(57)【要約】  量子井戸中の量子ドット（ＱＷ中のＱＤ）構造からオフセット下少なくとも１つの変調ドープ量子井戸（ＱＷ）構造）を含む複数の層を支持する基板を含む半導体デバイス。変調ドープＱＷ構造は、スペーサー層により少なくとも１つのＱＷから離間した電荷シートを含む。ＱＷ中のＱＤ構造が、１つ又は複数のＱＷに埋め込まれたＱＤを有する。ＱＷ中のＱＤ構造は、バリア層により離間した少なくとも１つのテンプレート／エミッションサブ構造対を含むことができ、テンプレートサブ構造が有するＱＤのサイズは、エミッションサブ構造より小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上の複数の半導体層を含む半導体デバイスであって、該複数の半導体層が、量子井戸構造中の量子ドットからオフセットした少なくとも１つの変調ドープ量子井戸構造を含み、
前記変調ドープ量子井戸構造が、スペーサー層により少なくとも１つの量子井戸から離間した電荷シートを含み、
量子井戸構造中の量子ドットが、少なくとも１つの量子井戸に埋め込まれた複数の量子ドット（ＱＤ）を有する、半導体デバイス。
【請求項２】
量子井戸構造中の量子ドットが、間にバリア層を有する少なくとも１対のテンプレートサブ構造及びエミッションサブ構造を含み、テンプレートサブ構造のＱＤのサイズが、エミッションサブ構造のＱＤより小さい、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
量子井戸構造中の量子ドットが、テンプレートサブ構造及びエミッションサブ構造の対を複数含む、請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
テンプレートサブ構造が、デジタル的勾配を有する量子井戸に埋め込まれた複数のＱＤを規定し、エミッションサブ構造が、アナログ的勾配を有する量子井戸に埋め込まれた複数のＱＤを規定する、請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
量子井戸構造中の量子ドットが、少なくとも１つのアナログ的勾配を有する量子井戸に埋め込まれた複数の量子ドット（ＱＤ）を有する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
アナログ的勾配を有する量子井戸が、Ｇａ濃度に対して少なくとも２７％の最大Ｉｎ濃度を有するＩｎＧａＡｓ材料により実現される、請求項５に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
量子井戸構造中の量子ドットが、変調ドープ量子井戸構造の電荷シートの反対側に配置されており、スペーサー層によって変調ドープ量子井戸構造の少なくとも１つの量子井戸からオフセットしている、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
スペーサー層の厚みが、３００〜５００Åの範囲である、請求項７に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
複数の半導体層が、異なる特性波長の電磁放射線の処理をサポートするように構成されている複数の量子井戸構造中の量子ドットを含む、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
異なる特性波長が、１３００ｎｍ〜１５５０ｎｍの範囲の光信号である、請求項９に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
ｎ型変調ドープ量子井戸構造は、量子井戸構造中の第一の量子ドットからオフセットしており、該ｎ型変調ドープ量子井戸構造が、スペーサー層により少なくとも１つの量子井戸から離間したｎ型ドープ電荷シートを含み、
ｐ型変調ドープ量子井戸構造は、量子井戸構造中の第二の量子ドットからオフセットしており、該ｐ型変調ドープ量子井戸構造が、スペーサー層により少なくとも１つの量子井戸から離間したｐ型ドープ電荷シートを含む、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
ｎ型変調ドープ量子井戸構造及び量子井戸構造中の第一の量子ドットが、ｐ型変調ドープ量子井戸構造及び量子井戸構造中の第二の量子ドットの両方より上に配置されている、請求項１１に記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
量子井戸構造中の第二の量子ドットが、ｐ型変調ドープ量子井戸構造より上に配置されている、請求項１２に記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
複数の半導体層が、ｎ型変調ドープ量子井戸構造より上の複数のｐ型層をさらに含み、該複数のｐ型層が、Ｐ＋ドープオーミックコンタクト層を含む、請求項１１に記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
複数の半導体層が、ｐ型変調ドープ量子井戸構造より下の複数のｎ型層をさらに含み、該複数のｎ型層が、Ｎ＋ドープオーミックコンタクト層を含む、請求項１４に記載の半導体デバイス。
【請求項１６】
複数の半導体層が、底部のミラーと上部のミラーとの間に配置されている、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項１７】
デバイスが、少なくとも１つの光電子デバイス、及び少なくとも１つの光トランジスタデバイスを含む集積回路を実現し、該光電子デバイスが、量子井戸構造中の量子ドットのＱＤによりサポートされている特性波長の電磁放射線を処理する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項１８】
トランジスタデバイスが存在し、該トランジスタデバイスが、変調ドープ量子井戸構造に電気的に接続されたソース及びドレイン端子電極、並びにゲート端子電極を有するヘテロ構造電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）を含む、半導体デバイスであって、該ゲート端子電極が、ＨＦＥＴの動作の間、変調ドープ量子井戸構造中の反転チャンネルを作り出すように構成されている、請求項１７に記載の半導体デバイス。
【請求項１９】
トランジスタデバイスが存在し、該トランジスタデバイスが、変調ドープ量子井戸構造に電気的に接続されたベース端子電極、並びにエミッター端子電極及びコレクター端子電極を有するバイポーラ電界効果トランジスタ（ＢＩＣＦＥＴ）を含む、請求項１７に記載の半導体デバイス。
【請求項２０】
少なくとも１つの光電子デバイスが、変調ドープ量子井戸構造に電気的に接続された注入端子電極、並びにアノード端子電極及びカソード端子電極を有する光電子サイリスタ含み、該光電子サイリスタが、量子井戸構造中の量子ドットのＱＤによりサポートされている特性波長の電磁放射線を処理する、請求項１７に記載の半導体デバイス。
【請求項２１】
少なくとも１つの光電子デバイスが、変調ドープ量子井戸構造に電気的に接続されたアノード端子電極、及びカソード端子電極を有する電気的ポンピングレーザーエミッターを含み、該電気的ポンピングレーザーエミッターが、量子井戸構造中の量子ドットのＱＤによりサポートされている特性波長の電磁放射線を放出する、請求項１７に記載の半導体デバイス。
【請求項２２】
少なくとも１つの光電子デバイスが、変調ドープ量子井戸構造に電気的に接続されたアノード端子電極、及びカソード端子電極を有する光検出器を含み、量子井戸ダイオード検出器が、量子井戸構造中の量子ドットのＱＤによりサポートされている特性波長の電磁放射線を吸収する、請求項１７に記載の半導体デバイス。
【請求項２３】
少なくとも１つの光電子デバイスが、導波路構造に隣接する位置にある共振器を含み、
該共振器が、共振器により放出され、又は吸収される電磁放射線の閉回路伝搬をサポートするように構成されている閉回路導波路を含み、
該電磁放射線が、量子井戸構造中の量子ドットのＱＤによりサポートされている特性波長を有し、
該導波路構造が、その間のエバネッセント波結合を与える共振器の閉回路導波路から離間している、請求項１７に記載の半導体デバイス。
【請求項２４】
閉回路導波路が、曲がったセクションにより接続された複数の直線的なセクションを有し、
導波路構造が、入力及び出力間に広がる複数のセクションを含み、
導波路構造の１つのセクションが、共振器の閉回路導波路の１つの直線的なセクションから離間し、かつ平行に広がっており、その間のエバネッセント波結合を与える、請求項２３に記載の半導体デバイス。
【請求項２５】
イオン注入部が、導波路構造の１つの直線的なセクション、及び閉回路導波路の１つの直線的なセクション間のギャップ領域において形成されており、該イオン注入部が、導波路構造及び閉回路導波路内に光の横方向の閉じ込めを与え、バンドギャップを横切る電荷移動を制限するバンドギャップにおいてのシフトを与える、請求項２４に記載の半導体デバイス。
【請求項２６】
導波路構造が、導波路構造の屈折率を変化させ、閉回路導波路の１つのセクションと導波路構造の１つのセクションとの間のエバネッセント波結合を変調させるために、導波路構造の変調ドープ量子井戸構造中の電荷密度を制御する電気信号により供給される制御電極を含む、請求項２４に記載の半導体デバイス。
【請求項２７】
共振器が、量子井戸構造中の量子ドットのＱＤによりサポートされている特性波長の電磁放射線の放出及び吸収から選択される所望の機能のために構成されている、請求項２３に記載の半導体デバイス。
【請求項２８】
さらに、共振器と一体的に形成され、かつ共振器に隣接するヒータートランジスタを含み、該ヒータートランジスタが、共振器により放出され、又は吸収される電磁放射線の特性波長を調節するために共振器を加熱するように構成されている、請求項２３に記載の半導体デバイス。
【請求項２９】
共振器により放出され、又は吸収される電磁放射線の特性波長を調節するために、エバネッセント結合により共振器の閉回路導波路と選択的に接続された少なくとも１つの追加の閉回路導波路をさらに含む、請求項２３に記載の半導体デバイス。
【請求項３０】
少なくとも１つの光電子デバイスが、その間の能動導波路領域を規定する２つのアノード端子電極セクション、及び２つのアノード端子電極セクションの外側の変調ドープ量子井戸構造に動作可能に接続された少なくとも１つのカソード端子電極を含む導波路増幅器を含み、該導波路光増幅器が、量子井戸構造中の量子ドットのＱＤによりサポートされている特性波長の電磁放射線を増幅させるように構成されている、請求項１７に記載の半導体デバイス。
【請求項３１】
少なくとも１つの光電子デバイスが、結合領域により離間した２つの平行な第一及び第二の導波路を含む導波路結合器光スイッチを含み、前記導波路結合器光スイッチが、クロス状態及びスルー状態で選択的に動作し、クロス状態で第一の導波路に入る光力は、第二の導波路とエバネッセント的に結合し、スルー状態で第一の導波路に入る光力は、第一の導波路を通過する、請求項１７に記載の半導体デバイス。
【請求項３２】
基板上の複数の半導体層を形成する工程を含む半導体デバイスの製造方法であって、前記複数の半導体層が、量子井戸構造中の量子ドットからオフセットした少なくとも１つの変調ドープ量子井戸構造を含み、
前記変調ドープ量子井戸構造が、スペーサー層により少なくとも１つの量子井戸から離間した電荷シートを含み、
量子井戸構造中の量子ドットが、少なくとも１つの量子井戸に埋め込まれた複数の量子ドット（ＱＤ）を有する、半導体デバイスの製造方法。
【請求項３３】
量子井戸構造中の量子ドットが、間にバリア層を有する少なくとも１対のテンプレートサブ構造及びエミッションサブ構造を含み、該テンプレートサブ構造のＱＤのサイズがエミッションサブ構造のＱＤより小さい、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
量子井戸構造中の量子ドットが、テンプレートサブ構造及びエミッションサブ構造の対を複数を含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
テンプレートサブ構造が、デジタル的勾配を有する量子井戸に埋め込まれた複数のＱＤを規定し、エミッションサブ構造が、アナログ的勾配を有する量子井戸に埋め込まれた複数のＱＤを規定する、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
量子井戸構造中の量子ドットが、少なくとも１つのアナログ的勾配を有する量子井戸に埋め込まれた複数の量子ドット（ＱＤ）を有する、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
アナログ的勾配を有する量子井戸が、Ｇａ濃度に対して少なくとも２７％の最大Ｉｎ濃度を有するＩｎＧａＡｓ材料により実現される、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
量子井戸構造中の量子ドットが、変調ドープ量子井戸構造の電荷シートの反対側に配置されており、スペーサー層によって変調ドープ量子井戸構造の少なくとも１つの量子井戸からオフセットしている、請求項３２に記載の方法。
【請求項３９】
スペーサー層の厚みが、３００〜５００Åの範囲である、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
複数の半導体層が、異なる特性波長の光信号の放出又は吸収をサポートするように構成されている複数の量子井戸構造中の量子ドットを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項４１】
異なる特性波長が、１３００ｎｍ〜１５５０ｎｍの範囲である、請求項４０に記載の半導体デバイス。
【請求項４２】
複数の半導体層が、量子井戸構造中の第一の量子ドットからオフセットしたｎ型変調ドープ量子井戸構造、及び量子井戸構造中の第二の量子ドットにからオフセットしたｐ型変調ドープ量子井戸構造を含み、該ｎ型変調ドープ量子井戸構造がスペーサー層により少なくとも１つの量子井戸から離間したｎ型ドープ電荷シートを含み、該ｐ型変調ドープ量子井戸構造がスペーサー層により少なくとも１つの量子井戸から離間したｐ型ドープ電荷シートを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項４３】
ｎ型変調ドープ量子井戸構造及び量子井戸構造中の第一の量子ドットが、ｐ型変調ドープ量子井戸構造及び量子井戸構造中の第二の量子ドットの両方より上に配置されている、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
量子井戸構造中の第二の量子ドットが、ｐ型変調ドープ量子井戸構造より上に配置されている、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
複数の半導体層が、ｎ型変調ドープ量子井戸構造より上の複数のｐ型層をさらに含み、該複数のｐ型層が、Ｐ＋ドープオーミックコンタクト層を含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
複数の半導体層が、ｐ型変調ドープ量子井戸構造より下の複数のｎ型層をさらに含み、該複数のｎ型層が、Ｎ＋ドープオーミックコンタクト層を含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
複数の半導体層が、底部のミラーと上部のミラーとの間に配置されている、請求項３２に記載の方法。
【請求項４８】
半導体デバイスが、少なくとも１つの光電子デバイス、及び少なくとも１つの光トランジスタデバイスを含む集積回路を実現し、該光電子デバイスが、量子井戸構造中の量子ドットのＱＤによりサポートされている特性波長の電磁放射線を処理する、請求項３２に記載の方法。
【請求項４９】
さらに、複数の半導体層の上部の層上に、二重層構造を堆積させること、及びパターン化すること、並びに少なくとも１つの光電子回路の光の横方向の閉じ込めを与えるイオン注入部の操作を規定するようにイオン注入を実施することを含む方法であって、二重層構造が、酸化ケイ素の底部の層及び窒化ケイ素層の上部の層を含み、二重層構造が、係るイオン注入の間にマスク層として働く、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
イオン注入の後で、複数の半導体層の上部の層上の金属層を堆積させること、及びパターン化することをさらに含み、該金属層が、１μｍ以下のオフセットにより二重層構造から離間するようにパターン化されている、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
金属層のパターン化の後で、二重層構造を除去する湿式エッチングを実施することをさらに含む、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
導波路構造に隣接して位置している共振器を含む半導体デバイスであって、
該共振器が、共振器により放出され、又は吸収される電磁放射線の閉回路の伝搬をサポートするように構成されている閉回路導波路を含み、
該導波路構造が、その間でエバネッセント波結合を与える共振器の閉回路導波路から離間されている、半導体デバイス。
【請求項５３】
閉回路導波路が、曲がったセクションにより接続された複数の直線的なセクションを有し、
導波路構造が、入力及び出力間に広がる複数のセクションを含み、
導波路構造の１つのセクションが、共振器の閉回路導波路の１つの直線的なセクションから離間し、かつ平行に広がっており、その間のエバネッセント波結合を与える、請求項５２に記載の半導体デバイス。
【請求項５４】
イオン注入部が、導波路構造の１つの直線的なセクション、及び閉回路導波路の１つの直線的なセクション間のギャップ領域において形成された半導体デバイスであって、イオン注入部が、導波路構造及び閉回路導波路内に光の横方向の閉じ込めを与え、バンドギャップを横切る電荷移動を制限するバンドギャップにおいてのシフトを与える、請求項５３に記載の半導体デバイス。
【請求項５５】
共振器及び導波路構造が、基板上の複数の半導体層から一体的に形成されており、該複数の半導体層が、スペーサー層により少なくとも１つの量子井戸から離間した電荷シートを有する少なくとも１つの変調ドープ量子井戸構造を含む、請求項５３に記載の半導体デバイス。
【請求項５６】
導波路構造が、導波路構造の屈折率を変化させ、閉回路導波路の１つのセクションと導波路構造の１つのセクションとの間のエバネッセント波結合を変調させるために、導波路構造の変調ドープ量子井戸構造中の電荷密度を制御する電気信号により供給される制御電極を含む、請求項５５に記載の半導体デバイス。
【請求項５７】
複数の層がさらに、少なくとも１つの量子井戸に埋め込まれた複数の量子ドット（ＱＤ）を有する量子井戸構造中の量子ドットを含み、
共振器が、量子井戸構造中の量子ドットのＱＤによりサポートされている特性波長の電磁放射線の放出及び吸収から選択される所望の機能のために構成されている、請求項５５に記載の半導体デバイス。
【請求項５８】
