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DE69222822T2 - Optoelektronische Schaltvorrichtung mit Quantentopf-Struktur und stimulierter Emission - Google Patents

Optoelektronische Schaltvorrichtung mit Quantentopf-Struktur und stimulierter Emission

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DE69222822T2
DE69222822T2 DE69222822T DE69222822T DE69222822T2 DE 69222822 T2 DE69222822 T2 DE 69222822T2 DE 69222822 T DE69222822 T DE 69222822T DE 69222822 T DE69222822 T DE 69222822T DE 69222822 T2 DE69222822 T2 DE 69222822T2
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Technischer Bereich
  • Diese Erfindung betrifft eine Halbleiter-Isolator- Halbleiter-(SIS-)Struktur-Diode und besonders neuartige optoelektronische Quantentopf-Schaltvorrichtungen mit Fähigkeit zu stimulierter Emission.
    • 2. Diskussion
  • Mikrowellen-Halbleiterbauelemente werden allgemein zur Erzeugung, Verstärkung, Detektion und Steuerung von hochfrequenter elektromagnetischer Energie verwendet. Die Brauchbarkeit herkömmlicher Haibleiterbauelemente bei verhältnismäßig hohen Frequenzen wird jedoch durch Hochfrequenzeffekte stark begrenzt. Die Verwendung von III-V-Verbindungshalbleitern wie beispielsweise Galliumarsenid (GaAs) oder Indiumphosphat (InP) anstatt Silizium hat zu einer starken Verbesserung geführt, da die Beweglichkeiten von Elektronen dieser Materialien mehrere Male so groß wie bei Silizium sind, was zu geringerem Widerstand in Reihenschaltung führt.
  • Es wurden verschiedene optoelektronische Schaltvorrichtungen entwickelt, die stimulierte Emission zeigen. Derartige Vorrichtungen wurden durch ihre potentiellen Anwendungen bei der Mikrowellenerzeugung, logischen Hochgeschwindigkeitsschaltern, optischen Verbindern für integrierte Schaltungen, optischen Rechnersystemen und optoelektronischen integrierten Schaltungen (OEICs) attraktiv. Resonante Doppelsperrschicht-Tunneldioden wurden mit einem Quantentopf(QW-)Laser monolithisch integriert, um eine optisch bistabile Vorrichtung zu formen. Optoelektronische Doppelheterostruktur-Schaltvorrichtungen (DOES) verbunden mit einem einzelnen Quantentopflaser und elektrophotonische Bauelemente mit Transmission vertikal zur Oberfläche (VSTEP) wurden ebenfalls als Laser zum Erzielen stimulierter Emissionen gezeigt. Es wurde jedoch entdeckt, daß der Wirkungsgrad und die Leistung dieser Bauelemente durch das Vorhandensein des pn-Übergangs beschränkt sind. Außerdem sind die meisten Strukturen optoelektronischer Schaltvorrichtungen nicht kompatibel mit OEICs, und lassen sich somit schwer in QEICs integrieren.
  • Es wäre somit eine optoelektronische Schaltvorrichtung mit einem Potential für schnelleres optoelektronisches Schalten wünschenswert. Zusätzlich ist eine derartige Vorrichtung erwünscht, die einen guten Laserwirkungsgrad, signifikanten negativen differentiellen Widerstand und starke Lichtempfindlichkeit aufweist. Außerdem ist eine derartige Vorrichtung wünschenswert, die kompatibel zu OEICs nach dem Stand der Technik ist.
  • US-A-5010374 beschreibt einen Quantentopflaser, der ein Charakteristikum eines optoelektronischen Doppelheterostruktur-Schalters anwendet. Die Vorrichtung umfaßt einen zwischen Ladungsträger-Einschlußbereichen angeordneten Quantentopfbereich. Zwischen dem Topf- und dem Einschlußbereich sind p/n-Übergänge geformt.
