．Ｌｅｔｔ．　５４，６３　）に記載されている。
【００４８】ＩＩーＶＩ族４元合金の高温度動作はＩＩ
ーＶＩ族材料に使用できる大きいエネルギバンドギャッ
プと調和する。ヘテロ接合ＦＥＴのような高速装置はま
た低い電子の実効質量により得ることができる。したが
って大きいゲート電圧振幅と結合した狭いバンドギャッ
プＩＩーＶＩ族材料において高い移動度が広いバンドギ
ャップのＩＩーＶＩ族材料の使用によって達成される。 広いバンドギャップＩＩ−ＶＩ族材料はエピタキシアル
的にＧａＡｓ上に成長することが可能であり、ハイブリ
ッドＩＩ−ＶＩ／ＩＩＩ−Ｖ高速装置構造の製造の可能
性もまた存在する。
【００４９】ＩＩーＶＩ族材料の４元合金はまた集積オ
プトエレクトロニック回路技術の基本として機能するこ
とができる。上述の光放射器および検出器の他に、その
ような技術は光スイッチを必要とし、導波体のような類
似物と相互接続する。これらの部品は非線形光効果およ
び屈折率の制御を使用する。
【００５０】以上、本発明は特に好ましい実施例に関し
て述べられたが、形態および詳細の変更が本発明の技術
的範囲から逸脱することなく行われることを当業者によ
り理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】中間組成の３元または４元合金の線形補間を線
で結んで示している２元ＩＩ−ＶＩ化合物（Ｈｇ、Ｚｎ
）（Ｓ、Ｓｅ）およびＧａＡｓの格子パラメータに対す
るＥｇ　を描くバンドギャップ図。
【図２】中間組成の３元または４元合金の線形補間を線
で結んで示している２元ＩＩ−ＶＩ化合物（Ｈｇ、Ｚｎ
）（Ｓ、Ｓｅ）の格子パラメータに対するＥｇ　を描く
バンドギャップエネルギ図（実寸ではない）。
【図３】４元ＩＩーＶＩ族材料を有する２重ヘテロ接合
注入レーザの概略的な斜視図（実寸ではない）。
【図４】４元ＩＩーＶＩ族材料を有する多量子ウエル活
性層を含む２重ヘテロ接合注入レーザの別の実施例の側
面図（実寸ではない）。
【符号の説明】
１０…２重ヘテロ接合注入レーザ、１２…基体、１４，
１８　…クラッド層、１６…活性層。

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　４元ＩＩーＶＩ族合金から構成された
    領域およびその領域を支持する基体を含む光子装置にお
    いて、基体は特性格子定数を有し、４元ＩＩーＶＩ族合
    金は領域を基体に実質上格子整合しさらに所望される波
    長に関係するエネルギギャップを領域に与えるように選
    択された組成を有することを特徴とする光子装置。
  2. 【請求項２】　　ｘおよびｙは０よりも大きく１よりも
    小さい値をそれぞれ有するものとして、４元ＩＩーＶＩ
    族合金は、Ｈｇ（１−ｘ）　Ｚｎｘ　Ｓ（１−ｙ）　Ｓ
    ｅｙ　から構成されている請求項１記載の光子装置。
  3. 【請求項３】　　ｘおよびｙは０よりも大きく１よりも
    小さい値をそれぞれ有するものとして、４元ＩＩーＶＩ
    族合金は、Ｈｇ（１−ｘ）　Ｚｎｘ　Ｓ（１−ｙ）　Ｔ
    ｅｙ　から構成されている請求項１記載の光子装置。
  4. 【請求項４】　　ｘおよびｙは０よりも大きく１よりも
    小さい値をそれぞれ有するものとして、４元ＩＩーＶＩ
    族合金は、ＺｎＳ（１−ｘ−ｙ）　Ｓｅｘ　Ｔｅｙ　か
    ら構成されている請求項１記載の光子装置。
  5. 【請求項５】　　ｘおよびｙは０よりも大きく１よりも
    小さい値をそれぞれ有するものとして、４元ＩＩーＶＩ
    族合金は、Ｚｎ（１−ｘ）　Ｍｎｘ　Ｓ（１−ｙ）　Ｓ
    ｅｙ　から構成されている請求項１記載の光子装置。
  6. 【請求項６】　　ｘおよびｙは０よりも大きく１よりも
    小さい値をそれぞれ有するものとして、４元ＩＩーＶＩ
    族合金は、Ｈｇ（１−ｘ−ｙ）　Ｃｄｘ　Ｚｎｙ　Ｓか