さらに、共振器と一体的に形成され、かつこれに隣接するヒータートランジスタを含み、該ヒータートランジスタが、共振器により放出又は吸収される電磁放射線の特性波長を調節するために共振器を加熱するように構成されている、請求項５２に記載の半導体デバイス。
【請求項５９】
さらに、共振器により放出又は吸収される電磁放射の特性波長を調節するために、エバネッセント結合により共振器の閉回路導波路に選択的に接続された少なくとも１つの追加の閉回路導波路を含む、請求項５２に記載の半導体デバイス。
【請求項６０】
ソース端子電極及びドレイン端子電極間に配置されたゲート端子電極を含むトランジスタデバイスであって、
該ゲート端子電極が少なくとも１つの量子井戸からオフセットした電荷シートを含む変調ドープ量子井戸構造により実現される量子ドット構造の上にあり、かつ、量子ドット構造をポテンシャル障壁が取り囲む、トランジスタデバイス。
【請求項６１】
ポテンシャル障壁が、ＱＤ構造を取り囲むイオン注入領域により規定された、請求項６０に記載のトランジスタデバイス。
【請求項６２】
イオン注入領域が、所定の高温条件下において、変調ドープ量子井戸構造の電荷シートと反応するイオン種から形成された、請求項６１に記載のトランジスタデバイス。
【請求項６３】
ポテンシャル障壁の位置及び寸法が、イオン種の注入を可能にするフォトマスクにより規定された開口の位置及びサイズにより決定された、請求項６２に記載のトランジスタデバイス。
【請求項６４】
イオン種が、酸素イオンを含む、請求項６２に記載のトランジスタデバイス。
【請求項６５】
さらに、ゲート及びソース端子電極にバイアスをかけて、ソース端子電極から量子ドット構造を取り囲むポテンシャル障壁を通り、そして量子ドット構造中への単一電子のトンネル現象を可能にする手段と、ゲート及びドレイン端子電極にバイアスをかけて、量子ドット構造から量子ドット構造を取り囲むポテンシャル障壁を通り、ドレイン端子電極への単一電子の選択的トンネル現象を可能にする手段とを含み、該単一電子の選択的トンネル現象が、単一電子のスピン状態に基づく、請求項６０に記載のトランジスタデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１．分野
本願は、種々の光電子機能（光エミッター、光検出器、光変調器、光増幅器、及び光スイッチ等）及び電子機能（ヘテロ接合電界効果トランジスタ及びバイポーラ電界効果トランジスタ等）を実現する半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．最先端技術
本願は、米国特許第６０３１２４３号明細書、米国特許出願第０９／５５６２８５号明細書（２０００年４月２４日出願）、米国特許出願第０９／７９８３１６号明細書（２００１年３月２日出願）、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ０２／０６８０２号（２００２年３月４日出願）、米国特許出願第０８／９４９５０４号明細書（１９９７年１０月１４日出願）、米国特許出願第１０／２００９６７号明細書（２００２年７月２３日出願）、米国特許出願第０９／７１０２１７号明細書（２０００年１１月１０日出願）、米国特許出願第６０／３７６２３８号明細書（２００２年４月２６日出願）、米国特許出願第１０／３２３３９０号明細書（２００２年１２月１９日出願）、米国特許出願第１０／２８０８９２号明細書（２００２年１０月２５日出願）、米国特許出願第１０／３２３３９０号明細書（２００２年１２月１９日出願）、米国特許出願第１０／３２３５１３号明細書（２００２年１２月１９日出願）、米国特許出願第１０／３２３３８９号明細書（２００２年１２月１９日出願）、米国特許出願第１０／３２３３８８号明細書（２００２年１２月１９日出願）、米国特許出願第１０／３４０９４２号明細書（２００３年１月１３日出願）（その全てが全体として参照により本開示に組み入れられる）に詳細に記載されるように、反転量子井戸チャンネルデバイス構造を利用する種々のデバイス（光電子デバイス、論理回路、及び／又は信号処理回路）の実現を提供する技術（出願人により“平面光電子技術”又は“ＰＥＯＴ”と呼ばれる）に基づく。
【０００３】
これらの構造を用いる製造シーケンスにより、共通の基板上にデバイスを作製することができる。すなわち、ｎ型及びｐ型コンタクト、クリティカルエッチング等を用いることにより、共通の基板上にこれらのデバイスの全てを同時に実現することができる。このデバイスの構造の本質的特徴は、１）ｎ型変調ドープ界面及びｐ型変調ドープ量子井戸界面と、２）イオン注入により形成される自己整合ｎ型及びｐ型チャンネルコンタクトと、３）ｎ型イオン注入及び底部のｎ型層構造に対するｎ型金属コンタクトと、４）ｐ型イオン注入及び上部のｐ型層構造に対するｐ型金属コンタクトとを含む。能動デバイス構造は、好ましくはＩＩＩ〜Ｖ族材料（ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ等）の材料系により実現される。
【０００４】
ＰＥＯＴにより、種々の光電子デバイスを構成することができる。また、ＰＥＯＴにより、相補的なＮＨＦＥＴ及びＰＨＦＥＴユニポーラデバイス、並びにｎ型及びｐ型ＨＢＴバイポーラデバイス等の種々の高性能トランジスタデバイスを構成することもできる。
【発明の概要】
【０００５】
半導体デバイスは、基板上に支持される複数の半導体層を含む。複数の半導体層は、量子井戸中の量子ドット（ＱＷ中のＱＤ）構造からオフセットした少なくとも１つの変調ドープ量子井戸（ＱＷ）構造を含む。変調ドープＱＷ構造は、スペーサー層により少なくとも１つのＱＷから離間した電荷シートを含む。ＱＷ中のＱＤ構造は、１つ又は複数のＱＷに埋め込まれた量子ドット（ＱＤ）を有する。ＱＤは、ある特性波長での電磁放射線の光機能（放出、増幅、吸収）を発現するサイズにされる。
【０００６】
１つの実施態様において、ＱＷ中のＱＤ構造は、バリア層によって分離された少なくとも１対のテンプレート／エミッションサブ構造を含むことができ、テンプレートサブ構造は、エミッションサブ構造より小さいサイズのＱＤを有することができる。さらに、テンプレートサブ構造は、デジタル的勾配を有する量子井戸に埋め込まれたＱＤを規定することができ、エミッションサブ構造は、アナログ的勾配を有する量子井戸に埋め込まれたＱＤを規定することができる。
【０００７】
別の実施態様において、ＱＷ中のＱＤ構造は、少なくとも１つのアナログ的勾配を有する量子井戸に埋め込まれたＱＤを規定することができる。
【０００８】
さらに別の実施態様において、複数の半導体層は、異なる特性波長（１３００ｎｍ〜１５５０ｎｍの範囲の光波長等）の電磁放射線の光機能（放出、増幅、吸収）を発現するようなサイズのＱＤを含む、複数のＱＷ中のＱＤ構造を含むことができる。
【０００９】
さらに別の実施態様において、ＱＷ中のＱＤ構造を、変調ドープＱＷ構造の電荷シートの反対側に配置し、かつスペーサー層によって変調ドープＱＷ構造の少なくとも１つの量子井戸からオフセットさせることができる。スペーサー層の厚みは３００〜５００Åの範囲であることができる。
【００１０】
半導体デバイスは、１つ又は複数のＱＷ中のＱＤ構造のＱＤにより発現する１つ又は複数の特性波長での電磁放射線に関する光機能（放出、増幅、吸収）を果たす多種多様の光電子デバイスを含む集積回路、並びに必要に応じて係る光電子デバイス、論理回路及び信号処理回路の構成のための電気トランジスタを含む集積回路を実現することができる。
【００１１】
利点として、光電子デバイスの１つ又は複数のＱＷ中のＱＤ構造内に埋め込まれたＱＤは、係る光電子デバイス及びこれらに基づく集積回路の効率を向上させる。具体的には、放出と増幅に必要な反転分布、及び光検出に必要な光子吸収メカニズムは、量子ドットの導入でより効率的に起こり、このようにしてレーザー発振と増幅のために要求される必要な電流を減少させ、かつ吸収により作り出される光電流を増大させる。さらに、埋め込まれたＱＤのサイズを制御することにより、所望の光機能（放出、増幅、及び吸収）の波長を決定することができる。
【００１２】
別の側面において、トランジスタデバイスには、ソース端子電極とドレイン端子電極との間に配置されたゲート端子電極が備わっている。ゲート端子電極は、少なくとも１つの量子井戸からオフセットした電荷シートを含む変調ドープ量子井戸構造により実現される量子ドット構造上にある。ポテンシャル障壁は量子ドット構造を取り囲む。ＱＤ構造の周囲にあるイオン注入領域により、ポテンシャル障壁を規定することができる。１つの実施態様において、イオン注入領域は、所定の高温条件下において変調ドープ量子井戸構造の電荷シートと反応するイオン種から形成される。イオン種の注入を可能にするフォトマスクにより規定された開口の位置及びサイズにより、ポテンシャル障壁の位置及び寸法を決定することができる。イオン種としては、酸素イオンを挙げることができる。
【００１３】
トランジスタデバイスは、単電子トランジスタとして動作するように構成することができる。この構成において、トランジスタデバイスは、ゲート及びソース端子電極にバイアスをかけて、ソース端子電極から量子ドット構造を取り囲むポテンシャル障壁を通り、そして量子ドット構造中への単一電子のトンネル現象を可能にする手段と、ゲート及びドレイン端子電極にバイアスをかけて、量子ドット構造から量子ドット構造を取り囲むポテンシャル障壁を通り、ドレイン端子電極への単一電子の選択的トンネル現象を可能にする手段とを含み、ここで単一電子の選択的トンネル現象は、単一電子のスピン状態に基づく。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本願による例示的な光電子集積回路デバイス構造の概略図であり、ここにはｎチャンネルＨＦＥＴデバイス及び／又はｐチャンネルＨＦＥＴデバイスが含まれる。
【図２】図２は、図１の光電子集積回路デバイス構造により実現されるｎチャンネルＨＦＥＴデバイスに関する例示的な電流‐電圧特性曲線である。
【図３】図３は、本願の例示的な光電子集積回路デバイス構造の概略図であり、ここにはｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイス又はｐチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスが含まれる。
【図４】図４は、図３の光電子集積回路デバイス構造により実現されるｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスに関する例示的な電流‐電圧特性曲線である。
【図５】図５は、本願の例示的な光電子集積回路デバイス構造の概略図であり、ここには量子井戸レーザー、又は検出デバイスが含まれる。
【図６】図６は、図５の光電子集積回路デバイス構造により実現される量子井戸レーザーのレーザー発振の間に生成する電流を示す、例示的なエネルギーバンドダイアグラムである。
【図７】図７は、図５の光電子集積回路デバイス構造により実現される量子井戸レーザーに関する例示的な電流‐電圧特性曲線である。
【図８】図８は、本願の例示的な光電子集積回路デバイス構造の概略図であり、ここには異なる量子井戸レーザー又は検出デバイスが含まれる。
【図９】図９は、本願の例示的な光電子集積回路デバイス構造の概略図であり、ここには量子井戸サイリスタデバイスが含まれる。
【図１０】図１０は、図９の光電子集積回路デバイス構造により実現される量子井戸サイリスタに関する例示的な電流‐電圧特性曲線である。
【図１１Ａ】図１１Ａ及び１１Ｂは、図１〜１０の光電子集積回路デバイス構造のＱＷ中のＱＤ構造（２４，２８）に関する例示的な層構造の概略図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａ及び１１Ｂは、図１〜１０の光電子集積回路デバイス構造のＱＷ中のＱＤ構造（２４，２８）に関する例示的な層構造の概略図である。
【図１２Ａ】図１２Ａ〜１２Ｃは、図１〜１１Ｂの光電子集積回路デバイス構造を実現するための例示的な層構造を集合的に示す表である。
【図１２Ｂ】図１２Ａ〜１２Ｃは、図１〜１１Ｂの光電子集積回路デバイス構造を実現するための例示的な層構造を集合的に示す表である。
【図１２Ｃ】図１２Ａ〜１２Ｃは、図１〜１１Ｂの光電子集積回路デバイス構造を実現するための例示的な層構造を集合的に示す表である。
【図１３】図１３は、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される、例示的なｎチャンネルＨＦＥＴデバイスの概略図である。
【図１４】図１４は、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される、例示的なｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスの概略図である。
【図１５Ａ】図１５Ａ〜１５Ｃは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な量子井戸レーザー又は検出デバイスの概略図である。図１５Ａは、受動導波路構造と、量子井戸レーザー又は検出デバイスの概略斜視図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａ〜１５Ｃは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な量子井戸レーザー又は検出デバイスの概略図である。図１５Ｂは、図１５Ａ中の１５Ｂ‐１５Ｂとラベルされた断面を通る量子井戸レーザー又は検出デバイスの概略断面図である。
【図１５Ｃ】図１５Ａ〜１５Ｃは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な量子井戸レーザー又は検出デバイスの概略図である。図１５Ｃは、図１５Ａ中の１５Ｃ‐１５Ｃとラベルされた断面を通る受動導波路構造の概略断面図である。
【図１６】図１６は、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される、異なる量子井戸レーザー又は検出デバイスの概略図である。
【図１７】図１７は、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な量子井戸サイリスタデバイスの概略図である。
【図１８Ａ】図１８Ａ〜１８Ｆは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な閉回路微小共振器の概略図である。図１８Ａは、閉回路微小共振器の概略斜視図である。
【図１８Ｂ】図１８Ａ〜１８Ｆは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な閉回路微小共振器の概略図である。図１８Ｂは、閉回路微小共振器の概略上面図である。
【図１８Ｃ】図１８Ａ〜１８Ｆは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な閉回路微小共振器の概略図である。図１８Ｃは、図１８Ｂ中の１８Ｃ‐１８Ｃとラベルされた断面を通る、閉回路微小共振器の概略断面図である。
【図１８Ｄ】図１８Ａ〜１８Ｆは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な閉回路微小共振器の概略図である。図１８Ｄは、図１８Ｂ中の１８Ｄ‐１８Ｄとラベルされた断面を通る、閉回路微小共振器の概略断面図である。
【図１８Ｅ】図１８Ａ〜１８Ｆは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な閉回路微小共振器の概略図である。図１８Ｅは、波長調節用加熱トランジスタデバイスの横に作製された閉回路微小共振器の概略斜視図である。
【図１８Ｆ】図１８Ａ〜１８Ｆは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な閉回路微小共振器の概略図である。図１８Ｆは、波長調節のための一連のエバネッセント的に結合した閉回路導波路構造の横に作製された閉回路微小共振器の概略透視図である。
【図１９Ａ】図１９Ａ〜１９Ｃは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な導波路光結合器の概略図である。図１９Ａは、導波路光結合器の概略上面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａ〜１９Ｃは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な導波路光結合器の概略図である。図１９Ｂは、図１９Ａ中の１９Ｂ‐１９Ｂとラベルされた断面を通る導波路光結合器の概略断面図である。
【図１９Ｃ】図１９Ａ〜１９Ｃは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な導波路光結合器の概略図である。図１９Ｃは、図１９Ａ中の１９Ｃ‐１９Ｃとラベルされた断面を通る導波路光結合器の概略断面図である。
【図２０Ａ】図２０Ａ〜２０Ｃは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な導波路光増幅器の概略図である。図２０Ａは、導波路光増幅器、及び導波路光増幅器の中に光を導き、かつそこから光を導き出すための結合した受動導波路の概略斜視図である。
【図２０Ｂ】図２０Ａ〜２０Ｃは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される例示的な導波路光増幅器の概略図である。図２０Ｂは、図２０Ａ中の２０Ｂ‐２０Ｂとラベルされた断面を通る導波路光増幅器の概略断面図である。
【図２０Ｃ】図２０Ａ〜２０Ｃは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いる光電子集積回路の一部として実現される、例示的な導波路光増幅器の概略図である。図２０Ｃは、図２０Ａ中の２０Ｃ‐２０Ｃとラベルされた断面を通る受動導波路の概略断面図である。
【図２１Ａ】図２１Ａ及び２１Ｂは、各々本願による例示的な単電子トランジスタデバイスの概略断面図及び上面図である。
【図２１Ｂ】図２１Ａ及び２１Ｂは、各々本願による例示的な単電子トランジスタデバイスの概略断面図及び上面図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、図２１Ａ及び２２Ｂの例示的な単電子トランジスタの読込、計算、及び読出操作の概略図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、図２２Ａの読込、計算及び読出操作を実施するための単電子トランジスタデバイスのゲート、ソース及びドレイン端子電極に印加することのできる、例示的な電圧信号波形である。