  • Nach einem ersten Gesichtspunkt stellt die Erfindung nach Anspruch 1 eine optoelektronische Schaltvorrichtung bereit, die umfaßt: ein Substrat; eine n-Pufferschicht, die oben auf dem Substrat angeordnet ist; eine n-Überzugsschicht, die oben auf der Pufferschicht angeordnet ist; einen undotierten i-Bereich mit wenigstens einer aktiven Quantentopfschicht, der oben auf der n-Überzugsschicht angeordnet ist; eine p-Überzugsschicht, die oben auf dem i- Bereich angeordnet ist; und eine p-Kontaktschicht, die oben auf der Überzugsschicht angeordnet ist, wobei die p-Überzugsschicht schwach dotiert ist, um einen Verarmungsbereich mit einer Potentialbarriere für Löcher an der p/i-Grenzfläche bereitzustellen, wenn eine an die Vorrichtung angelegte Vorwärtsvorspannung unter einem bestimmten Wert liegt, wobei die Barriere zusammenbricht, wenn die an die Vorrichtung angelegte Vorwärtsvorspannung über einem bestimmten Wert liegt, was zu stimulierter und/oder spontaner Emission führt.
  • Nach einem zweiten Gesichtspunkt stellt die Erfindung nach Anspruch 11 ein Verfahren zur Herstellung einer Diodenvorrichtung zum Bereitstellen von optoelektronischem Schalten bereit, das folgende Schritte umfaßt: Bereitstellen eines Substrats; Wachsen einer n-Pufferschicht oben auf dem Substrat; Abscheiden einer n-Überzugsschicht oben auf der Pufferschicht; Abscheiden eines undotierten i-Bereichs oben auf der Überzugsschicht, wobei der i-Bereich eine oder mehrere aktive Quantentopfschichten enthält; Abscheiden einer dotierten p-Überzugsschicht oben auf dem i-Bereich; und Abscheiden einer p-Kontaktschicht oben auf der Überzugsschicht, wobei die p-Überzugsschicht schwach dotiert ist, um einen Verarmungsbereich mit einer Potentialbarriere für Löcher an der p/i-Grenzfläche bereitzustellen, wenn eine an die Vorrichtung angelegte Vorwärtsvorspannung unter einem bestimmten Wert liegt, wobei die Barriere zusammenbricht, wenn die Vorwärtsvorspannung über einem bestimmten Wert liegt, was zu stimulierter und/oder spontaner Emission führt.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die verschiedenen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung und durch Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen ersichtlich.
  • Figur 1 ist ein Diagramm einer Schnittansicht einer GaAs/GaAlAs-SIS-Strukturdiode gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 2 ist ein Diagramm einer Schnittansicht einer GaAs/GaAlAs-SIS-Strukturdiode gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 3 ist ein Diagramm einer Schnittansicht einer GaAs/GaAlAs-SIS-Strukturvorrichtung mit drei Anschlüssen gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • Figur 4 ist ein Energiebanddiagramm, das die Energieänderung der GaAs/GaAlAs-SIS-Strukturvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • Figur 5 ist eine Grafik, welche die Strom-Spannungs- Kennlinie der GaAs/GaAlAs-SIS-Strukturvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt; und
  • Figur 6 ist eine Grafik, welche die Ausgangsleistungs- Strom-Kennlinie der GaAs/GaAlAs-SIS-Strukturvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • In Figur 1 ist eine Galliumarsenid-(GaAs-)-Aluminiumarsenid- (AlAs-)Halbleiter-Isolator-SIS-Strukturdiode 10 mit einer Vielzahl von erzeugten Schichten gezeigt. Die GaAs/AlAs-SISS-Strukturdiode 10 ist im wesentlichen eine optoelektronische Schaltvorrichtung, die bei Raumtemperatur einen negativen differentiellen Widerstand vom s-Typ zeigt und mit hohem Wirkungsgrad stimulierte Emission emittiert. Die Vorrichtung kann eine Vorrichtung mit zwei Anschlüssen sein oder ferner als Vorrichtung mit drei Anschlüssen konstruiert sein. Die Vorrichtung kann optisch und/oder elektrisch geschaltet sein, um optische oder elektrische Ausgabe zu erzeugen. Die Struktur der Vorrichtung ist ähnlich der herkömmlicher Heteroübergangs-Quantentopflaser mit separatem Einschluß und läßt sich deshalb leicht mit optoelektronischen integrierten Schaltungen integrieren.