    ら構成されている請求項１記載の光子装置。
  7. 【請求項７】　　基体は、族ＩＩＩ−Ｖ材料、Ｓｉ、Ａ
    ｌ２　、Ｏ３およびその組合わせからなる群から選択さ
    れた材料から構成されている請求項１記載の光子装置。
  8. 【請求項８】　　基体は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、Ｚｎ
    Ｔｅ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、Ｓｉ、Ａｌ２　Ｏ
    ３　、ＧａＡｓ／Ｓｉ、ＺｎＳｅ／Ｓｉ、ＺｎＴｅ／Ｇ
    ａＡｓおよびそれらの組合わせからなる群から選択され
    た材料から構成されている請求項１記載の光子装置。
  9. 【請求項９】　　領域は、実質上均質なエピタキシアル
    層から構成されている請求項１記載の光子装置。
  10. 【請求項１０】　　領域は、多層構造として配置された
    複数のエピタキシアル層から構成されている請求項１記
    載の光子装置。
  11. 【請求項１１】　　多重構造は、複数の量子ウエルから
    構成され、Ｈｇ（１−ｘ）　Ｚｎｘ　Ｓ（１−ｙ）　Ｓ
    ｅｙ　からなる複数の層を含み、それら個々の層はＺｎ
    ＳｅまたはＺｎＳＳｅからなる複数の層のそれぞれと交
    互に位置されている請求項１０記載の光子装置。
  12. 【請求項１２】　　利用波長は可視スペクトル範囲内に
    存在する請求項１記載の光子装置。
  13. 【請求項１３】　　特性格子定数を有する基体と、エピ
    タキシアル層を基体に実質上格子整合するために選択さ
    れさらに所望される波長と関係するエネルギギャップと
    共に少なくとも１つのエピタキシアル層を形成するため
    に選択された組成を有する４元ＩＩーＶＩ族合金から本
    質的に構成する少なくとも１つのエピタキシアル層とを
    具備する光子装置。
  14. 【請求項１４】　　４元ＩＩーＶＩ族合金はＨｇ（１−
    ｘ）　ＺｎｘＳ（１−ｙ）　Ｓｅｙ　から構成され、ｘ
    およびｙは０よりも大きく１よりも小さい値をそれぞれ
    有し、それにおいて実質上エピタキシアル層を基体に格
    子整合しさらに赤色から紫色までの波長範囲の波長を有
    する電磁放射を放射するような４元合金のエネルギバン
    ドギャップを決定する値を有する請求項１３記載の光子
    装置。
  15. 【請求項１５】　　４元ＩＩーＶＩ族合金はＨｇ（１−
    ｘ）　ＺｎｘＳ（１−ｙ）　Ｔｅｙ　から構成され、ｘ
    およびｙは０よりも大きく１よりも小さい値をそれぞれ
    有し、それにおいて実質上エピタキシアル層を基体に格
    子整合しさらに緑色から遠赤外線までのスペクトル範囲
    の波長を有する電磁放射を放射するような４元族合金の
    エネルギバンドギャップを決定する値を有する請求項１
    ３記載の光子装置。
  16. 【請求項１６】　　４元ＩＩーＶＩ族合金はＺｎＳ（１
    −ｘ−ｙ）　Ｓｅｘ　Ｔｅｙ　から構成され、ｘおよび
    ｙは０よりも大きく１よりも小さい値をそれぞれ有し、
    それにおいて実質上エピタキシアル層を基体に格子整合
    しさらに黄色から青色までの波長範囲の波長を有する電
    磁放射を放射するような４元合金のエネルギバンドギャ
    ップを決定する値を有する請求項１３記載の光子装置。
  17. 【請求項１７】　　４元ＩＩーＶＩ族合金は、Ｚｎ（１
    −ｘ）　Ｍｎｘ　Ｓ（１−ｙ）　Ｓｅｙ　から構成され
    、ｘおよびｙは０よりも大きく１よりも小さい値をそれ
    ぞれ有し、それにおいて実質上エピタキシアル層を基体
    に格子整合しさらに青色から紫外線までの波長範囲の波
    長を有する電磁放射を放射するような４元合金のエネル