【図２２Ｃ】図２２Ｃは、量子ドット中に流れる電流を一般化したものであり、図２２Ａの各々の読込、計算、及び読出操作の間の単電子トランジスタの量子ドットから読み出される。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１によれば、本願のデバイス構造は、基板１０上に形成される底部の誘電性分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）ミラー１２を含む。底部のＤＢＲミラー１２は、典型的には異なる屈折率を有する半導体又は誘電性材料の対を堆積させることにより形成される。異なる屈折率を有する２つの材料を合わせることにより接合を形成する際、光は接合面にて反射される。１つのそのような境界にて反射される光の量は小さい。しかし、複数の接合／層の対は、各層が４分の１波長（λ／４）光学厚みを有しつつ周期的に積み重ねられる場合、各境界からの反射が同位相で加算され、特定の中心波長λDで多量の反射光（例えば、大きな反射係数）を作り出す。相補的なヘテロ構造電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）デバイスを実現するために好適な能動デバイス構造は、底部のＤＢＲミラー１２上に堆積している。第一の相補的なＨＦＥＴデバイスは、ｐ型変調ドープ量子井戸（ＱＷ）構造２０より下のｎ型ゲート領域（すなわち、ｎ型オーミックコンタクト層１４及び１つ又は複数のｎ型層１６）とともにｐ型変調ドープＱＷ構造２０を有するｐチャンネルＨＦＥＴである。ＱＷ中のＱＤ構造２４、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０より上に形成される。ＱＷ中のＱＤ構造２４は、その層内に埋め込まれた自己集合した量子ドット（ＱＤ）を含む少なくとも１つのＱＷ層を含む。ＱＷ中のＱＤ構造２４は、ドープされていないスペーサー層２２により、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０の１つ又は複数のＱＷから離間される。第二の相補的なＨＦＥＴデバイスは、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２より上に形成されたｐ型ゲート領域（すなわち、１つ又は複数のｐ型層３６及びｐ型オーミックコンタクト３８）とともにｎ型変調ドープＱＷ構造３２を含むｎチャンネルＨＦＥＴである。ＱＷ中のＱＤ構造２８は、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２より下に形成される。ＱＷ中のＱＤ構造２８は、その層内に埋め込まれた自己集合した量子ドット（ＱＤ）を含む少なくとも１つのＱＷ層を含む。ＱＷ中のＱＤ構造２８は、ドープされていないスペーサー層３０によりｎ型変調ドープＱＷ構造２０のＱＷから離間される。ＱＷ中のＱＤ構造２８は、ＱＷ中のＱＤ構造２４に接触する１つ又は複数のスペーサー層２６より上に形成される。スペーサー層３０、ＱＷ中のＱＤ構造２８、１つ又は複数のスペーサー層２６、ＱＷ中のＱＤ構造２４、スペーサー層２２、及びｐ型変調ドープＱＷ構造２０を包含する層は、ｎチャンネルＨＦＥＴのコレクター領域を形成する。スペーサー層２２、ＱＷ中のＱＤ構造２４、１つ又は複数のスペーサー層２６、ＱＷ中のＱＤ構造２８、スペーサー層３０、及びｎ型変調ドープＱＷ構造３２を包含する層は、ｐチャンネルＨＦＥＴのコレクター領域を形成する。係るコレクター領域は、周知のように、ＭＯＳＦＥＴデバイスの基板領域に類似する。従って、非反転ｎチャンネルＨＦＥＴデバイスは、能動デバイス構造の一部として反転ｐチャンネルＨＦＥＴデバイス上に積み重ねられる。
【００１６】
能動デバイス層構造は、オーミック接触の形成を可能にする１つ又は複数のｎ型オーミックコンタクト層１４から始まる。１つ又は複数のｎ型層１６、及び電気的にはｐチャンネルＨＦＥＴデバイスのゲートの一部として、また光学的にはデバイスの下側の導波用クラッドの一部として機能するドープされていないスペーサー層１８は、層１４上に堆積している。ドープされていないスペーサー層により１つ又は複数のＱＷ（それは、歪み又は非歪みヘテロ接合材料から形成されてよい）からオフセットしたｐ型電荷シートを規定するｐ型変調ドープＱＷ構造２０は、層１８上に堆積している。ｐ型電荷シートは、ドープされていないスペーサー及びｐ型変調ドープＱＷ構造２０の１つ又は複数のＱＷより下に最初に形成される。ここまでで成長した層の全ては、底部上のゲートオーミックコンタクトとともにｐチャンネルＨＦＥＴデバイスを形成する。ドープされていないスペーサー層２２、次いでＱＷ中のＱＤ構造２４（それは、その層内に埋め込まれた自己集合したＱＤを含む少なくとも１つのＱＷ層を含む）が、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０上に堆積している。ドープされていないスペーサー層２２は、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０及びＱＷ中のＱＤ構造２４の１つ又は複数のＱＷ間にオフセットを与える。
【００１７】
１つ又は複数のスペーサー層２６、次いでＱＷ中のＱＤ構造２８、ドープされていないスペーサー層３０及びｎ型変調ドープＱＷ構造３２は、ＱＷ中のＱＤ構造２４上に堆積している。ｎ型変調ドープＱＷ構造３２は、ドープされていないスペーサー層により１つ又は複数のＱＷからオフセットしたｎ型電荷シートを規定する。ｎ型電荷シートは、ドープされていないスペーサー及びｎ型変調ドープＱＷ構造３２の１つ又は複数のＱＷより上に最後に形成される。ドープされていないスペーサー層３０は、ＱＷ中のＱＤ構造２８及びｂ型変調ドープＱＷ構造３２の１つ又は複数のＱＷ間にオフセットを与える。
【００１８】
ドープされていないスペーサー層３４、及び電気的にはｎチャンネルＨＦＥＴのゲートの一部として、また光学的にはデバイスの上側の導波用クラッドの一部として機能することができる１つ又は複数のｐ型層３６は、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２上に堆積している。好ましくは、ｐ型層３６は、ｐ材料の低濃度ドープ層により離間された、高濃度ドープｐ材料が平面的にドープされた２つのシートを含む。これらのｐ型層は、ドープされていないスペーサー材料３４によってｎ型変調ドープ量子井戸構造３２によりオフセットされる。この構成において、上部の電荷シートは低いゲート接触抵抗を達成し、底部の電荷シートは、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２に対してｎチャンネルＨＦＥＴの電気容量を規定する。オーミック接触の形成を可能にする１つ又は複数のｐ型オーミックコンタクト層３８は、１つ又は複数のｐ型層３６上に堆積している。
【００１９】
ｎチャンネルＨＦＥＴデバイスに関して、ｎチャンネルＨＦＥＴデバイスのゲート端子電極（５１として示される２つ）は、１つ又は複数の上部のｐ型オーミックコンタクト層３８に動作可能に接続される。ｎチャンネルＨＦＥＴデバイスのソース端子電極５３及びドレイン端子電極５５は、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２において実現される１つ又は複数のＱＷチャンネルの対向する端部に動作可能に接続される。１つ又は複数の端子電極（電極５９及び６１等）は、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０に動作可能に接続することができ、ｎチャンネルＨＦＥＴデバイス用のコレクター端子電極として使用することができる。
【００２０】
ｐチャンネルＨＦＥＴデバイスに関して、ｐチャンネルＨＦＥＴデバイスのゲート端子電極（５７として示される２つ）は、１つ又は複数の底部のｎ型オーミックコンタクト層１４に動作可能に接続される。ｐチャンネルＨＦＥＴデバイスのソース端子電極５９及びドレイン端子電極６１は、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０において実現される１つ又は複数のＱＷチャンネルの対向する端部に動作可能に接続される。１つ又は複数の端子電極（電極５３及び５５等）は、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２に動作可能に接続することができ、ｐチャンネルＨＦＥＴデバイス用のコレクター端子電極として使用することができる。
【００２１】
ｎチャンネルＨＦＥＴデバイス及びｐチャンネルＨＦＥＴデバイスの両方は、電界効果トランジスタであって、そこでは電流が各端部にコンタクトを備えたＱＷチャンネルを通る二次元ガスとして流れる。基本的なトランジスタ動作は、ＱＷチャンネルと直交する変調電界によるＱＷチャンネルのコンダクタンスの変調である。変調電界は、ソース電圧に対するゲート電圧の関数として反転層（すなわち、ｎチャンネルＨＦＥＴデバイスに関する二次元電子ガス又はｐチャンネルＨＦＥＴに関する二次元正孔ガス）を制御することにより、ＱＷチャンネルのコンダクタンスを変調する。
【００２２】
ｎチャンネルＨＦＥＴデバイスに関して、ある電圧にてゲート端子電極５１及びソース端子電極５３にバイアスをかけることにより、ＱＷチャンネルのコンダクタンスが上昇する。その電圧では、極小のゲート伝導を伴ってゲートとソース領域のＰ／Ｎ接合が順バイアスとなり、またソース端子電極５３及びドレイン端子電極５５間のｎ型変調ドープ量子井戸構造３２のＱＷチャンネル中において電子ガスの反転層が作り出される。この構成において、ソース端子電極５３は、そこから電子キャリアがｎ型変調ドープ量子井戸構造３２のＱＷチャンネルに入る端子電極であり、ドレイン端子電極５５は、電子キャリアがデバイスから出る端子電極であり、ゲート端子電極５１は、デバイスの制御端子である。
【００２３】
図２は、例示的なｎチャンネルＨＦＥＴデバイスの電流‐電圧特性を示す。ｎチャンネルＨＦＥＴデバイスは、例えば図２の負荷バイアス線に示されるように、デバイスにバイアスをかけることによって電界効果電気トランジスタとして動作するように構成することができる。極小のゲート伝導となるようなＶGS設定により、電子の反転層（すなわち、二次元電子ガス）がｎ型変調ドープ量子井戸構造３２のＱＷチャンネル中で作り出され、また電圧ＶDSの印加により電流ＩDが生じ、ドレイン端子電極５５からソース端子電極５３に流れる。閾値電圧未満のＶGSが設定される場合、ｎ型変調ドープ量子井戸構造３２のＱＷチャンネル中に電子の反転層（すなわち、二次元電子ガス）は形成されない。チャンネルは事実上消失し、またドレイン端子電極５５からソース端子電極５３に流れる電流ＩDはない（すなわちＩD＝０）。ゲート‐チャンネル接合は、電子の極小のゲート伝導となるように常にバイアスをかけられているため、リーク電流のみがゲート端子電極５１を通じて流れる。ｎチャンネルＨＦＥＴデバイスの１つ又は複数のコレクター端子電極５９、６１はソース端子電極５３に接続することができ、又は場合によっては、係るリーク電流を極小化するために、ソース端子電極５３及びドレイン端子電極５５に対して逆バイアスをかけることができる。
【００２４】
ｐチャンネルＨＦＥＴデバイスは、ｎチャンネルＨＦＥＴデバイスに対して逆の電流方向及び電圧極性でｎチャンネルＨＦＥＴデバイスと同様に動作する。ｐチャンネルＨＦＥＴデバイスに関して、ある電圧にてゲート端子電極５７及びソース端子電極５９にバイアスをかけることにより、ＱＷチャンネルのコンダクタンスが上昇する。その電圧では、極小のゲート伝導を伴ってソース及びゲート領域のＰ／Ｎ接合が順バイアスとなり、またソース端子電極５９及びドレイン端子電極６１間のｐ型変調ドープ量子井戸構造２０のＱＷチャンネル中において正孔ガスの反転層が作り出される。この構成において、ソース端子電極５９は、正孔キャリアがｐ型変調ドープ量子井戸構造２０のＱＷチャンネルに入る端子であり、ドレイン端子電極６１は、正孔キャリアがデバイスから出る端子であり、ゲート端子電極５７は、デバイスの制御端子である。
【００２５】
図３に示されるように、本願のデバイス構造を構成することにより、ｎ型変調ドープ量子井戸反転チャンネルベース領域（ｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴ）、又はｐ型変調ドープ量子井戸反転チャンネルベース領域（ｐチャンネルベースＢＩＣＦＥＴ）のいずれかを含むバイポーラ反転チャンネル電界効果トランジスタ（ＢＩＣＦＥＴ）を実現することもできる。
【００２６】
ｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスに関して、ｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスのエミッター端子電極７１は、能動デバイス構造の上部の１つ又は複数のｐ型オーミックコンタクト層に動作可能に接続される。ｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスのベース端子電極７３は、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２において実現される１つ又は複数のＱＷチャンネルに動作可能に接続される。ｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスのコレクター端子電極７５は、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０に動作可能に接続される。ｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスは、ベースとコレクター領域のＰＮ接合に逆バイアスを印加する一方で、エミッターとベース領域のＰＮ接合に順バイアスを印加する（これによりエミッター端子電極７１からコレクター端子電極７５に注入される正孔が生じる）ことにより、能動モードで動作可能であるバイポーラ接合型トランジスタである。正孔が正のキャリアであるため、その注入はコレクター端子電極７５から出る電流の流れ、及びエミッター端子電極７１に入る電流の流れに寄与する。バイアス条件もまた、ベースからエミッターへ注入される電子を生じさせ、それはベース端子電極７３から出る電流の流れ及びエミッター端子電極７１に入る電流の流れに寄与する。
【００２７】
ｐチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスに関して、ｐチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスのエミッター端子電極７７は、能動デバイス構造の底部の１つ又は複数のｎ型オーミックコンタクト層１４に動作可能に接続される。ｐチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスのベース端子電極７５は、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０において実現される１つ又は複数のＱＷチャンネルに動作可能に接続される。ｐチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスのコレクター端子電極７３は、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２に動作可能に接続される。ｐチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスは、ベースとコレクター領域のＰＮ接合に逆バイアスを印加する一方でエミッターとベース領域のＰＮ接合に順バイアスを印加する（これによりエミッター端子電極７７からコレクター端子電極７３に注入される電子が生じる）ことにより、能動モードで動作可能であるバイポーラ接合型トランジスタである。電子が負のキャリアであるため、その注入はコレクター端子電極７３に入る電流の流れ、及びエミッター端子電極７７から出る電流の流れに寄与する。バイアス条件もまた、ベースからエミッターへ注入される正孔を生じさせ、それはベース端子電極７５に入る電流の流れ及びエミッター端子電極７７から出る電流の流れに寄与する。
【００２８】
図４は、例示的なｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスの電流‐電圧特性を示す。ｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスは、例えば図４の負荷バイアス線に示されるように、デバイスにバイアスをかけることによってその能動モードにおいてバイポーラ接合トランジスタとして動作するように構成することができ、そこでは逆バイアスがベースとコレクターのＰＮ接合に印加される一方で、順バイアスがエミッターとベース領域のＰＮ接合に印加される。この能動モードの構成において、コレクターから出るコレクター電流Ｉｃは、ベースから出るベース電流ＩBと単純な理想方程式Ｉｃ＝βf*ＩB（式中、パラメータβfはトランジスタの順ＤＣ電流ゲインである）により関係づけることができる。この単純な理想方程式を適用することにより、周知のように初期の電圧パラメータ（ＶA又はｒ0等）を用いて動作の定電流領域に関する電圧‐電流特性のゼロ以外の傾きを説明することができる。ｐチャンネルベースＢＩＣＦＥＴは、ｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスに対して逆の電流方向及び電圧極性でｎチャンネルＨＦＥＴデバイスと同様に動作する。
【００２９】
本願のデバイス構造は、図５に示されるように、電気的ポンピングレーザー又は光検出器等の光電子デバイスを実現するように構成することもできる。光信号放出及び／又は検出用の共振キャビティーデバイスを形成するために、上部のＤＢＲミラー４０を、上記の能動デバイス構造の上方に形成することができる。異なる屈折率を有する半導体又は誘電性材料の対を堆積させることにより、上部のＤＢＲミラーを形成することができる。上部のＤＢＲミラー４０と底部のＤＢＲミラー１２との間の距離は、光学的キャビティーの長さを表し、所定の波長（所定波長の１〜３倍等）に対応するように設定することができる。この距離は、底部及び上部のＤＢＲミラーへの光の進入深さを考慮に入れることができる。これらの間の層の１つ又は複数の厚みを調節することにより、この距離を制御することでこの条件が可能となる。光がデバイスの側面に（すなわち、図５の断面に垂直な方向から）入り、及び／又は出る構成に関して、上記の能動デバイス構造の上方の上部のＤＢＲミラー４０中に回折格子を形成することができる。デバイスがレージングモードにおいて動作する際、回折格子は、導波用クラッド層として上部のＤＢＲミラー４０及び底部のＤＢＲミラー１２を有し、かつ横方向の閉じ込め領域（本開示においてより詳細に記載されるように、典型的には注入により形成される）を有する導波路中で横方向に伝搬する光に垂直キャビティーにより作り出される光を回折させる機能を果たす。デバイスが光検出モードにおいて動作する際、回折格子は、垂直キャビティモードへ横方向に伝搬する入射光を回折させる機能を果たし、そこでは光は垂直キャビティーにおいて共振吸収される。代替的に、デバイスの上面の光学的開口部（示されていない）を通じて、光は共振垂直キャビティーに入りそこから出る場合がある。この場合において、回折格子は除外され、上部のＤＢＲミラー４０は、光の垂直放出及び吸収用のキャビティーを規定し、またデバイスは垂直キャビティー表面放射レーザー／検出器として動作する。