  • Die GaAs/AlAs-SIS-Strukturdiode 10 enthält ein Substrat 12. Das Substrat 12 enthält stark dotiertes n&spplus; GaAs. Eine n&spplus;-GaAs-Pufferschicht 14 befindet sich oben auf dem Substrat 12. Die Pufferschicht 14 ist annähernd 1,0 Mikrometer dick und enthält eine Dotierung mit einer Se-Konzentration von 6 x 10¹&sup8; cm&supmin;³. Die Pufferschicht 14 glättet im wesentlichen die Substratschicht 12. Eine GaAlAs-n-Überzugsschicht 16 ist oben auf der Pufferschicht 14 angeordnet. Die n-Überzugsschicht 16 besteht aus Ga0,6Al0,4As und ist annähernd 1,2 Mikrometer dick, bei einer Dotierung mit einer Se-Konzentration von 4 x 10¹&sup8; cm&supmin;³.
  • Ein undotierter i-Bereich befindet sich oben auf der Überzugsschicht 16. Der i-Bereich enthält eine erste Wellenleiterschicht 18, die aus undotiertem Ga0,8A10,2As besteht. Die ersten Wellenleiterschicht 18 liefert eine Führung für stimulierte Emission und ist annähernd 70 nm (700 Angström) dick. Ein erster undotierter GaAs-Quantentopf 20 ist oben auf der ersten Wellenleiterschicht 18 angeordnet. Der erste Quantentopf 20 ist annähernd 7 nm (70 Angström) dick. Eine GaAlAs-Quantentopf-Sperrschicht 22 ist oben auf dem Quantentopf 20 angeordnet. Die Quantentopf-Sperrschicht 22 ist annähernd 9 nm (90 Angström) dick. Ein zweiter GaAs-Quantentopf 24 ist oben auf der Quantentopf-Sperrschicht 22 angeordnet. Der zweite Quantentopf 24 ist annähernd 7 nm (70 Angström) dick. Eine aus undotiertem Ga0,8Al0,2As bestehende zweite Wellenleiterschicht 26 ist ferner oben auf dem zweiten Quantentopf 24 angeordnet. Die zweite Wellenleiterschicht 26 ist annähernd 70 nm (700 Angström) dick, und liefert ebenfalls eine Führung für stimulierte Emission.
  • Der in Figur 1 gezeigte i-Bereich enthält erste und zweite Quantentopfschichten 20 und 24, die durch eine Quantentopf-Sperrschicht 22 getrennt sind. Zur Erfüllung des Zwecks dieser Erfindung ist nur erforderlich, daß der i- Bereich wenigstens eine Quantentopf schicht enthält. Falls nur ein Quantentopf vorgesehen wird, dann ist keine Quantentopf-Sperrschicht nötig. Falls jedoch mehr als eine Quantentopfschicht enthalten ist, ist es nötig, daß die Quantentopfschichten durch Quantentopf-Sperrschichten getrennt werden.
  • Oben auf dem i-Bereich befindet sich eine aus Ga0,6Al0,4As bestehende p&supmin;-GaAlAs-Überzugsschicht 28. Die p&supmin;- Überzugsschicht 28 ist mit einer Dotierung mit einer Zn- Konzentration von 5 x 10¹&sup5; bis 10¹&sup6; cm&supmin;³ schwach dotiert. Die p&supmin;-Überzugsschicht 28 ist annähernd 1,2 Mikrometer dick. Die p&supmin;-Überzugsschicht 28 schließt die stimulierte Emission ein und errichtet eine Sperrschicht für Löcher, so daß Löcher bei niedriger Vorspannung nicht mit Elektronen rekombinieren können.