    ギバンドギャップを決定する値を有する請求項１３記載
    の光子装置。
  18. 【請求項１８】　　基体は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、Ｚ
    ｎＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、Ｓｉ、Ａｌ２　
    Ｏ３　、ＧａＡｓ／Ｓｉ、ＺｎＳｅ／Ｓｉ、ＺｎＴｅ／
    ＧａＡｓおよびそれらの組合わせからなる群から選択さ
    れた材料から構成されている請求項１３記載の光子装置
    。
  19. 【請求項１９】　　基体と、第１の導電型を有する２元
    または３元ＩＩーＶＩ族材料から構成され、基体上に積
    層された第１のクラッド層と、４元ＩＩーＶＩ族合金か
    ら構成され、第１のクラッド層上に積層された活性領域
    と、第２の導電型を有する２元または３元ＩＩーＶＩ族
    材料から構成され、活性領域上に積層された第２のクラ
    ッド層とを具備している２重ヘテロ接合注入レーザ。
  20. 【請求項２０】　　基体は特性格子定数を有し、前記４
    元ＩＩーＶＩ族合金はＨｇ（１−ｘ）　Ｚｎｘ　Ｓ（１
    −ｙ）　Ｓｅｙ　から構成され、それにおいてｘおよび
    ｙは０よりも大きく１よりも小さい値をそれぞれ有し、
    実質上活性領域を基体に格子整合しさらに赤色から紫色
    までの波長範囲の特性波長を有する電磁放射を放射する
    ような４元合金のエネルギバンドギャップを決定する値
    を有する請求項１９記載の２重ヘテロ接合注入レーザ。
  21. 【請求項２１】　　第１のクラッド層はｎ型ＺｎＳ（１
    −ｙ）　Ｓｅｙ　から構成され、第２のクラッド層はｐ
    型ＺｎＳ（１−ｙ）　Ｓｅｙ　から構成され、それにお
    いてｙの値は０よりも大きく１よりも小さい値を有し、
    第１および第２のクラッド層を基体に実質上格子整合す
    る値を有する請求項１９記載の２重ヘテロ接合注入レー
    ザ。
  22. 【請求項２２】　　基体は、ＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、Ｚ
    ｎＴｅ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＰ、Ｓｉ、Ａｌ２　
    Ｏ３　、ＺｎＳｅ／Ｓｉ、ＧａＡｓ／Ｓｉ、ＺｎＴｅ／
    ＧａＡｓおよびそれらの組合わせからなる群から選択さ
    れた材料から構成されている請求項１９記載の２重ヘテ
    ロ接合注入レーザ。
  23. 【請求項２３】　　活性領域は、実質上均質なエピタキ
    シアル層から構成されている請求項１９記載の２重ヘテ
    ロ接合注入レーザ。
  24. 【請求項２４】　　活性領域は、Ｈｇ（１−ｘ）　Ｚｎ
    ｘ　Ｓ（１−ｙ）　Ｓｅｙ　からなる複数の層から構成
    され、個々の層はＺｎＳｅまたはＺｎＳＳｅからなる複
    数の層と個々の層と交互に配置されている請求項１９記
    載の２重ヘテロ接合注入レーザ。
  25. 【請求項２５】　　第１のクラッド層は約１０１８ｃｍ
    −３乃至約１０１９ｃｍ−３の範囲内の濃度までドープ
    されたｎ型ＺｎＳ（１−ｙ）　Ｓｅｙ　から構成され、
    第２のクラッド層は約１０１８ｃｍ−３乃至約１０１９
    ｃｍ−３の範囲内の濃度までドープされたｐ型ＺｎＳ（
    １−ｙ）　Ｓｅｙ　から構成され、ｙの値は第１および
    第２のクラッド層を基体に実質上格子整合するような０
    より大きく１より小さい値を有している請求項１９記載
    の２重ヘテロ接合注入レーザ。
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