【００３０】
図５のレーザー又は検出器に関して、量子井戸レーザー又は検出器のアノード端子電極８１を、上部の１つ又は複数のｐ型オーミックコンタクト層３８に動作可能に接続することができる。量子井戸レーザー又は検出器のカソード端子電極８３は、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２に動作可能に接続することができる。１つ又は複数の任意選択の電極を、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０及び底部の１つ又は複数のｎ型オーミックコンタクト層１４に動作可能に接続することができる。存在する場合には、これらの任意選択の電極は、アノード端子電極８１、及びカソード端子電極８３の電気信号に対して電気的にフロートするように構成される。この方法において、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０のｐ型領域は、アノード端子電極８１及びカソード端子電極８３の電気信号に対してフロートする。
【００３１】
アノード端子電極８１からｎ型変調ドープＱＷ構造３２において実現される１つ又は複数のＱＷチャンネル中へ正孔が注入されるように、カソード端子電極８３に対してアノード端子電極８１に順バイアスをかけることによって電気的ポンピングレーザーエミッターとして動作するように図５のデバイスを構成することができる。能動デバイス構造の下側のｐ型領域（それは、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０を含む）は、アノード端子電極８１及びカソード端子電極８３の電気信号に対してフロートする。図６のエネルギーバンドダイアグラムに示されるように、正孔熱イオン電流はこのｐ型領域に流れ込み、そして正の正孔キャリアはそこで増大し、かつこのｐ型領域に自己バイアスがかかる、すなわち図６においてそれは下に移動する。これは、ＱＷ中のＱＤ構造２８とこのｐ型領域との間のエネルギー差を減少させる効果を有し、その効果はＱＷ中のＱＤ構造２８へ正孔キャリアが拡散すること、及びＱＷ中のＱＤ構造２８に埋め込まれたＱＤをポピュレートすることを可能にする。同時に、ｐ型領域の自己バイアスが、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２のＱＷチャンネル中の電子への障壁も減少させることにより、伝導帯における熱励起によりＱＷ中のＱＤ構造２８へ電子が流れ、かつＱＷ中のＱＤ構造２８に埋め込まれたＱＤをポピュレートする。ＱＷ中のＱＤ構造２８に埋め込まれたＱＤへの正孔及び電子の同時の注入は、ＱＷ中のＱＤ構造２８に埋め込まれたＱＤ中のフォトンの自然放出及び誘導放出に起因するレーザー放出を可能にする。ＱＷ中のＱＤ構造２８のＱＤにより与えられるキャリアの閉じ込めは、レーザー放出を生じさせるキャリアと放射との間の相互作用を増大させる。
【００３２】
図７は、例示的な量子井戸レーザーデバイスの電流‐電圧特性を示す。量子井戸レーザーは、例えば図７の負荷バイアス線に示されるように、デバイスにバイアスをかけることによって光を放出するように構成することができる。そこでは、デバイスを通る、示された閾値レーザー電流ＩTHより大きい電流Ｉを作り出すために、アノード端子電極８１はカソード端子電極８３に対して順バイアスをかけられる。デバイスを通る電流Ｉが、閾値レーザー電流ＩTH（例えば、電流Ｉが０又はそれに近いカットオフ領域において）より小さくなるようにデバイスにバイアスをかけることにより、量子井戸レーザーが光を放出しないオフ状態にすることができる。
【００３３】
図５のデバイスは、カソード端子電極８３に対してアノード端子電極８１に逆バイアスをかけることによって光検出器として動作するように構成することができる。能動デバイス構造の下側のｐ型領域（それは、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０を含む）は、アノード端子電極８１及びカソード端子電極８３の電気信号に対してフロートする。デバイスがＱＷ中のＱＤ構造２８に埋め込まれたＱＤにより吸収される光入力信号の強度に比例する光電流を作り出すように、逆バイアス条件が選択される。光電流は、ＱＤ中の光吸収に起因しており、フォトンは、荷電子と衝突し電子を伝導帯に上げる。この相互作用は、伝導帯中に電子を、及び価電子帯に正孔を（電子‐正孔対）作り出す。電子‐正孔対は、光入力信号に応答するデバイスにより生成される光電流に寄与する。ＱＷ中のＱＤ構造２８のＱＤにより与えられるキャリアの閉じ込めは、キャリアと入射フォトンとの間の相互作用を増大させる。
【００３４】
図８に示されるように電気的ポンピングレーザー又は光検出器を実現するように、本願のデバイス構造を構成することもできる。光信号放出及び／又は検出用の共振キャビティーデバイスを形成するために、上部のＤＢＲミラー４０は、上記の能動デバイス構造の上方に形成される。光が、デバイスの側面に（すなわち、図８の断面に垂直な方向から）入り、及び／又は出る構成に関して、上記の能動デバイス構造の上方の上部のＤＢＲミラー４０中に回折格子を形成することができる。代替的に、デバイスの上面の光学的開口部（示されていない）を通じて、光は共振垂直キャビティーに入り、そこから出る場合がある。この場合において、回折格子は除外され、上部のＤＢＲミラー４０は、光の垂直放出及び吸収用のキャビティーを規定し、またデバイスは垂直キャビティー表面放射レーザー／検出器として動作する。
【００３５】
図８の電気的ポンピングレーザー又は検出器に関して、レーザー又は検出器のアノード端子電極９１は、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０に動作可能に接続される。レーザー又は検出器のカソード端子電極９３は、底部の１つ又は複数のｎ型オーミックコンタクト層１４に動作可能に接続される。１つ又は複数の任意選択の電極を、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２及び上部の１つ又は複数のｐ型オーミックコンタクト層３８に動作可能に接続することができる。存在する場合には、これらの任意選択の電極は、アノード端子電極９１及びカソード端子電極９３の電気信号に対して電気的にフロートするように構成される。この方法において、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２のｎ型領域は、アノード端子電極９１及びカソード端子電極９３の電気信号に対してフロートする。
【００３６】
アノード端子電極９１からｐ型変調ドープＱＷ構造２０において実現される１つ又は複数のＱＷチャンネルへ正孔が注入されるように、カソード端子電極９３に対してアノード端子電極９１に順バイアスをかけることによって電気的ポンピングレーザーとして動作するように、図８のデバイスを構成することができる。ｎ型変調ドープＱＷ構造３２のｎ型領域は、アノード端子電極８１及びカソード端子電極８３の電気信号に対してフロートする。逆のキャリアによる図５の光デバイスの動作と同様に、電子熱イオン電流はこのｎ型領域へ流れ込み、そして負の電子キャリアがそこで増大し、かつこのｎ型領域に自己バイアスがかかる。これは、ＱＷ中のＱＤ構造２４とこのｎ型領域との間のエネルギー差を減少させる効果を有し、その効果は電子キャリアがＱＷ中のＱＤ構造２４へ拡散すること、及びＱＷ中のＱＤ構造２４に埋め込まれたＱＤをポピュレートすることを可能にする。同時に、ｎ型領域の自己バイアスが、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０のＱＷチャンネル中の正孔への障壁も減少させることにより、価電子帯における熱励起によりＱＷ中のＱＤ構造２４へ電子が流れ、かつＱＷ中のＱＤ構造２４に埋め込まれたＱＤをポピュレートする。ＱＷ中のＱＤ構造２４に埋め込まれたＱＤへの正孔及び電子の同時の注入は、ＱＷ中のＱＤ構造２４に埋め込まれたＱＤ中のフォトンの自然放出及び誘導放出に起因するレーザー放出を可能にする。ＱＷ中のＱＤ構造２４のＱＤにより与えられるキャリアの閉じ込めは、レーザー放出を生じさせるキャリアと放射線との間の相互作用を増大させる。量子井戸レーザーデバイスの電流‐電圧特性は、図７において示されるものと類似であろう。
【００３７】
カソード端子電極９３に対してアノード端子電極９１に逆バイアスをかけることにより、光検出器として動作するように、図８のデバイスを構成することもできる。変調ドープＱＷ構造３２のｎ型領域は、アノード端子電極９１及びカソード端子電極９３の電気信号に対してフロートする。ＱＷ中のＱＤ構造２４に埋め込まれたＱＤにより吸収される光入力信号の強度に比例する光電流をデバイスが作り出すように、逆バイアス条件が選択される。光電流はＱＤ中の光吸収に起因しており、フォトンは荷電子と衝突し、電子を伝導帯に上げる。この相互作用は、伝導帯中に電子を、及び価電子帯に正孔を（電子‐正孔対）作り出す。電子‐正孔対は、光入力信号に応答するデバイスにより生成される光電流に寄与する。ＱＷ中のＱＤ構造２４のＱＤにより与えられるキャリアの閉じ込めは、キャリアと及び入射フォトンとの間の相互作用を増大させる。
【００３８】
図９に示されるように、電気的ポンピングサイリスタレーザー又は光検出器を実現するように、本願のデバイス構造を構成することもできる。光信号放出及び／又は検出用の共振キャビティーデバイスを形成するために、上部のＤＢＲミラー４０は、上記の能動デバイス構造の上方に形成される。光が、デバイスの側面に（すなわち、図９の断面に垂直な方向から）入り、及び／又は出る構成に関して、上記の能動デバイス構造の上方の上部のＤＢＲミラー４０中に回折格子を形成することができる。代替的に、デバイスの上面の光学的開口部（示されていない）を通じて、光は共振垂直キャビティーに入りそこから出る場合がある。この場合において、回折格子は除外され、上部のＤＢＲミラー４０は、光の垂直放出及び吸収用のキャビティーを規定し、またデバイスは垂直キャビティー表面放射レーザー／検出器として動作する。
【００３９】
図９のサイリスタレーザー又は検出デバイスに関して、アノード端子電極（１０１として示される２つの部分）は、上部のｐ型コンタクト層３８に動作可能に接続される。底部のカソード端子電極（１０７として示される２つの部分）は、底部のｎ型コンタクト層１４に動作可能に接続される。ｎチャンネル注入端子（１０３として示される２つの部分）は、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２に動作可能に接続される。ｐチャンネル注入端子（１０５として示される２つの部分）は、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０に動作可能に接続される。
【００４０】
電気的ポンピングサイリスタレーザーに関して、ｉ）アノード端子電極１０１が、カソード端子電極１０７に対して順バイアスをかけられ、かつｉｉ）オフ状態のバイアス点が存在しないような順方向絶縁破壊電圧を減少させる電荷である臨界スイッチング電荷ＱCRより大きい電荷が、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２中で作り出されるように、ｎチャンネル注入部１０３及びアノード電極１０１間の電圧がバイアスをかけられる際、デバイスは非伝導／オフ状態（デバイスを通る電流Ｉが実質的にゼロである）から伝導／オン状態（電流Ｉが実質的にゼロより大きい）に切り替わる。臨界スイッチング電荷ＱCRより大きいｐ型変調ドープＱＷ構造２０中の電荷が作り出されるように、ｐチャンネル注入電極１０５及びカソード電極１０７間の電圧を構成することもできる。臨界スイッチング電荷ＱCRは、デバイスの幾何学構造及びドーピング濃度に固有である。ｎ型変調ドープＱＷ構造３２中の電荷（又はｐ型変調ドープＱＷ構造２０中の電荷）が保持動作を持続させるチャンネル電荷の臨界値である保持電荷ＱH未満に減少するように十分な時間をもって、デバイスを通じる電流Ｉがデバイスの保持電流未満に落ちる際、デバイスは伝導／オン状態（電流Ｉが実質的にゼロより大きい）から、非伝導／オフ状態（電流Ｉが実質的にゼロである）に切り替わる。したがって、アノード端子１０１がカソード端子１０７に対して順バイアスをかけられ、かつｎチャンネル注入部１０３（及び／又はｐチャンネル注入端子１０５）は、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２（又はｐ型変調ドープＱＷ構造２０）中の臨界スイッチング電荷ＱCRが作り出されるようバイアスをかけられる場合、サイリスタデバイスはその伝導／オン状態に切り替わる。伝導／オン状態における電流Ｉがレージングの閾値ＩTHを上回る場合、レーザー放出が生じる。この構成において、電流ＩはＱＷ中のＱＤ構造２４及び２８に埋め込まれたＱＤ中への正孔及び電子の同時の注入を伴い、そのことにより、ＱＷ中のＱＤ構造２４及び２８に埋め込まれたＱＤ中のフォトンの自然放出及び誘導放出により生じるレーザー放出を可能にする。ＱＷ中のＱＤ構造２４及び２８のＱＤにより与えられるキャリアの閉じ込めは、レーザー放出を生じさせるキャリアと放射との間の相互作用を増大させる。
【００４１】
図１０は、種々の注入バイアス条件下における例示的なサイリスタレーザーデバイスの電流‐電圧特性を示しており、その条件下での注入電流Ｉgは、デバイスのｎ型変調ドープＱＷ構造に対して電荷（電子）を供給する。例えば、図１０の負荷バイアス線に示されるようにデバイスにバイアスをかけることにより、光を放出するようにサイリスタレーザーデバイスを構成することができ、そのバイアス条件では、デバイスを通じる、示されている閾値レージング電流ＩTHより大きな電流Ｉを作り出すために、カソード電極１０７に対してアノード端子電極１０１に順バイアスがかけられる。デバイスを通じる電流Ｉが閾値レージング電流ＩTH（例えば、電流Ｉが０又は０に近いカットオフ領域において）より小さくなるようにデバイスにバイアスかけることにより、サイリスタレーザーデバイスが光を放出しないオフ状態とすることができる。
【００４２】
サイリスタ検出器に関して、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２及び／又はｐ型変調ドープＱＷ構造２０中で、入力光パルスのフォトン吸収から生じる電荷を作り出す入力光パルスに応答して、デバイスは非伝導／オフ状態（デバイスを通る電流Ｉが実質的にゼロである）から伝導／オン状態（電流Ｉが実質的にゼロより大きい）に切り替わる。具体的には、アノード端子電極１０１は、カソード端子電極１０７に対し順バイアスがかけられ、かつｎチャンネル注入部１０３及びアノード電極１０１間の電圧（及び／又はｐチャンネル注入部１０５及びカソード端子電極１０７間の電圧）は、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２（及び／又はｐ型変調ドープＱＷ構造２０）中で作り出される入力光パルスのフォトン吸収から生じる電荷が、臨界スイッチング電荷ＱCRより大きいようにバイアスをかけられる。入力光パルスが除去される際、ｎ型変調ドープＱＷ構造３２（及び／又はｐ型変調ドープＱＷ構造２０）中の電荷が保持電荷ＱH未満に減少する際に、デバイスは伝導／オン状態（電流Ｉが実質的にゼロより大きい）から非伝導／オフ状態（電流Ｉが実質的にゼロである）に切り替わる。ＱＷ中のＱＤ構造２４及び２８のＱＤにより与えられるキャリアの閉じ込めは、キャリアと入射フォトンとの間の相互作用を増大させる。
【００４３】
ＱＷ中のＱＤ構造２４及び２８内に埋め込まれた自己集合した量子ドット（ＱＤ）は、本開示に記載の光電子デバイスの効率を向上させる。具体的には、レーザー発振及び増幅に必要な反転分布、並びに光検出に必要なフォトン吸収メカニズムは、量子ドットの導入によってより効率的に生じるため、レーザー発振及び増幅に要求される必要な電流を減少させ、吸収により作り出される光電流を増大させる。さらに、埋め込まれたＱＤのサイズを制御することにより、所望の光機能（レージングに関する放出と、増幅と、検出に関する吸収）の波長を決定することができる。例えば、ＱＷ中のＱＤ構造２２、２６のいずれか又は両方にあるＱＤのサイズを制御することにより、商業的な光テレコミュニケーションネットワークにおいて用いられるＯ〜Ｌ（１２６０〜１６２５ｎｍ）バンドで使用される１３００ｎｍ〜１５５０ｎｍの範囲において波長を決定することができる。さらに、埋め込まれたＱＤの密度分布を制御することにより、レーザーの出力を決定することができる。埋め込まれたＱＤの高密度化により、レーザーの出力の増大を提供できるが、より大きな閾値のレーザー電流が必要となる。
【００４４】
１つの実施態様において、ＱＷ中のＱＤ構造２４は、これらの間にドープされていないバリア層を含む第一及び第二の二層構造により実現される。図１１Ａに示されるように、第一及び第二の二層構造の両方は、薄いドープされていないバリア層によりエミッションサブ構造からオフセットされるテンプレートサブ構造を含む。より具体的には、ＱＷ中のＱＤ構造２４は、テンプレートサブ構造２４ａ、薄いドープされていないバリア層２４ｂ、及びエミッションサブ構造２４ｃを含む第一の二層構造を含む。ドープされていないバリア層２４ｄは、エミッションサブ構造２４ｃ上に配される。図１１Ａに示されるように、第二の二層構造はバリア層２４ｄ上に形成され、かつテンプレートサブ構造２４ｅ、薄いドープされていないバリア層２４ｆ、及びエミッションサブ構造２４ｇを含む。
【００４５】
テンプレートサブ構造２４ａは、ｐ型変調ドープＱＷ構造２０より上にある、ドープされていないスペーサー層２２上に形成される。スペーサー層２２は、テンプレートサブ構造２４ａに埋め込まれたＱＤと、下部のｐ型変調ドープＱＷ構造２０にある１つ又は複数のＱＷとの間の障壁として働く。スペーサー層２２は、テンプレートサブ構造２４ａのＱＷ材料より高いバンドギャップエネルギーを有する材料により実現される（テンプレート構造２４ａのＩｎＧａＡｓのＱＷ材料を支持するＧａＡｓスペーサー層等）。同様に、テンプレートサブ構造２４ｅは、ドープされていないバリア層２４ｄ上に形成される。テンプレートサブ構造２４ａ及び２４ｅ各々は、その層内に埋め込まれた自己集合したＱＤを含むデジタル的勾配を有するＱＷを含む。自己集合したＱＤは、Ｓｔｒａｎｓｋｉ‐Ｋｒａｓｔａｎｏｖプロセスとして知られる自己集合法による分子ビームエピタキシー成長の間に形成することができる。このプロセスにおいて、部分的にデジタル的勾配を有する量子井戸（デジタル的勾配を有するＩｎＧａＡｓのＱＷ等）である初期層（ＩｎＧａＡｓ等）を堆積させる。初期層及び下部の層に対して格子不整合である化合物半導体を、初期層上に堆積させる（ＧａＡｓより上のＩｎＧａＡｓのＱＷ初期層において成長した格子不整合ＩｎＡｓ等）。特に、化合物半導体の格子不整合は、化合物半導体の臨界厚みの堆積後に成長が三次元アイランドを形成するようなものである。成長を継続させることにより三次元アイランドを拡張させて、所望の特性寸法範囲を有する自己集合したＱＤを形成させる。自己集合したＱＤが初期層上に形成された後、デジタル的勾配を有するＱＷ材料の堆積は、自己集合したＱＤが被覆され、かつデジタル的勾配を有するＱＷ材料内に完全に埋め込まれるように再開する。