  • Eine p&spplus;-GaAs-Kontaktschicht 30 ist oben auf der p&supmin;- Überzugsschicht 28 angeordnet. Die p&spplus;-GaAs-Kontaktschicht 30 ist annähernd 0,5 Mikrometer dick und stark mit Zn dotiert, um einen gut tunnelnden ohmschen Übergang zu dem ohmschen Kontakt sicherzustellen. Ein ohmsche p-Kontaktschicht 32 ist oben auf der Kontaktschicht 30 angeordnet, und weist einen p-Kontaktanschluß zum Ermöglichen des Kontakts zu äußeren Bauelementen auf. Die ohmsche p-Kontaktschicht 32 enthält ein leitendes Material wie beispielsweise Ti-Pt-Au. Alternativ können die p&spplus;-Kontaktschicht 30 und die ohmsche p- Kontaktschicht 32 durch einen n&spplus;-Kontakt und eine ohmsche n&spplus;-Kontaktschicht ersetzt werden. Entsprechend ist zum Zweck der Herstellung des Kontakts zu äußeren Bauelementen eine ohmsche n-Kontaktschicht 34 mit einem n-Kontaktanschluß 38 an der Unterseite der Strukturdiode 10 angeordnet. Die ohmsche n-Kontaktschicht 34 enthält leitendes Material wie beispielsweise Ni-AuGe-Ni-Au.
  • Die sich ergebende Diodenstruktur 10 ist im allgemeinen eine Vorrichtung mit vier Schichten und n&spplus;-i-p&supmin;-p&spplus;-Struktur, die einer herkömmlichen Heteroübergangs-Quantentopfstruktur mit separatem Einschluß dahingehend ähnelt, daß sie mit vorhandenen OEICs integriert werden kann. Die n&spplus;-i-p&supmin;-Struktur ist ein Halbleiter-Isolator-Halbleiter-(SIS-)Kondensator, der sich ähnlich wie ein Metall-Isolator-Metall-(MIS-)Kondensator verhält. Die p&supmin;-p&spplus;-Struktur ist ein GaAs/GAlAs- Heteroübergang. Deshalb enthält die Diodenstrukturvorrichtung 10 zwei Ubergänge, einen SIS- und einen p&supmin;-p&spplus;-GaAs/GaAlAs-Heteroübergangs-Kondensator. Die Diodenstrukturvorrichtung 10 kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Standardtechniken hergestellt werden, beispielsweise durch chemisches Naßätzen, reaktives Ionenätzen, Ionenstrahlätzen und andere Trockenätztechniken.
  • Figur 2 zeigt eine GaAs/GaAlAs-SIS-Strukturdiode 10' gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Strukturdiode 10' wird auf dieselbe Art und Weise wie die in Figur 1 gezeigte Diodenstruktur 10 erzeugt oder strukturiert, mit der Ausnahme, daß die Diodenstruktur 10' ein halbisolierendes GaAs-Substrat 12' enthält, das undotiert ist. Das halbisolierende GaAs-Substrat 12' verringert die parasitische Kapazität vorteilhaft, sorgt für schnellere Arbeitsweise und deshalb bessere Leistung. Zusätzlich ist die ohmsche n-Kontaktschicht 34 oben auf der Pufferschicht 14 und getrennt von den anderen Schichten der Vorrichtung 10' angeordnet.
  • Figur 3 zeigt eine Vorrichtung 40 mit drei Anschlüssen gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 40 mit drei Anschlüssen ist auf ähnliche Art und Weise strukturiert wie die in Figur 2 gezeigte Vorrichtung 10', mit der Ausnahme, daß ein dritter Kontakt hinzugefügt ist, um eine als Transistor bekannte Vorrichtung mit drei Anschlüssen zu formen. Der zusätzliche dritte Anschluß 42 enthält ein innerhalb der Schichten des i-Bereichs eingefügtes Si-Ionenimplantat. Der dritte Anschluß 42 bildet das Gate für den Transistor und ist über die ohmsche Kontaktschicht 44 mit dem lonenimplantat verbunden. Der p-Kontaktschichtanschluß 36 bildet den Emitteranschluß der Vorrichtung 40 mit drei Anschlüssen. Der n-Kontaktanschluß 38 bildet den n-Kontakt-Kollektor der Vorrichtung 40 mit drei Anschlüssen.