【００４６】
薄いドープされていないバリア層２４ｂは、テンプレートサブ構造２４ａ上に堆積している。同様に、薄いドープされていないバリア層２４ｆは、テンプレートサブ構造２４ｅ上に堆積している。ドープされていないバリア層２４ｂ及び２４ｆは、テンプレートサブ構造及びエミッションサブ構造の両方のＱＷ材料より高いバンドギャップエネルギーを有する材料により各々実現される（テンプレートサブ構造及びエミッションサブ構造のＩｎＧａＡｓのＱＷ材料を支持するＧａＡｓバリア層等）。
【００４７】
エミッションサブ構造２４ｃは、バリア層２４ｂ上に形成される。同様に、エミッションサブ構造２４ｇは、バリア層２４ｆ上に形成される。エミッションサブ構造２４ｃ及び２４ｇは、その層内に埋め込まれた自己集合したＱＤを含むアナログ的勾配を有するＱＷを各々含む。自己集合したＱＤは、テンプレートサブ構造の成長条件と同様に、Ｓｔｒａｎｓｋｉ‐Ｋｒａｓｔａｎｏｖプロセスとして知られる自己集合法による分子ビームエピタキシー成長の間に形成することができる。このプロセスにおいて、部分的にアナログ的勾配を有する量子井戸（アナログ的勾配を有するＩｎＧａＡｓのＱＷ等）である初期層（ＩｎＧａＡｓ等）を堆積させる。初期層及び下部の層に対して格子不整合である化合物半導体を、初期層上に堆積させる（ＧａＡｓより上のＩｎＧａＡｓのＱＷ初期層において成長した格子不整合ＩｎＡｓ等）。特に、化合物半導体の格子不整合は、化合物半導体の臨界厚みの堆積後に成長が三次元アイランドを形成するようなものである。下部のテンプレート構造の自己集合したＱＤと整合するように、エミッションサブ構造の三次元アイランドが形成される。成長を継続させることにより三次元アイランドを拡張させて、所望の特性寸法範囲を有する自己集合したＱＤを形成させる。自己集合したＱＤが初期層上に形成された後、アナログ的勾配を有するＱＷ材料の堆積は、自己集合したＱＤが被覆され、かつ各エミッション構造のアナログ的勾配を有するＱＷ内に完全に埋め込まれるように再開する。
【００４８】
ドープされていないバリア層２４ｄは、各二層構造のエミッションサブ構造２４ｃとテンプレートサブ構造２４ｅとの間に形成される。テンプレートサブ構造２４ｅ及びエミッションサブ構造２４ｃの両方のＱＷ材料より高いバンドギャップエネルギーを有する材料により、バリア層２４ｄが実現される（テンプレートサブ構造２４ｅ及びエミッションサブ構造２４ｃのＩｎＧａＡｓのＱＷ材料を支持するＧａＡｓバリア層等）。
【００４９】
１つ又は複数のスペーサー層２６は、示されるようにエミッションサブ構造２４ｇ上に形成される。
【００５０】
図１１Ｂに示されるように、ＱＷ中のＱＤ構造２８は、第一及び第二の二層構造を含む二層構造によっても実現することができる。図１１Ｂに示されるように、第一及び第二の二層構造の両方は、薄いドープされていないバリア層によりエミッションサブ構造からオフセットされるテンプレートサブ構造を含む。より具体的には、ＱＷ中のＱＤ構造２８は、ドープされていないスペーサー層２８ａ、次いでテンプレートサブ構造２８ｂ、薄いドープされていないバリア層２８ｃ、及びエミッションサブ構造２８ｄを含む第一の二層構造を含む。ドープされていないバリア層２８ｅは、エミッションサブ構造２８ｄ上に堆積している。図１１Ｂに示されるように、第二の二層構造はバリア層２８ｅ上に形成され、かつテンプレートサブ構造２８ｆ、薄いドープされていないバリア層２８ｇ、及びエミッションサブ構造２８ｈを含む。
【００５１】
テンプレートサブ構造２８ｂは、１つ又は複数のスペーサー層２６より上にある、ドープされていないバリア層２８ａ上に形成される。バリア層２８ａは、テンプレートサブ構造２８ｂのＱＷ材料より高いバンドギャップエネルギーを有する材料により実現される（テンプレートサブ構造２８ｂのＩｎＧａＡｓのＱＷ材料を支持するＧａＡｓスペーサー層等）。同様に、テンプレートサブ構造２８ｆは、ドープされていないバリア層２８ｅ上に形成される。テンプレートサブ構造２８ｂ及び２８ｆは、その層内に埋め込まれた自己集合したＱＤを含むデジタル的勾配を有するＱＷを各々含む。自己集合したＱＤは、Ｓｔｒａｎｓｋｉ‐Ｋｒａｓｔａｎｏｖプロセスとして知られる自己集合法による分子ビームエピタキシー成長の間に形成することができる。このプロセスにおいて、部分的にデジタル的勾配を有する量子井戸（デジタル的勾配を有するＩｎＧａＡｓのＱＷ等）である初期層（ＩｎＧａＡｓ等）を堆積させる。初期層及び下部の層に対して格子不整合である化合物半導体を、初期層上に堆積させる（ＧａＡｓより上のＩｎＧａＡｓのＱＷの初期層において成長した格子不整合ＩｎＡｓ等）。特に、化合物半導体の格子不整合は、化合物半導体の臨界厚みの堆積後に成長が三次元アイランドを形成するようなものである。成長を継続させることにより三次元アイランドを拡張させて、所望の特性寸法範囲を有する自己集合したＱＤを形成させる。自己集合したＱＤが初期層上に形成された後、デジタル的勾配を有するＱＷ材料の堆積は、自己集合したＱＤが被覆され、かつデジタル的勾配を有するＱＷ材料内に完全に埋め込まれるように再開する。
【００５２】
薄いドープされていないバリア層２８ｃは、テンプレートサブ構造２８ｂ上に堆積している。同様に、薄いドープされていないバリア層２８ｇは、テンプレートサブ構造２８ｆ上に堆積している。ドープされていないバリア層２８ｃ及び２８ｇは、下部のテンプレートサブ構造及び上部のエミッションサブ構造両方のＱＷ材料より高いバンドギャップエネルギーを有する材料により各々実現される（下部のテンプレートサブ構造及び上部のエミッションサブ構造のＩｎＧａＡｓのＱＷ材料を支持するＧａＡｓバリア層等）。
【００５３】
エミッションサブ構造２８ｄは、バリア層２８ｃ上に形成される。同様に、エミッションサブ構造２８ｈは、バリア層２８ｇ上に形成される。エミッションサブ構造２８ｄ及び２８ｃは、その層内に埋め込まれた自己集合したＱＤを含むアナログ的勾配を有するＱＷを各々含む。自己集合したＱＤは、テンプレートサブ構造の成長条件と同様に、Ｓｔｒａｎｓｋｉ‐Ｋｒａｓｔａｎｏｖプロセスとして知られる自己集合法による分子ビームエピタキシー成長の間に形成することができる。このプロセスにおいて、部分的にアナログ的勾配を有する量子井戸（アナログ的勾配を有するＩｎＧａＡｓのＱＷ等）である初期層（ＩｎＧａＡｓ等）を堆積させる。初期層及び下部の層に対して格子不整合である化合物半導体を、初期層上に堆積させる（ＧａＡｓより上のＩｎＧａＡｓのＱＷの初期層において成長した格子不整合ＩｎＡｓ等）。特に、化合物半導体の格子不整合は、化合物半導体の臨界厚みの堆積後に成長が三次元アイランドを形成するようなものである。下部のテンプレート構造の自己集合したＱＤと整合するように、エミッションサブ構造の三次元アイランドが形成される。成長を継続させることにより三次元アイランドを拡張させて、所望の特性寸法範囲を有する自己集合したＱＤを形成させる。自己集合したＱＤが初期層上に形成された後、アナログ的勾配を有するＱＷ材料の堆積は、自己集合したＱＤが被覆され、かつ各エミッションサブ構造のアナログ的勾配を有するＱＷ内に完全に埋め込まれるように再開する。
【００５４】
１つ又は複数のドープされていないスペーサー層３０は、示されるように、エミッションサブ構造２８ｈ上に形成される。ドープされていないスペーサー層２０は、エミッションサブ構造２８ｈに埋め込まれたＱＤと、上部のｎ型変調ドープＱＷ構造３２の１つ又は複数のＱＷとの間の障壁として働く。
【００５５】
ＱＷ中のＱＤ構造２４及び２８のテンプレート及びエミッションサブ構造のＱＤのサイズは、所望の光機能（レーザー放出、増幅、光検出）に関する放出又は吸収される電磁波放射線の波長を決定する。例えば、ＱＷ中のＱＤ構造２４及び２８中のＱＤのサイズを制御することにより、商業的な光テレコミュニケーションネットワークにおいて用いられるＯ〜Ｌ（１２６０〜１６２５ｎｍ）バンドで使用される１３００ｎｍ〜１５５０ｎｍの範囲の放出／吸収波長を決定することができる。さらに、特性放出／吸収波長は、ＱＷ中のＱＤ構造２４及び２８に関して異なることができる。例えば、ＱＷ中のＱＤ構造２４中のＱＤのサイズを制御することにより、１３１０ｎｍ付近の範囲で放出／吸収波長を決定することができ、ＱＷ中のＱＤ構造２８中のＱＤのサイズを制御することにより、１５５０ｎｍ付近の範囲で放出／吸収波長を決定することができる。
【００５６】
さらに、テンプレート及びエミッションサブ構造のＱＤの密度分布は、レーザーの出力を決定する。埋め込まれたＱＤの高密度化により、レーザーの出力の増大を提供できるが、より大きな閾値のレーザー電流が必要となる。テンプレートサブ構造のＱＤの密度分布は、隣接したエミッションサブ構造のＱＤの密度分布を決定し、エミッションサブ構造の成長条件を調節して隣接したエミッションサブ構造のＱＤのサイズを制御することを可能にする。さらに、テンプレートサブ構造が、テンプレートサブ構造の下にある層から生じるエミッションサブ構造の不整合歪みを緩和するため、より大きいＱＤが、隣接するエミッションサブ構造において自己集合することを可能にする。
【００５７】
図１２Ａ〜Ｃは、本開示に記載の多層構造を実現するためにＩＩＩ〜Ｖ族の材料を用いる、例示的な層構造を示す。図１２Ａ〜Ｃの層構造は、例えば周知の分子ビームエピタキシー（ＭＢＥ）法を用いて作製することができる。示されるように、ＡｌＡｓの半導体層１００３及びＧａＡｓの半導体層１００５は、底部の分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）ミラーを形成するためのシーケンスにおいて、半絶縁ガリウムヒ化物基板１００１上に交互に堆積している（好ましくは少なくとも７対を含む）。ＡｌＡｓ層の数は、好ましくは常にＧａＡｓ層の数より１大きいため、ミラーの第一及び最後の層は、層１００３として示される。好ましい実施態様において、ＡｌＡｓ層１００３は、化合物ＡｌxＯyを作り出すための作製の間、高温スチーム酸化を施され、このため設計した中心波長において、ミラーが形成される。配列の種々のキャビティーに関する共鳴波長の全てが高い反射性であるように、この中心波長は選択される。したがって、ＧａＡｓ及びＡｌxＯyの最終的な光学厚みが中心波長λDの４分の１波長であるように、ミラー中の層１００３及び１００５の厚みが選択される。代替的に、酸化工程が用いられないように、ミラーは設計された波長におけるＧａＡｓ及びＡｌＡｓの４分の１波長厚みの交互の層として成長させることができる。この場合において、効率的な光レージング及び検出に必要な反射性に到達するために、より多くの対が要求される（典型的な数は２２対等である）。
【００５８】
底部のミラー層に対するオーミックコンタクトの形成を（例えば、反転ｐチャンネルＨＦＥＴデバイスのゲート端子、ｐチャンネルベースＢＩＣＦＥＴデバイスのエミッター端子、量子井戸レーザー／検出デバイスのカソード端子、及びサイリスタレーザー又は検出デバイスのカソード端子に接触する際に）可能にするＮ＋型ＧａＡｓの層１００９により始まる能動デバイス構造は、最後の底部のミラー層１００３上に堆積している。層１００９は、典型的な厚みが３０００Å、かつ典型的なｎ型ドーピングが３．５×１０18ｃｍ-3である。Ｎ＋ドープＧａＡｓ層１００９は、上記の図１、３、５、８、９のオーミックコンタクト層１４に対応する。
【００５９】
典型的な厚みが６００〜１０００Å、かつ典型的なドーピングが１×１０18ｃｍ-3であるｎ型Ａｌx1Ｇａ(1-x1)Ａｓの層１０１１は、層１００９上に堆積している。層１００９に関して、パラメータｘ１は、好ましくは７０％〜８０％の範囲である。この層は、ｐチャンネルＨＦＥＴデバイスのゲート領域の一部として、及び光学的には各々の光学デバイスの下側の導波用クラッドの小部分として働く。デバイスの光能動領域により形成されるガイド中を伝搬する波に関する下側の導波用クラッドの大部分は、下側のＤＢＲミラーそれ自体により与えられることに留意されたい。下側のＤＢＲミラーは、部分的に誘電性導波路として及び部分的にミラー導波路として光を導く。次はＡｌx2Ｇａ(1-x2)Ａｓの４つの層（１０１３、１０１４、１０１５、１０１６）である。これらの４つの層は、集合的に約２３０〜４３０Åの全厚みを有し、式中、ｘ２は約１５％である。第一の層１０１３は、約６０Å厚みであり、かつデルタドーピングの形で３．５×１０18ｃｍ-3の典型的なｎ型ドーピングによりＮ＋型ドープされる。第二の層１０１４は、約１００〜３００Å厚みであり、かつドープされていない。第三の層１０１５は、約４０Å厚みであり、かつデルタドーピングの形で７×１０18ｃｍ-3の典型的なｐ型ドーピングによりＰ＋型ドープされる。第四の層１０１６は、約３０Å厚みであり、かつスペーサー層を形成するためにドープされない。この層は、光学デバイスに関して下側の分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層を形成する。ｎ型ＡｌＧａＡｓ層１０１１及び１０１３は、上記の図１、３、５、８、及び９の１つ又は複数のｎ型層１６に対応する。ドープされていないＡｌＧａＡｓ層１０１４は、上記の図１、３、５、８、及び９のスペーサー層１８に対応する。
【００６０】
次は、反転ｐ型変調ドープ量子構造に関する多数の量子井戸（３又はそれより多くの量子井戸等）に対して繰り返されるドープされていないＧａＡｓバリア層１０１７及びＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０１９である。単一の量子井戸構造もまた用いてよい。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０１７は、好ましくは約１０Å厚みである。ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０１９は、好ましくは約６０Å厚みである。層１０１５〜１０１９は、上記の図１、３、５、８、及び９の反転ｐ型変調ドープ量子構造２０に対応する。
【００６１】
厚みが約３００〜５００Åである、ドープされていないＧａＡｓスペーサー層１０２１は、最後のＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０１９に続く。層１０２１は、上記の図１、３、５、８、及び９のスペーサー層２２に対応する。
【００６２】
上記の図１、３、５、８及び９のデバイスに関する図１１ＡのＱＷ中のＱＤ構造２４に対応する層１０２４〜１０５１は、スペーサー層２２に続く。層１０２３〜１０２７は、１５〜２０％Ｉｎでデジタル的勾配のＩｎを用いるＩｎＧａＡｓ量子井戸内に埋め込まれたＱＤを含む、図１１Ａのテンプレート構造２４ａを形成する。ＱＤ成長配列（１０２５と称される）の前に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の初期層１０２３は、好ましくは約２Å厚みである。ＱＤ成長配列の後に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の層１０２７は、好ましくは約４０〜６０Å厚みである。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０２９は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０２７上に堆積している。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０２９は、好ましくは約１００Å厚みであり、図１１Ａのバリア層２４ｂに対応する。
【００６３】
層１０３１〜１０３５は、アナログ的勾配を有するＩｎを用いるＩｎＧａＡｓ量子井戸内に埋め込まれたＱＤを含む、図１１Ａのエミッション構造２４ｃを形成する。ＱＤ成長配列（１０３３と称される）の前に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の初期層１０３１は、好ましくは約４０Å厚みであり、かつバリア層１０２９に対する界面においてＩｎ（０．３７５）Ｇａ（０．９６２５）Ａｓ〜ＱＤ成長配列の界面においてＩｎ（０．３）Ｇａ（０．７）Ａｓの範囲のアナログ的勾配を有するＩｎを有する。ＱＤ成長配列（１０３３と称される）の後に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の層１０３５は、好ましくは約４０Å厚みであり、かつＱＤ成長配列の界面においてＩｎ（０．３）Ｇａ（０．７）Ａｓ〜バリア層１０３７に対する界面においてＩｎ（０．３７５）Ｇａ（０．９６２５）Ａｓの範囲のアナログ的勾配を有するＩｎを有する。
【００６４】
ドープされていないＧａＡｓバリア層１０３７は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０３５上に堆積している。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０３７は、好ましくは約３００〜５００Å厚みであり、図１１Ａのバリア層２４ｄに対応する。
【００６５】
１５〜２０％のＩｎでデジタル的勾配のＩｎを用いるＩｎＧａＡｓ量子井戸内に埋め込まれたＱＤを含む図１１Ａのテンプレート構造２４ｅを形成する層１０３９〜１０４３は、バリア層１０３７に続く。ＱＤ成長配列（１０４１と称される）の前に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の初期層１０３９は、好ましくは約２Å厚みである。ＱＤ成長配列の後に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の層１０４３は、好ましくは約４０〜６０Å厚みである。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０４５は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０４３上に堆積している。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０４５は、好ましくは約１００Å厚みであり、図１１Ａのバリア層２４ｆに対応する。
【００６６】
アナログ的勾配を有するＩｎを用いるＩｎＧａＡｓ量子井戸内に埋め込まれたＱＤを含む図１１Ａのエミッション構造２４ｇを形成する層１０４７〜１０５１は、バリア層１０４５に続く。ＱＤ成長配列（１０４９と称される）の前に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の初期層１０４７は、好ましくは約４０Å厚みであり、かつバリア層１０４５に対する界面においてＩｎ（０．３７５）Ｇａ（０．９６２５）Ａｓ〜ＱＤ成長配列の界面においてＩｎ（０．３）Ｇａ（０．７）Ａｓの範囲のアナログ的勾配を有するＩｎを有する。ＱＤ成長配列の後に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の層１０５１は、好ましくは約４０Å厚みであり、かつＱＤ成長配列の界面においてＩｎ（０．３）Ｇａ（０．７）Ａｓ〜次の層１０５３に対する界面においてＩｎ（０．３７５）Ｇａ（０．９６２５）Ａｓの範囲のアナログ的勾配を有するＩｎを有する。
【００６７】
次は、Ａｌx2Ｇａ(1-x2)Ａｓの２つの層（１０５３，１０５５）である。これらの２つの層は、集合的に約４０００Åの全厚みを有し、式中、ｘ２は約１５％である。第一の層１０５３は、約２０００Å厚みであり、かつ５×１０15ｃｍ-3のｐ型ドーピングによりＰ型ドープされる。第二の層１０５５は、約２０００Å厚みであり、かつ１〜２×１０16ｃｍ-3のｎ型ドーピングによりｎ型ドープされる。層１０５３及び１０５５は、上記の図１、３、５、８、及び９の１つ又は複数のスペーサー層２６に対応する。
【００６８】
上記の図１、３、５、８、及び９のデバイスに関して、図１１ＢのＱＷ中のＱＤ構造２８に対応する層１０５７〜１０８７は、スペーサー層１０５３及び１０５５に続く。層１０５７は、好ましくは約３００〜５００Å厚みであり、図１１Ｂのバリア層２８ａに対応するドープされていないＧａＡｓバリア層である。層１０５９〜１０６３は、１５〜２０％Ｉｎでデジタル的勾配のＩｎを用いるＩｎＧａＡｓ量子井戸内に埋め込まれたＱＤを含む図１１Ｂのテンプレート構造２８ｂを形成する。ＱＤ成長配列（１０６１と称される）の前に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の初期層１０５９は、好ましくは約２Å厚みである。ＱＤ成長配列の後に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の層１０６３は、好ましくは約４０〜６０Å厚みである。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０６５は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０６３上に堆積している。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０６５は、好ましくは約１００Å厚みであり、図１１Ｂのバリア層２８ｃに対応する。
【００６９】
層１０６７〜１０７１は、アナログ的勾配を有するＩｎを用いるＩｎＧａＡｓ量子井戸内に埋め込まれたＱＤを含む図１１Ｂのエミッション構造２８ｄを形成する。ＱＤ成長配列（１０６９と称される）の前に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の初期層１０６７は、好ましくは約４０Å厚みであり、かつバリア層１０６５に対する界面においてＩｎ（０．３７５）Ｇａ（０．９６２５）Ａｓ〜ＱＤ成長配列の界面においてＩｎ（０．３）Ｇａ（０．７）Ａｓの範囲のアナログ的勾配を有するＩｎを有する。ＱＤ成長配列の後に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の層１０７１は、好ましくは約４０Å厚みであり、かつＱＤ成長配列の界面においてＩｎ（０．３）Ｇａ（０．７）Ａｓ〜バリア層１０７３に対する界面においてＩｎ（０．３７５）Ｇａ（０．９６２５）Ａｓの範囲のアナログ的勾配を有するＩｎを有する。
【００７０】
ドープされていないＧａＡｓバリア層１０７３は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０７１上に堆積している。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０７３は、好ましくは約３００〜５００Å厚みであり、図１１Ｂのバリア層２８ｅに対応する。
【００７１】
１５〜２０％のＩｎでデジタル的勾配のＩｎを用いるＩｎＧａＡｓ量子井戸内に埋め込まれたＱＤを含む図１１Ｂのテンプレート構造２８ｆを形成する層１０７５〜１０７９は、バリア層１０７３に続く。ＱＤ成長配列（１０７７と称される）の前に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の初期層１０７５は、好ましくは約２Å厚みである。ＱＤ成長配列の後に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の層１０７９は、好ましくは約４０〜６０Åである。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０８１は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０７９上に堆積している。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０８１は、好ましくは約１００Å厚みであり、図１１Ｂのバリア層２８ｇに対応する。
【００７２】
アナログ的勾配を有するＩｎを用いるＩｎＧａＡｓ量子井戸内に埋め込まれたＱＤを含む図１１Ｂのエミッション構造２８ｈｇを形成する層１０８３〜１０８７は、バリア層１０８１に続く。ＱＤ成長配列（１０８５と称される）の前に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の初期層１０８３は、好ましくは約４０Å厚みであり、かつバリア層１０８１に対する界面においてＩｎ（０．３７５）Ｇａ（０．９６２５）Ａｓ〜ＱＤ成長配列の界面においてＩｎ（０．３）Ｇａ（０．７）Ａｓの範囲のアナログ的勾配を有するＩｎを有する。ＱＤ成長配列の後に堆積させるＩｎＧａＡｓ量子井戸の層１０８７は、好ましくは約４０Å厚みであり、かつＱＤ成長配列の界面においてＩｎ（０．３）Ｇａ（０．７）Ａｓ〜次の層１０８９に対する界面においてＩｎ（０．３７５）Ｇａ（０．９６２５）Ａｓの範囲のアナログ的勾配を有するＩｎを有する。
【００７３】
ドープされていないＧａＡｓバリア層１０８９は、ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０８７上に堆積している。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０８９は、好ましくは約３００〜５００Å厚みであり、図１１Ｂのスペーサー層３０に対応する。
【００７４】
次は、ｎ型変調ドープ量子構造に関する多数の量子井戸（３又はそれより多い量子井戸等）に対して繰り返されるＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０９１及びドープされていないＧａＡｓバリア層１０９３である。単一の量子井戸構造もまた用いてよい。ＩｎＧａＡｓ量子井戸層１０９１は、好ましくは約６０Å厚みである。ドープされていないＧａＡｓバリア層１０９３は、好ましくは約１０Å厚みである。
【００７５】
次は、Ａｌx2Ｇａ(1-x2)Ａｓの４つの層（１０９５，１０９７，１０９９，１１０１）である。これらの４つの層は、集合的に約２７０〜４７０Åの全厚みを有し、式中、ｘ２は約１５％である。第一の層１０９５は、約３０Å厚みであり、スペーサー層を形成するためにドープされない。第二の層１０９７は、約８０Å厚みであり、３×１０18ｃｍ-3のｎ型ドーピングによりＮ＋型ドープされる。第三の層１０９９は、約１００〜３００Å厚みであり、ドープされない。第四の層１１０１は、約６０Å厚みであり、７×１０18ｃｍ-3のｐ型ドーピングによりＰ＋型ドープされる。層１０９７〜１０９１は、上記の図１、３、５、８、及び９のｎ型変調ドープ量子井戸構造３２に対応する。
【００７６】
次に、ｐ型Ａｌx1Ｇａ(1-x1)Ａｓの層１１０３が堆積している。好ましくは、層１１０３は、約６００〜１０００Åの厚みを有し、かつ５×１０17ｃｍ-3のＰ型ドーピングを有する。層１１０３のパラメータｘｌは、好ましくは約７０％である。ドープされていないＡｌＧａＡｓ層１０９９は、上記の図１、３、５、８、及び９のドープされていないスペーサー層３４に対応する。層１１０１及び１１０３は、上記の図１、３、５、８、及び９の１つ又は複数のｐ型層３６に対応する。
【００７７】
ＧａＡｓ（１１０５）及びＩｎＧａＡｓ（１１０７）のオーミックコンタクト層が、次に堆積している。層１１０５は、約５００〜１５００Å厚みである。層１１０７は、約３０Å厚みである。層１１０５及び１１０７の両方を、Ｐ＋型ドーピングの極めて高濃度（約１×１０20ｃｍ-3）にドープすることにより、それに対するオーミックコンタクトの形成を可能にする。層１１０５及び１１０７は、上記の図１、３、５、８、及び９の１つ又は複数のｐ型オーミックコンタクト層３８に対応する。
【００７８】
層１０２３〜１０５１及び１０５９〜１０８７のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、係る構造の放出／吸収波長に寄与する。１つの実施態様において、層１０２３〜１０５１及び１０５９〜１０８７のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤは、以下の特性を有する：
‐特性波長が１３１０ｎｍ又はその付近の光の生成／吸収に関する５０〜６０Åの最大特性寸法を有するエミッションサブ構造のＱＤ、及び特性波長が１３１０ｎｍ又はその付近の光の生成／吸収に関する２０〜３０Å（エミッションサブ構造のものより小さいサイズである）の最大特性寸法を有するテンプレートサブ構造のＱＤ、
‐特性波長が１４３０ｎｍ又はその付近の光の生成／吸収に関する２０〜３０Åの最大特性寸法を有するエミッションサブ構造のＱＤ、及び特性波長が１４３０ｎｍ又はその付近の光の生成／吸収に関する２０〜３０Å（エミッションサブ構造のものより小さいサイズである）の最大特性寸法を有するテンプレートサブ構造のＱＤ、
‐特性波長が１５５０ｎｍ又はその付近の光の生成／吸収に関する１００〜１１０Åの最大特性寸法を有するエミッションサブ構造のＱＤ、及び特性波長が５１５ｎｍ又はその付近の光の生成／吸収に関する２０〜３０Å（エミッションサブ構造のものより小さいサイズである）の最大特性寸法を有するテンプレートサブ構造のＱＤ、並びに
‐アスペクト比が約３であるＱＤ（すなわち、ＱＤの特性幅寸法がＱＤの特性高さ寸法の約３倍である）。
係るＱＤのサイズ及びアスペクト比は、成長条件、特に三次元のＩｎＡｓのＱＤ成長に関する単層の数により決定される。例えば、２ＭＬの三次元のＩｎＡｓのＱＤ成長をテンプレートサブ構造に用いることができ、また３．２ＭＬの三次元のＩｎＡｓのＱＤ成長をエミッションサブ構造に用いることができる。他の好適な単層成長も同様に用いることができる。さらに、テンプレートサブ構造からの歪みエネルギーが、エミッションサブ構造のより大きいドットサイズ及び品質への望ましい影響を有するように、テンプレートサブ構造及びエミッションサブ構造のＱＤ間の１つ又は複数のバリア層の厚みを制御することができる。例えば、図１２Ａ〜１２Ｃのバリア層１０２９、１０４５、１０６５、１０８１の厚みは、１００Åである。他の好適なバリアの厚みも同様に用いることができる。さらに、ＱＤが成長するアナログ的勾配を有する量子井戸材料のＩｎ濃度により歪みの量を制御することができるため、最大サイズのＱＤをそこで形成することができる。例えば、アナログ的勾配を有する量子井戸層１０３１、１０４７、１０６７、１０８３は、１５５０ｎｍ放出をサポートするＱＤサイズに好適なＧａの濃度に対して３６〜４０％（より好ましくは３８％）の最大Ｉｎ濃度を有することができる。別の例において、アナログ的勾配を有する量子井戸層１０３１、１０４７、１０６７、１０８３は、１４３０ｎｍ放出をサポートするＱＤサイズに好適なＧａの濃度に対して３０〜３６％（より好ましくは３３％）の最大Ｉｎ濃度を有することができる。さらに別の例において、アナログ的勾配を有する量子井戸層１０３１、１０４７、１０６７、１０８３は、１３１０ｎｍ放出をサポートするＱＤサイズに好適なＧａの濃度に対して２７〜３３％（より好ましくは３０％）の最大Ｉｎ濃度を有することができる。アナログ的勾配を有する量子井戸層１０３１、１０４７、１０６７、１０８３（Ｇａに対して４０％を上回る最大Ｉｎ濃度を含む）に関する他の最大Ｉｎ濃度も同様に用いることができる。アナログ的勾配を有する量子井戸層１０３１、１０４７、１０６７、１０８３に関するＧａに対して４０％を上回る最大Ｉｎ濃度は、歪みの量を減少させることができるため、そこで形成されるＱＤの最大サイズを増大させることが企図される。
【００７９】
種々の光電子デバイス及びトランジスタを使用する集積回路を、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いて作製することができる。デバイスの全てに関して、ｎ型及びｐ型変調ドープＱＷ構造に各々接触させるために、ｎ型及びｐ型イオン注入部を用いる。Ｎ型金属を用いてｎ型イオン注入部及び底部のｎ型オーミック層に接触させる。Ｐ型金属を用いてｐ型イオン注入部及び上部のｐ型オーミック層に接触させる。
【００８０】
図１５Ａ〜１５Ｃは、図５に関して、またより詳細には図１５Ｂの断面において示される上述される型の量子井戸レーザーにより作り出される光を誘導するように受動的に動作する直線的な受動導波路セクションを示す。直線的な受動導波路セクションは、より詳細には図１５Ｃの断面に示される。直線的な受動導波路セクションは、上部のＤＢＲミラー１２３０と層１００３及び１００５の周期構造により形成される底部のＤＢＲミラーとの間で光学モード１２０３の誘導を与えるクラッドとして動作する、上部のＤＢＲミラー１２３０（好ましくは異なる屈折率を有する半導体又は誘電性材料の対により実現される）を用いる。光学モード１２０３の横方向の閉じ込めは、下記のように上部のリブの垂直側壁１２１３及びその後形成されるｎ型イオン注入部１２１５と関連する屈折率変化により与えられる。また、上部のＤＢＲミラー１２３０（示されていない）の周期層構造で側壁１２１３、１２２７を被覆することにより光学モード１２０３の横方向の閉じ込めを担保することもできる。また、ｎ型注入部１２１５は、急速な熱的アニーリングを施される際、隣接する導波路コア領域に不純物のない空孔無秩序を導入する。無秩序化された導波路コア領域のバンドギャップが局所的に増大することにより、吸収及び関連する光学損失を実質的に減少させる。上部のＤＢＲミラー構造１２３０は、図１５Ｂの断面から明らかであるように、量子井戸レーザーの能動領域に亘ってクラッドを形成するように連続的に拡張することもできる。この構成において、上部のＤＢＲミラー構造１２３０は、層１００３及び１００５の周期構造により形成される上部のＤＢＲミラー構造１２３０と底部のＤＢＲミラーとの間の量子井戸レーザーにより生成される光学モード１２０３に関するクラッドとして動作する。光学モード１２０３の横方向の閉じ込めは、下記のように後に形成される量子井戸レーザーのアノード金属１２０９より下のｎ型イオン注入部１２０７により与えられる。層１０５９〜１０８７、１０２３〜１０５１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、量子井戸レーザーにより放出される光学モード１２０３の所望の放出／吸収波長に対応する。
【００８１】
図１６は、図８に関して上述される型の量子井戸レーザーの構成を示す。この構成を、図１５Ｂの量子井戸レーザーと同様の方法で、図１５Ａ及び１５Ｃの直線的な受動導波路セクションと連結して用いることができる。量子井戸レーザーに関して、上部のＤＢＲミラー構造１２３０は、図１６の断面から明らかであるように、量子井戸レーザーの能動領域に亘ってクラッドを形成するように連続的に拡張することができる。この構成において、上部のＤＢＲミラー構造１２３０は、層１００３及び１００５の周期構造により形成される上部のＤＢＲミラー構造１２３０と底部のＤＢＲミラー間との量子井戸レーザーにより生成される光学モード１２０５に関するクラッドとして動作する。光学モード１２０５の横方向の閉じ込めは、下記のようにデバイスの上部のｐ型領域において後に形成されるｎ型イオン注入部１２０７により与えられる。層１０２３〜１０５１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、量子井戸レーザーにより放出される光学モード１２０５の所望の放出／吸収波長に対応する。
【００８２】
図１７は、図９に関して上述される型のサイリスタレーザーの構成を示す。この構成を、図１５Ｂ及び１６の量子井戸レーザーと同様に、図１５Ａ及び１５Ｃの直線的な受動導波路セクションと連結して用いることができる。サイリスタレーザーに関して、上部のＤＢＲミラー構造１２３０は、図１７の断面から明らかであるように、サイリスタレーザーの能動領域に亘ってクラッドを形成するように連続的に拡張することができる。この構成において、上部のＤＢＲ構造１２３０は、層１００３及び１００５の周期構造により形成される上部のＤＢＲミラー構造１２３０と底部のＤＢＲミラーとの間のサイリスタレーザーにより生成される光学モード１２０６に関するクラッドとして動作する。光学モード１２０５の横方向の閉じ込めは、下記のように上部のアノード金属より下に後に形成されるｎ型イオン注入部１２０７により与えられる。層１０５９〜１０８７及び１０２３〜１０５１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、量子井戸レーザーにより放出される光学モード１２０６の所望の放出／吸収波長に対応する。
【００８３】
図１８Ａ〜１８Ｆは、光学的閉回路微小共振器の構成を示し、その微小共振器は、ギャップ領域Ｇによりジグザグ導波路構造２００１のセクションから離間した微小共振器２０００を含む図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いて作製することができる。ジグザグ導波路構造２００１は、ギャップ領域Ｇに亘るエバネッセント波結合により、微小共振器２０００に光学的に結合される。微小共振器２０００は、形状が概して矩形である閉路を進む導波路２００２を規定する。閉路導波路２００２の長さは、導波路２００２中を伝搬する光学モード２００４の特定波長となるよう調節される。具体的には、矩形の閉路導波路２００２の長さは、図１８Ｂにおいて良好に示されるように、導波路２００２のＬ1及びＬ2長さパラメータに関して２（Ｌ1＋Ｌ2）として与えられる。この構成において、Ｌ1及びＬ2パラメータは以下に従うように選択される：
【００８４】
【数１】
2016531415.tif 000003
【００８５】
（式中、Ｌ1及びＬ2は、閉路導波路２００２の対向する辺の有効長であり、ｍはゼロより大きい整数であり、λDは、導波路２００２中を伝搬する光学モード２００４の波長であり、ｎeffは、導波路２００２の有効屈折率である）。
層１０５９〜１０８７（及び場合によっては層１０２３〜１０５１も）のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、所望の波長λDに対応する。
【００８６】
閉路導波路２００２の幅（Ｗ）は、２μｍ未満であることができ、場合によっては１μｍ以下である。ギャップ領域Ｇの幅（すなわち、導波路２００２及びジグザグ導波路２００１間の間隔）は、２μｍ未満であることができ、場合によっては約１μｍ以下である。
【００８７】