  • In Figur 1 bis 3 ist eine optoelektronische Schaltvorrichtung mit stimulierter Emission gezeigt. Die Vorrichtung kann als Vorrichtung 10 mit zwei Anschlüssen, die als Diode strukturiert ist, aufgebaut sein. Bei Hinzufügen eines dritten Anschlusses kann die Vorrichtung ferner als eine Vorrichtung 40 mit drei Anschlüssen strukturiert sein, um einen Transistor zu formen.
  • Der Schaltmechanismus der Vorrichtung wird durch die in Figur 4a bis 4c gezeigten Energiebanddiagramme dargestellt. Figur 4a zeigt das Energiebanddiagramm im thermischen Gleichgewicht. Falls die Leitfähigkeit des undotierten 1- Bereichs größer als die des in Sperrichtung vorgespannten p&spplus;-GaAs/p&supmin;-GaAlAs-(p&spplus;/p&supmin;-)Übergangs 52 ist, fällt der größte Teil der angelegten Spannung am p&spplus;/p&supmin;-Übergang 52 ab. Die Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V) der in Sperrichtung vorgespannten Vorrichtung verhält sich somit ähnlich wie ein in Sperrichtung vorgespannter pn-Übergang.
  • Figur 4b zeigt die Ergebnisse des Anlegens einer Vorwärtsvorspannung. Nimmt die Vorwärtsvorspannung zu, werden die freien Elektronen durch den p&spplus;/p&supmin;-Übergang 52 aus dem p&supmin;- Bereich getrieben und der Verarmungsbereich 58 wächst. Im Verarmungsbereich 58 werden Elektron-Loch-Paare erzeugt. Das liegt daran, daß die Elektronen durch den p&spplus;/p&supmin;-Übergang 52 aus der Vorrichtung getrieben werden und die Löcher an die (p&supmin;-i)-Grenzfläche 54 zwischen p&supmin;-GaAlAs und undotiertem GaAlAs getrieben werden. Als Ergebnis davon sammeln sich die erzeugten Löcher an der (p-/i)-Grenzfläche 54. Unter diesen Bedingungen können die Löcher nicht durch eine Sperrschicht mit breiter Bandlücke in den undotierten i-Bereich injiziert werden. Zusätzlich sind die Elektronen durch Tunneln durch die Sperrschicht beschränkt, was zu einem merklichen Spannungsabfall und einem großen Widerstand in Reihenschaltung über den Verarmungsbereich 58 und die undotierten i-Bereiche führt. Als Ergebnis davon absorbieren diese Bereiche somit den größten Teil des Potentials und liefern dadurch zusätzlich zu einem Aus-Zustand mit hoher Spannung und niedrigem Strom einen Stromfluß.
  • Nimmt die Vorwärtsvorspannung zu, nimmt der im p&spplus;/p&supmin;- Übergang 52 fließende Löcherstrom zusammen mit der Konzentration von Löchern an der (p&supmin;/i)-Grenzfläche 54 zu. Die Löcherkonzentration nimmt als Ergebnis der thermischen und/oder lichtinduzierten Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren im Verarmungsbereich 58 zu. Dies kann auch durch Durchbrechen des p&spplus;/p&supmin;-Übergangs 52, Lawinendurchbruch in der p&supmin;-Schicht und/oder den einfallenden Elektronen-Tunnelstrom aus dem n&spplus;/i-Übergang 56 bewirkt werden. Die Zunahme der Löcherkonzentration und des Löcherstroms führt zu einer Zunahme des Elektronenstroms durch den (n&spplus;/i)-Übergang 56 zwischen n- GaAlAs/undotiertem GaAlAs. Dieser erhöhte Elektronenstrom wirkt auf den p&spplus;/p&supmin;-Übergang 52 zurück und erhöht die durch den p&spplus;/p&supmin;-Übergang 52 fließenden Elektronen- und Löcherströme. Ist der durch den p&spplus;/p&supmin;-Übergang 52 fließende Löcherstrom größer als der Erzeugungsstrom im Verarmungsbereich 58, wird die interne Stromschleifenverstärkung größer als Eins sein. Die Rückwirkung der Stromschleife wird somit positiv und ruft regeneratives Schalten hervor. Als Folge des Regenerationsprozesses zeigt die Vorrichtung einen negativen differentiellen Widerstand vom s-Typ (NDR), so daß die Spannung zusammenbricht und der Strom zunimmt. In dieser Situation sind sowohl der p&spplus;/p&supmin;-Übergang 52 als auch der n&spplus;/i-Übergang 56 wie in Figur 4c gezeigt stark in Vorwärtsrichtung vorgespannt.
  • Unmittelbar nachdem die Spannung zusammenbricht, werden die rasch angestiegenen Elektronen- und Löcherströme in die Quantentöpfe 50 des i-Bereichs injiziert, worin sie rekombinieren und spontane und/oder stimulierte Emission hervorrufen. Dieser Rekombinationsprozeß verringert die thermische Stromverstärkung auf weniger als 1 und die Vorrichtung erreicht einen stabilen Zustand.
  • Bei elektrischen Feldern größer als 10&sup4; V/cm wird das Löchergas aufgeheizt und thermionische oder ballistische Emission über die Sperrschicht können auftreten. Da jedoch die Quantentöpfe das minimale Potential im i-Bereich aufweisen, werden die heißen Löcher in die Quantentöpfe injiziert, statt aus dem Hochfeldbereich getrieben zu werden und werden weiter in der n-GaAlAs-Überzugsschicht rekombinieren. Dieser Injektionsmechanismus verhindert Stoßionisation durch hohe Felder. Da Elektronen und Löcher außerdem in den Quantentöpfen rekombinieren, kann bei richtiger Wellenleitung durch die Überzugsschichten stimulierte Emission auftreten.
  • Figur 5 zeigt die Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V) der Vorrichtung bei Raumtemperatur. Da die QWs das minimale Potential im i-Bereich aufweisen, werden die heißen Löcher in die QWs injiziert, statt aus dem Hochfeldbereich getrieben zu werden und rekombinieren im n-GaAlAs. Da Elektronen und Löcher in den QWs rekombinieren, kann, bei richtiger Wellenleitung durch die Überzugsschichten, stimulierte Emission auftreten.
  • Figur 6 zeigt die Ausgangsleistungs-Strom-Kennlinie der Vorrichtung. Unter Quasi-Dauerstrich-Bedingungen können ein Schwellenstrom von 600 Milliampere, eine differentielle Quantenausbeute von 67 % und eine Leistung von mehr als 50 Milliwatt pro Stirnfläche erreicht werden. Dies liefert einen ausgezeichneten Gesamtwirkungsgrad hinsichtlich der Leistung, der differentiellen Quantenausbeute und der Schwellenstromdichte für die stimulierte Emission zeigenden optoelektronischen Schaltvorrichtungen. Die Leistung in der für Figur 3 vermessenen Vorrichtung wurde niedriger als 50 Milliwatt pro Stirnfläche gehalten. Die Vorrichtung ist jedoch bei vollständiger Optimierung in der Lage, weiter verbesserte Schwellenstromdichte, differentielle Quantenausbeute und Ausgangsleistung zu liefern.
  • Die hierin beschriebene Schaltvorrichtung ergibt eine Vorrichtung mit entweder zwei oder drei Anschlüssen. Die Vorrichtung liefert vorteilhaft schnelles optoelektronisches Schalten und zeigt stimulierte Emission.
  • Angesichts des Vorausgehenden ist zu erkennen, daß die vorliegende Erfindung dem Anwender ermöglicht, eine optoelektronische Schaltvorrichtung mit Diodenstruktur mit stimulierten Emissionen zu erhalten. Obwohl diese Erfindung hierin in Verbindung mit einem speziellen Beispiel dafür beschrieben wurde, ist dadurch keine Beschränkung, außer wie durch die folgenden Ansprüche definiert, beabsichtigt.