光学モード２００４は、導波路２００２を循環し、かつ導波路２００２の反射性境界における内部反射により導波路２００２内に強く閉じ込められる。具体的には、導波路２００２中の光学モード２００４の誘導に関するクラッドは、図１８Ｃの断面において良好に示されるように、上部のＤＢＲミラー構造１２３０及び層１００３及び１００５の周期構造により規定された底部のＤＢＲミラーにより与えられる。導波路２００２中の光学モード２００４の横方向の閉じ込めは、ｉ）導波路２００２の外部境界を規定する側壁２００６、２００７、２０２１における屈折率変化（図１８Ａ）、ｉｉ）角の側壁２００６における屈折率変化（図１８Ａ）、ｉｉｉ）図１８Ｃから明らかであるように、リブ導波路２００２の側壁２００７、２０２１に隣接する位置にある注入領域１２１５、１２２１の外縁における屈折率変化、ｉｖ）図１８Ｃ及び１８Ｄから明らかであるように、上部のアノード電極２０５１より下に位置する中心注入領域２０１２の外縁における屈折率変化、並びにｖ）示されるように、側壁２００６、２００７、及び２０２１を被覆する上部のミラー１２３０の界面における屈折率変化により与えることができる。
【００８８】
図１８Ａ〜１８Ｆのジグザグ導波路２００１は、ジグザグ路を形成するリブ導波路２００８を規定する。光学モード２０１０は、導波路２００８の反射性境界における内部反射により、導波路２００８内に強く閉じ込められる。具体的には、導波路２００８中の光学モード２０１０の誘導に関するクラッドは、図１８Ｄの断面において良好に示されるように、層１００３及び１００５の周期構造により規定された上部のＤＢＲミラー構造１２３０と底部のＤＢＲミラーにより与えることができる。導波路２００８中の光学モード２０１０の横方向の閉じ込めは、ｉ）導波路２００８の外部境界を規定する側壁２０１９により規定された上部のリブにおける屈折率変化（図１８Ａ）、ｉｉ）微小共振器導波路２００２に関する図１８Ｄに示されるｎ型注入部１２１５に類似する上部のリブ側壁に隣接するｎ型イオン注入部１２１５における屈折率変化、ｉｉｉ）角の側壁２０１８における屈折率変化（図１８Ａ）、並びにｉｖ）側壁２０１８及び２０１９を被覆する上部のミラー１２３０の界面における屈折率変化により与えることができる。
【００８９】
結合領域において、導波路２００８は、ギャップ領域Ｇにより微小共振器導波路２００２の直線的なセクションに平行に広がり、かつそこから近接して離間したセクションを含む。導波路２００８のこのセクションにおいて、光学モード２０１０の横方向の閉じ込めは、図１８Ｄに示されるように、第一の制御電極２０５９の金属１２０９より下の注入領域２０１４の外縁における屈折率変化、及び図１８Ｄから明らかであるように結合領域（ギャップＧ）においての注入領域２０１６の外縁における屈折率変化により与えられる。図１８Ｄから明らかであるように、微小共振器導波路２００２の結合セクションにおいて、光学モード２００４の横方向の閉じ込めは、さらに結合領域（ギャップＧ）中の注入領域２０１６の外縁における屈折率変化により与えられる。
【００９０】
微小共振器２０００はさらに、図１８Ｃ及び１８Ｄに良好に示されるように、上部のｐ型オーミックコンタクト層（層１１０７）に電気的に接続された、上部のアノード端子電極２０５１、図１８Ｃに良好に示されるように、ｎ型イオン注入部１２１５を介してｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）に電気的に接続されたカソード端子電極２０５３、図１８Ｃに良好に示されるように、ｐ型イオン注入部１２２１を介してｐ型変調ドープＱＷ構造（層１０１９〜１０１５）に電気的に接続されたｐチャンネル端子電極２０５５、並びに図１８Ｄに良好に示されるように、底部のｎ型コンタクト層（層１００９）に電気的に接続された底部のコンタクト端子電極２０５７を含む。ジグザグ導波路構造２００１は、図１８Ｄに良好に示されるように、上部のｐ型オーミックコンタクト層（層１１０７）に電気的に接続された第一の制御電極２０５９、及び図１８Ｄに良好に示されるように、ｎ型イオン注入領域１２１５を介してｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）に電気的に接続された第二の制御端子電極２０６１を含む。注入領域２０１２、２０１４、及び２０１６は、下部のｎ型変調ドープ量子井戸構造（層１０９７〜１０９１）においてのバンドギャップを局所的にシフトさせることができることに留意されたい。このバンドギャップシフトは、隣接する導波路２００２、２００８間のギャップ領域Ｇを横切るｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷ中の電荷移動を禁止することができる。導波路２００８に関して、上部の制御電極２０５９に印加される電圧信号は、この効果に打ち勝って、所望であれば、第二の制御電極２０６１を介してｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷから電荷が入る（又は出る）ことを可能にする。上部のｐ＋コンタクト層（層１１０７〜１１０５）及び場合によってはギャップ領域Ｇにおけるその下の追加層のエッチング除去等の追加のプロセス工程は、ギャップ領域Ｇを横切る任意の電荷移動を防止するために実施することができることも企図される。
【００９１】
ｐチャンネル電極２０５５及び底部のコンタクト電極２０５７をフロートさせる一方、カソード端子電極２０５３に対して微小共振器２０００のアノード端子電極２０５１に順バイアスをかけることにより、電気的ポンピング平面レーザーとして図１８Ａ〜１８Ｅの光学的閉回路微小共振器を構成することができる。アノード端子電極２０５１及びカソード端子電極２０５３のバイアス条件は、レーザー発振を作り出すのに十分な、デバイスの能動導波路領域への電流を誘導するように設定される。係るレーザー発振は、図５の電気的ポンピングレーザーに関して上述したものと同様の方法で制御される。この構成において、層１０５９〜１０８７（及び場合によっては層１０２３〜１０５１も）のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、所望の波長λDに対応する。これらのバイアス条件により、微小共振器２０００は、導波路２００２中において時計回りに伝搬する所望の波長λDの連続波光信号を生成する。係る操作と同時に、時間依存性差動電気信号が、導波路構造２００１の第一の制御電極２０５９及びに第二の制御電極２０６１に供給されることにより、導波路２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造の材料の屈折率における変化を誘起する、導波路２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）を充填する電荷（電子）の量が変化する。導波路２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造の材料の屈折率の変化は、導波路２００８の結合係数を変調させ、徐々に結合領域Ｇ中の２つの導波路２００２、２００８間のエバネッセント波結合に変調を引き起こす。具体的には、導波路２００８の結合係数（従って結合領域Ｇにおいての２つの導波路２００２、２００８間のエバネッセント波結合）は、導波路２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）を充填する電荷（電子）の量により制御され、このことは導波路２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造の１つ又は複数のＱＷの吸収端のシフトを決定する。第一の制御電極２０５９及び第二の制御電極２０６１間が極小の伝導となる条件下において、第二の制御電極２０６１に対して第一の制御電極２０５９に順バイアスをかけることにより、導波路２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）に電荷（電子）を充填することができる。この構成において、第一の制御電極２０５９は、導波路２００８上に広がるｐ型オーミックコンタクト層に接触する。変調ドーピングにおけるその影響のために、隔離注入部２０１４は、ｎ型変調ドープＱＷ構造のＱＷチャンネルをポピュレートする。効果的に、これは、隔離注入部２０１４の他の側面上の導波路２００８中のポイントに接触部を移動させる。第二の制御電極２０６１に対する第一の制御電極２０５９の順バイアス条件は、導波路２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）を充填する電荷（電子）を制御する電界効果を生み出す一方で、第一の制御電極２０５９及び第二の制御電極２０６１間の極小の伝導をもたらす。上述のように、係るバイアス操作は、ｎチャンネルＨＦＥＴの操作に関する二次元電子ガスの形成において、ｎチャンネルＨＦＥＴのバイアス条件に類似する。電荷はこの時点で導波路中にあるため、導波路２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造のＱＷの吸収端は、シフトして導波路２００８の結合係数を変化させる。
【００９２】
係る結合変調は、導波路２００２中において時計回りに伝搬する連続波光信号に基づく変調光信号を生成する。図１８Ａ及び１８Ｂにおいて良好に示されるように、変調光信号は、導波路２００８の結合領域から伝搬し、導波路２００８から出力される。導波路２００８からの変調光信号出力は、光ＯＯＫ変調フォーマット（すなわち、デジタルパルスモード光信号）、又は、場合によってはより高次の光変調フォーマット（光差動位相偏移変調フォーマット又は光差動直角位相偏移変調フォーマット等）を有することができる。アノード端子電極２０５１及びカソード端子電極２０５３のバイアス条件、並びに第一及び第二の制御電極２０５９、２０６１に供給される電気信号を、抵抗器及び／又はチップ上（すなわち、基板１００１上）又はチップなしに集積されたトランジスタにより与えることができる。利点として、導波路２００２及び導波路２００８間のエバネッセント結合の電気的制御が、高いバンド幅（場合によっては最大１００ＧＨｚに拡張することができる）における導波路２００８から出力される光信号を変調可能であることが予期される。
【００９３】
レーザーの連続波エミッションに関して、ＤＣ差動電気信号を、導波路構造２００１の第一及び第二の制御電極２０５９、２０６１に供給することができる（変調エミッションに関する時間依存性信号の代わりに）。ＤＣ電気信号は、デバイスを制御して結合状態において動作させる。この結合状態において、導波路２００２中において時計回りに伝搬する連続波光信号は、導波路２００８に移送され（導波路２００８の結合領域において）、導波路２００８から出力される。
【００９４】
導波路２００２中において時計回りに伝搬する連続波光信号の特性波長λDをデバイスの制御された加熱により調節して、微小共振器２０００の温度を制御することができる。係る制御された加熱は、微小共振器２０００に隣接する又はその近傍の位置にある基板上に一体的に形成されるトランジスタデバイス（ｎチャンネル又はｐチャンネルＨＦＥＴデバイス）の制御された動作を通じて局所的に加熱することより実施することができる。トランジスタデバイスは、制御された方法において熱を生成するための抵抗ヒーターとして動作する。熱は、拡散により移動して微小共振器２０００を加熱する。微小共振器２０００（又はこれらの局所近傍においてのデバイスの）の温度により、トランジスタヒーターデバイスを介して微小共振器２０００の加熱を制御するためのフィードバックを与えることができる。所望の特性波長λDの光を放出するための光学的閉回路微小共振器の制御に関するヒータートランジスタデバイスの加熱電流は、所望の特性波長λDと比較して光学的閉回路微小共振器から出力された光の波長をスペクトル分析し、出力光の波長が所望の特性波長λDに一致するように、ヒータートランジスタデバイスの加熱電流を調節することによって、測定することができる。２つの導波路の２つのポート（入力ポート及び出力ポート）を備えた４ポート方向性結合器を用いることにより、スペクトル分析を実施することができる。方向性結合器の２つの導波路は、１つの導波路の入力ポートに供給される、所望の特性波長λDの光信号を、そこからの出力に関する他の導波路に結合するように、またその逆であるように構成される。光学的閉回路微小共振器により出力される光は、取り出されて方向性結合器の導波路の１つの入力ポートに供給される。所望の特性波長λDにおいて動作する参照ソースの光出力は、方向性結合器の他の導波路の入力ポート中に供給される。光学的閉回路微小共振器により出力される光の波長と、参照ソースにより出力される光に関する所望の特性波長λDとの間のの差に比例する出力信号を作り出す差分検出器として配される２つの光検出器に方向性結合器の導波路の２つの出力ポートの光出力が導かれる。この出力信号を、ヒータートランジスタデバイス（それは、光学的閉回路微小共振器により出力される光の波長を変化させる）の加熱電流を動的に調節するフィードバック回路において使用することにより、光学的閉回路微小共振器による出力の波長が、所望の特性波長λDに一致するように、ゼロ付近に出力信号を誘導する。
【００９５】
好ましい実施態様において、微小共振器２０００並びにジグザグ導波路構造２００１及びトランジスタヒーターデバイスは、底部のＤＢＲミラー（及び場合によっては底部のＤＢＲミラーより上の多数の層）の連続セクション上に全て形成される。これは、微小共振器２０００及びトランジスタヒーターデバイス（又はこれらの一部）間の領域に関して底部のＤＢＲミラーを通る隔離エッチングの除外により実現される。この構成は、底部ＤＢＲミラーのこの連続セクションを通じて（及び場合によっては底部のＤＢＲミラーより上の多数の層を通じて）、トランジスタヒーターデバイスにより生成される熱を、所望の加熱に関する微小共振器２０００に拡散させる。図１８Ｅは、微小共振器２０００及び加熱性ｎチャンネルＨＦＥＴデバイス２０７５が、どちらも底部のミラーの連続セクション上に形成される例示的な構成を示す。ｎチャンネルＨＦＥＴデバイス２０７５の動作は、上記の図１に関して上に記載される。底部のＤＢＲミラーのこの連続セクションを通じて、トランジスタヒーターデバイス２０７５により生成される熱を、所望の加熱に関する微小共振器２０００へ拡散させるために、底部のＤＢＲミラーを通る隔離エッチングは、微小共振器２０００及びトランジスタヒーターデバイス２０７５（又はこれらの一部）間の領域に関して除外されることに留意されたい。トランジスタヒーターデバイス２０７５により生成される熱は、トランジスタヒーターデバイス２０７５にバイアスをかけてトランジスタヒーターデバイス２０７５のチャンネルのコンダクタンスを制御することにより、及びトランジスタヒーターデバイス２０７５の伝導（オン）状態において、ソース端子電極５３及びドレイン端子電極５５間のチャンネルを通じて流れる電流の量を制御することにより、電気的に制御することができる。他の設計に関して、他の好適な制御操作を実行することができる。トランジスタヒーターデバイス２０７５に関する配置は、図１８Ｅに示されるものと異なることができる。例えば、長いチャンネルデザイン又は屈曲したチャンネルデザインを用いることができる。
【００９６】
導波路２００２中において時計回りに伝搬する連続波光信号の特性波長λDは、導波路２００２の光路の有効長を変化させることにより調節することもできる。これは、図１８Ｆに示されるように、第二のギャップ領域Ｇ２に亘って閉路導波路２００２にエバネッセント的に結合する１つ又は複数の閉路導波路（２０８１Ａ、２０８１Ｂとして示される２つ）の追加により達成することができる。
【００９７】
閉路導波路２０８１Ａ、２０８１Ｂは、形状が概して矩形である閉路を各々たどるものであり、それは各々の閉路導波路周辺の対応する光学モード信号の循環を可能にする。光学モードは、ジグザグ導波路２００８と同様に閉路導波路の反射性境界における内部反射により閉路導波路内に強く閉じ込められる。具体的には、各々の閉路導波路２０８１Ａ又は２０８１Ｂ中の光学モードの誘導に関するクラッドは、図１８Ｄの断面に示されるように、光学モード２０１０の閉じ込めと同様に上部のＤＢＲミラー構造１２３０と層１００３及び１００５の周期的構造により規定された底部のＤＢＲミラーにより与えられる。各々の導波路の外部境界を規定する側壁（図１８Ａにおいて示される側壁と類似する）により規定された上部のリブにおける屈折率変化、微小共振器導波路２００２について図１８Ｄに示されるｎ型注入部１２１５と類似する、上部のリブ側壁に隣接するｎ型イオン注入部１２１５における屈折率変化、角の側壁２０１８（図１８Ａに示される角の側壁と類似する）における屈折率変化、及び側壁２０１８及び２０１９を被覆する上部のミラー１２３０の界面における屈折率変化により、各々の閉路導波路２０８１Ａ又は２０８１Ｂ中の光学モードの横方向の閉じ込めを与えることができる。その各々の結合領域において、閉路導波路２０８１Ａ又は２０８１Ｂは、ギャップ領域Ｇ２による微小共振器導波路２００２の直線的なセクションから平行に広がり、かつそこから近接して離間したセクションを含む。導波路２０８１Ａ又は２０８１Ｂのこのセクションにおいて、光学モードの横方向の閉じ込めは、ｉ）図１８Ｄに示される注入領域２０１４に類似する第一の制御電極（２０９１Ａ又は２０９１Ｂ）の金属１２０９より下の注入領域の外縁における屈折率変化、及びｉｉ）図１８Ｄに示される注入領域１２１６に類似する結合領域（ギャップＧ２）の注入領域の外縁における屈折率変化により与えられる。
【００９８】
閉路導波路２０８１Ａ、２０８１Ｂ各々は、図１８Ｄに示される制御電極２０５９と同様の方法で、上部のｐ型オーミックコンタクト層（層１１０７）に電気的に接続された各々の第一の制御電極（２０９１Ａ，２０９１Ｂ）、及び図１８Ｄに示される制御電極２０６１に類似するｎ型イオン注入領域１２１５を介してｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）に電気的に結合される各々の第二の制御端子電極（２０９３Ａ，２０９３Ｂ）を含む。図１８Ｄの注入領域２０１４及び２０１６に類似する注入領域を与えることにより、下部のｎ型変調ドープ量子井戸構造（層１０９７〜１０９１）中のバンドギャップを局所的にシフトさせることができることに留意されたい。このバンドギャップシフトは、隣接する導波路間のギャップ領域Ｇを横切るｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷ中の電荷移動を禁止することができる。閉路導波路２０８１Ａ／２０８１Ｂ各々に関して、上部の制御電極２０９１Ａ／２０９１Ｂ３０１９に印加される電圧信号は、この効果に打ち勝って、所望により対応する第二の制御電極２０９３Ａ、２０９３Ｂを介してｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷから電荷が入る（又は出る）ことを可能にする。上部のｐ＋コンタクト層（層１１０７〜１１０５）及び場合によっては隣接する導波路間のギャップ領域Ｇのその下の追加の層のエッチング除去等の追加のプロセス工程が、隣接する導波路間のギャップ領域Ｇを横切る任意の電荷移動を防止するために実施可能であることも企図される。