Claims (13)

1. Optoelektrische Schaltvorrichtung, die umfaßt:
ein Substrat (12, 12');
eine n-Pufferschicht (14), die oben auf dem Substrat angeordnet ist;
eine n-Überzugsschicht (16), die oben auf der Pufferschicht (14) angeordnet ist;
einen undotierten i-Bereich (18, 20, 22, 24, 26) mit wenigstens einer aktiven Quantenmuldenschicht, der oben auf der n-Überzugsschicht (16) angeordnet ist;
eine p-Überzugsschicht (28), die oben auf dem i-Bereich angeordnet ist; und
eine p-Kontaktschicht (30), die oben auf der Überzugsschicht angeordnet ist, wobei die p-Überzugsschicht schwach dotiert ist, um einen Verarmungsbereich mit einer Potentialbarriere für Löcher an der p/i-Grenzfläche bereitzustellen, wenn eine an die Vorrichtung angelegte Vorwärtsvorspannung unter einem bestimmten Wert liegt, wobei die Barriere zusammenbricht, wenn die an die Vorrichtung angelegte Vorwärtsvorspannung über einem bestimmten Wert liegt, was zu stimulierter und/oder spontaner Emission führt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der i-Bereich ferner umfaßt:
eine erste Wellenleiterschicht (18), die sich unter der (den) Quantenmulde(n) befindet; und
eine zweite Wellenleiterschicht (26), die oben auf der (den) Quantenmulde (n) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner umfaßt:
eine erste ohmsche Kontaktschicht (32), die oben auf der GaAs-Kontaktschicht angeordnet ist; und
eine zweite ohmsche Kontaktschicht (34), die mit dem Substrat (12, 12') verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, die ferner umfaßt:
einen ersten Kontaktanschluß, der mit der ersten ohmschen Kontaktschicht (32) verbunden ist; und
einen zweiten Kontaktanschluß, der mit der zweiten ohmschen Kontaktschicht (34) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der der i-Bereich eine Vielzahl von Quantenmulden mit dazwischen befindlichen Sperrschichten enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Substrat (12, 12') und die Pufferschicht (14) Galliumarsenid (GaAs) enthalten.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Überzugsschichten (16, 28) Galliumaluminiumarsenid (GaAlAs) enthalten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Kontaktschicht (30) p&spplus;-GaAs enthält.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Kontaktschicht (30) n&spplus;-GaAs enthält.
10. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Vorrichtung ferner eine innerhalb des i-Bereichs implantierte dritte ohmsche Kontaktschicht (34) enthält, wobei die ohmsche Kontaktschicht einen damit verbundenen dritten Kontaktanschluß aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Strukturdiodenvorrichtung zur Bereitstellung von optoelektronischem Schalten, mit den Schritten:
Bereitstellen eines Substrats (12, 12');
Wachsen einer n-Pufferschicht (14) oben auf dem Substrat;
Abscheiden einer n-Überzugsschicht (16) oben auf der Pufferschicht (14);
Abscheiden eines undotierten i-Bereichs (18, 20, 22, 24, 26) oben auf der Überzugsschicht (16), wobei der i-Bereich eine oder mehrere aktive Quantenmuldenschichten (20, 24) enthält;
Abscheiden einer dotierten p-Überzugsschicht (28) oben auf dem i-Bereich; und
Abscheiden einer p-Kontaktschicht (30) oben auf der Überzugsschicht (28),
wobei die p-Überzugsschicht schwach dotiert ist, um einen Verarmungsbereich mit einer Potentialbarriere für Löcher an der p/i-Grenzfläche bereitzustellen, wenn eine an die Vorrichtung angelegte Vorwärtsvorspannung unter einem bestimmten Wert liegt, wobei die Barriere zusammenbricht, wenn die Vorwärtsvorspannung über einem bestimmten Wert liegt, was zu stimulierter und/oder spontaner Emission führt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner folgenden Schritt umfaßt:
Bereitstellen einer ersten Wellenleiterschicht (18) unter der Quantenmulde (20, 24); und
Abscheiden einer zweiten Wellenleiterschicht (26) oben auf der Quantenmulde, wobei die erste und die zweite Wellenleiterschicht ein Teil des undotierten i-Bereichs sind.
13. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner folgenden Schritt umfaßt:
Abscheiden einer ersten ohmschen Kontaktschicht (32) oben auf der Kontaktschicht (30); und
Abscheiden einer zweiten ohmschen Kontaktschicht (34) an der Unterseite des Substrats.
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