【００９９】
微小共振器２０００（及びジグザグ導波路２００８）の動作と同時に、電気信号は、閉路導波路２０８１Ａ、２０８１Ｂのｎ型変調ドープＱＷ構造の材料の屈折率の変化を誘導する、閉路導波路２０８１Ａ、２０８１Ｂのｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）を充填する電荷（電子）の量を制御するために、閉路導波路２０８１Ａ、２０８１Ｂの第一及び第二の制御電極（２０９１Ａ／２０９１Ｂ及び２０９３Ａ，２０９３Ｂ）に供給される。閉路導波路２０８１Ａ、２０８１Ｂのｎ型変調ドープＱＷ構造の材料の屈折率の変化は、閉路導波路２０８１Ａ、２０８１Ｂの結合係数を変調させ、徐々に結合領域Ｇ２において、導波路２００２と閉路導波路２０８１Ａ及び２０８１Ｂとの間のエバネッセント波結合に変調を引き起こす。係る結合係数の変化は、導波路２００２の有効光路を変化させ、これにより導波路２００２中において時計回りに伝搬する連続波光信号の特性波長λDを調節することができる。所望の特性波長λDの光を放出するように光学的閉回路微小共振器２０００を制御する、導波路２００２と閉路導波路２０８１Ａ及び２０８１Ｂとの間の結合に関する制御信号は、所望の特性波長λDと比較して光学的閉回路微小共振器から出力された光の波長をスペクトル分析し、出力光の波長が所望の特性波長λDに一致するように、導波路２００２及び閉路導波路２０８１Ａ間の結合に関する制御信号を調節することによって、測定することができる。２つの導波路の２つのポート（入力ポート及び出力ポート）を備えた４ポート方向性結合器を用いることにより、スペクトル分析を実施することができる。方向性結合器の２つの導波路は、１つの導波路の入力ポートに供給される、所望の特性波長λDの光信号を、そこからの出力に関する他の導波路に結合するように、またその逆であるように構成される。光学的閉回路微小共振器により出力される光は、取り出されて方向性結合器の導波路の１つの入力ポートに供給される。所望の特性波長λDにおいて動作する参照ソースの光出力は、方向性結合器の他の導波路の入力ポート中に供給される。光学的閉回路微小共振器により出力される光の波長と、参照ソースにより出力される光に関する所望の特性波長λD間の差に比例する出力信号を作り出す差分波検出器として配される２つの検出器に方向性結合器の導波路の２つの出力ポートの光出力が導かれる。この出力信号を、導波路２００２、並びに閉路導波路２０８１Ａ及び２０８１Ｂ間の結合に関する制御信号（それは、導波路２００２の有効光路を変化させるため、光学的閉回路微小共振器により出力される光の波長を変化させる）を動的に調節するフィードバック回路において使用して、光学的閉回路微小共振器による出力の波長が、所望の特性波長λDに一致するように、ゼロ付近に出力信号を誘導する。
【０１００】
ｎチャンネル注入電極２０５３及び上部のコンタクト電極２０５１をフロートさせる一方、微小共振器２０００の底部のコンタクト電極２０５７に対してｐチャンネル注入端子電極２０５５に順バイアスをかけることにより、平面レーザーとして図１８Ａ〜１８Ｆの光学的閉回路微小共振器を構成することもできる。アノード端子電極２０５１及びカソード端子電極２０５３のバイアス条件は、レーザー発振を作り出すのに十分なデバイスの能動導波路領域への電流を誘導するように設定される。係るレーザー発振は、図８の量子井戸レーザーに関する上記したものと同様の方法で制御される。この構成において、層１０２３〜１０５１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、所望の波長λDに対応する。係る操作と同時に、時間依存性差動電気信号が、導波路構造２００１の第一の制御電極２０５９及び第二の制御電極２０６１に供給されることにより、導波路２００８の結合係数を変化させ、かつ導波路２００２及び２００８間のエバネッセント結合を変調させる。代替的に、連続的な出力に関して、ＤＣ電気信号を、導波路構造２００１の第一の制御電極２０５９及び第二の制御電極２０６１に供給することにより、導波路２００２及び２００８間のエバネッセント結合を活性化することができる。微小共振器２０００に印加されるバイアス条件を制御して導波路２００２及び／若しくは２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）の１つ又は複数の量子井戸を充填する電荷（電子）を調節することにより、並びに又はデバイスの加熱を制御して微小共振器２０００の温度を制御することにより、導波路２００２中において時計回りに伝搬する連続波光信号の特性波長λDを調節することができる。
【０１０１】
図１８Ａ〜１８Ｆの光学的閉回路微小共振器を、ジグザグ導波路構造２００１に供給される入力光信号の光から電気への変換のために構成することもできる。この場合において、入力光信号は導波路２００８に供給され、結合領域Ｇ中の２つの導波路２００８、２００２間のエバネッセント波結合は、入力光信号が導波路２００８から導波路２００２に伝送されて導波路２００２中において伝搬する光信号を生成するように活性化される。結合領域Ｇ中の２つの導波路２００８、２００２間のエバネッセント波結合は、導波路２００２及び２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）を充填する電荷（電子）の量を制御することにより活性化（及び不活性化）可能であり、このことにより導波路２００２、２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造の１つ又は複数のＱＷの吸収端のシフト及び屈折率が決定される。電荷は、第二の制御電極２０６１に電気的に接続された好適なバイアス電流ソース及び／又はバイアス電流シンクにより、導波路２００８のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）に追加（又はこれから除去）することができる。同様に、電荷は、微小共振器２０００のｎチャンネルコンタクト端子電極（すなわち、図１８Ａ〜１８Ｅのカソード端子電極２０５３）に電気的に接続された好適なバイアス電流ソース及び／又はバイアス電流シンクにより、導波路２００２のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）に追加（又はこれから除去）することができる。
【０１０２】
光から電気への変換に好適な１つの実施態様において、微小共振器２０００をサイリスタ操作のために構成することができ、そこでは導波路２００２中において伝搬する光信号は吸収により光電流を生成し、光電流は、サイリスタデバイスがＯＮに切り替わり、かつアノード端子電極２０５１及びサイリスタカソード（すなわち、図１８Ａ〜１８Ｅの底部のコンタクト電極２０５７）間のデバイスを通じて電流が流れるように、ｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）に電子を、ｐ型変調ドープＱＷ構造（層１０１９〜１０５）にホールを追加する。係る光電子操作は、検出、電流から電圧への変換（典型的にはトランスインピーダンスアンプにより与えられる）、基底基準を得るための準位シフト、及び決定回路（典型的にはコンパレーターにより実現される）の機能を与える。さらに、微小共振器２０００は、共振周波数においてのみ吸収し、そのため波長分割多重方式アプリケーションに関して異なる波長をサポートするよう変化させることができるという利点を有する。この構成において、層１０９７〜１０９１及び／又は層１０２３〜１０５１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、所望の波長λDに対応する。
【０１０３】
光から電気への変換に好適な別の実施態様において、微小共振器２０００は、アノード端子２０５１及びｎチャンネルコンタクト電極（図１８Ａ〜１８Ｆのカソード端子電極２０５３）間に逆バイアスを印加することにより、フォトダイオードに類似した光検出のために構成することができる。この構成において、導波路２００２中の光信号伝搬は、層１０９７〜１０９１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤの吸収により光電流を生成し、光電流はアノード端子２０５１及びｎチャンネルコンタクト電極（図１８Ａ〜１８Ｅのカソード端子電極２０５３）間を流れる。この構成において、層１０９７〜１０９１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、所望の波長λDに対応する。図１８Ａ〜１８Ｆのｐチャンネル注入端子２０５５及び底部のコンタクト電極２０５７間に逆バイアスを印加することにより、類似の動作が可能である。この構成において、導波路２００２中の光信号の伝搬は、層１０２３〜１０５１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤの吸収により光電流を生成し、光電流はｐチャンネル注入端子２０５５及び底部のコンタクト電極２０５７間を流れる。この構成において、層１０２３〜１０５１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、所望の波長λDに対応する。
【０１０４】
光から電気への変換に好適な別の実施態様において、定電流動作のためのデバイスの端子（図１８Ａ〜１８Ｆのアノード端子電極２０５１に対応するエミッター端子電極、カソード端子電極２０５３に対応するベース端子電極、及びｐチャンネルコンタクト電極２０５５に対応するコレクター端子電極）にバイアス条件を印加することにより、ｎチャンネルベースＢＩＣＦＥＴ光トランジスタデバイスに類似する光検出のために、微小共振器２０００を構成することができる。この構成において、導波路２００２中の光信号の伝搬は、層１０２３〜１０５１及び層１０９７〜１０９１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤの吸収により光電流を生成し、光電流はベース電流に追加されるため、デバイスのコレクター電流（及びエミッター電流）に追加される。この構成において、層１０２３〜１０５１及び層１０９７〜１０９１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、所望の波長λDに対応する。定電流動作のためのデバイスの端子（図１８Ａ〜１８Ｆの底部のコンタクト電極２０５７に対応するエミッター端子電極、ｐチャンネル電極２０５５に対応するベース端子電極、及びｎチャンネル電極２０５３に対応するコレクター端子電極）にバイアス条件を印加することにより、ｐチャンネルベースＢＩＣＦＥＴ光トランジスタデバイスに類似する光検出のために、類似の動作を構成することができる。この構成において、導波路２００２中においての光信号の伝搬は、層１０２３〜１０５１及び層１０９７〜１０９１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤの吸収により光電流を生成し、光電流はデバイスのベース電流に追加されるため、デバイスのコレクター電流（及びエミッター電流）に追加される。この構成において、層１０２３〜１０５１及び層１０９７〜１０９１のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、所望のλDに対応する。
【０１０５】
図１８Ａ〜１８Ｆの光学的閉回路微小共振器は、ジグザグ導波路構造２００１からの出力のためにジグザグ導波路構造２００１に供給される入力光信号の変調、及びジグザグ導波路構造２００１に供給される入力光信号の光スイッチ等の他の光電子機能のためにも構成することができる。係る構成は、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ１２／５１２６５号（２０１２年８月１７日出願）において詳細に記載されるものと類似であり、及び国際公開第２０１３／０２５９６４号（２０１３年２月２１日、本願の出願人と同一出願人）として公開され、全体として参照により本開示に組み込まれる。
【０１０６】
図１９Ａ〜１９Ｃは、図１２Ａ〜１２Ｃの層構造を用いて作製することができる導波路光結合器の構成を示し、それは、基板１００１上に集積され、かつギャップ領域Ｇに亘ってエバネッセント波結合することにより互いに光学的に結合される２つのジグザグ能動導波路構造３００１、３００３を含む。ジグザグ導波路構造３００１は、ジグザグ路を形成するリブ導波路３００５により規定される。同様に、ジグザグ導波路構造３００３は、ジグザグ路を形成するリブ導波路３００７により規定される。各々のリブ導波路を通じて移動する光学モードは、リブ導波路の反射性境界における内部反射により、各リブ導波路内に強く閉じ込められる。具体的には、リブ導波路３００７中の光学モード３００９を誘導するクラッドは、図１９Ｂの断面に良好に示されるように、上部のＤＢＲミラー１２３０と層１００３及び１００５の周期構造により規定された底部のＤＢＲミラーにより与えられる。導波路３００７中の光学モード３００９の横方向の閉じ込めは、導波路３００７の外部境界を規定する側壁３０１１、３０１３における屈折率変化（図１９Ａ）、上部のリブ側壁３０１１に隣接するｎ型イオン注入部１２１５における屈折率変化（図１９Ｂ）、角の側壁における屈折率変化、及び側壁３０１１を覆う上部のミラー１２３０の界面における屈折率変化により与えられる。類似の構造が、リブ導波路３００５中の光学モード３０１５を誘導するための導波路３００５の上方のクラッドに使用される。
【０１０７】
結合領域において、導波路３００５及び３００７は、ギャップ領域Ｇにより互いに平行に広がり、かつそこから近接して離隔される直線的なセクションを含む。導波路３００５の直線的なセクションにおいて、導波路３００５、３００７中の光学モード３０１５、３００９の縦方向の閉じ込めは、示されるように、導波路３００５、３００７の上部及び側壁３０１１、３０１３を覆うように形成される上部のミラー１２３０により補助することができる。光学モード３０１５の横方向の閉じ込めは、ｉ）図１９Ｃに示されるように、上部の制御電極３０１９の金属１２０９より下の注入領域３０１７の外縁における屈折率変化、及びｉｉ）図１９Ｃから明らかであるように、結合領域（ギャップＧ）中の注入領域３０２１の外縁における屈折率変化により与えられる。導波路３００７の直線的なセクションにおいて、光学モード３００９の横方向の閉じこめは、ｉ）図１９Ｃに示されるように、上部の制御電極３０２５の金属１２０９より下の注入領域３０２３の外縁における屈折率変化、及びｉｉ）図１９Ｃから明らかであるように、結合領域（ギャップＧ）中の注入領域３０２１の外縁における屈折率変化により与えられる。
【０１０８】
導波路３００５、３００７の幅（Ｗ）は、２μｍ未満であることができ、及び場合によっては１μｍ以下である。ギャップ領域Ｇの幅（すなわち、導波路３００７、３００９間の間隔）は、２μｍ未満であることができ、及び場合によっては約１μｍ以下である。
【０１０９】
図１９Ｃに良好に示されるように、ジグザグ能動導波路構造３００１は、上部のｐ型オーミックコンタクト層（層１１０７）に電気的に接続された上部の制御端子電極３０１９、図１９Ｃに良好に示されるように、ｎ型イオン注入部１２１５を介してｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）に電気的に接続された第二の制御端子電極３０２７、及び図１９Ｃに良好に示されるように、底部のｎ型コンタクト層（層１００９）に電気的に接続された底部のコンタクト端子電極３０２９を含む。ジグザグ能動導波路構造３００３は、図１９Ｃに良好に示されるように、上部のｐ型オーミックコンタクト層（層１１０７）に電気的に接続された上部の制御端子電極３０２５、図１９Ｃに良好に示されるように、ｎ型イオン注入部１２１５を介してｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）に電気的に接続された第二の制御端子電極３０３１、及び図１９Ｃに良好に示されるように、底部のｎ型コンタクト層（層１００９）に電気的に接続された底部のコンタクト端子電極３０３３を含む。注入領域３０１７、３０２１、３０２３は、下部のｎ型変調ドープ量子井戸構造（層１０９７〜１０９１）中のバンドギャップを局所的にシフトさせることができることに留意されたい。このバンドギャップシフトは、隣接した導波路３００５、２００７間のギャップ領域Ｇを横切る、ｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷ中の電荷移動を禁止することができる。導波路３００５に関して、上部の制御電極３０１９に印加される電圧信号は、この効果に打ち勝って、所望であれば、対応する第二の制御電極３０２７を介してｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷから電荷が入る（又は出る）ことを可能にすることができる。導波路３００７に関して、上部の制御電極３０２５に適用される電圧信号は、この効果に打ち勝って、望むように、対応する第二の制御電極３０３１を介してｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷから電荷が入る（又は出る）ことを可能にすることができる。上部のｐ＋コンタクト層（層１１０７〜１１０５）及び場合によっては隣接する導波路３００５、３００７間のギャップ領域Ｇ中の下部の追加の層のエッチング除去等の追加のプロセス工程は、隣接する導波路３００５、３００７間のギャップ領域Ｇを横切る任意の電荷移動を防止するために実施することができることも企図される。
【０１１０】
結合領域Ｇ中の２つの導波路３００５、３００７間のエバネッセント波結合を制御するために、負荷抵抗を介して基底に底部のコンタクト電極３０２９、３０３３両方にバイアスをかけ、かつ制御電極３０１９、３０２７、３０２５、３０３１に制御信号を適用することにより、光スイッチのための図１９Ａ〜１９Ｃの導波路光結合器を構成することができる。具体的には、結合領域Ｇ中の２つの導波路３００５、３００７間のエバネッセント波結合は、導波路３００５及び３００７のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）を充填する電荷（電子）の量を制御することにより活性化（及び不活性化）可能であり、このことにより所望の光スイッチ状態（パススルー状態又は切り替えられた状態）に関する結合領域Ｇの長さに亘る導波路３００５、３００７のｎ型変調ドープＱＷ構造の１つ又は複数のＱＷの吸収端のシフト及び屈折率が決定される。
【０１１１】
図１９Ａに良好に示されるように、入力光信号が、導波路構造３００１の入力に供給され、かつ導波路構造３００１から出力されるパススルー状態に関して、導波路３００５から導波路３００７へ光がエバネッセント的に結合し、次いで結合領域上の導波路３００５に戻ることが要求される。吸収端の最大シフトに対応する波長λmaxが存在する。Ｋｒａｍｅｒｓ  Ｋｒｏｎｉｇ関係によれば、λ＞λmaxに関して屈折率は増大し、λ＜λmaxに関して屈折率は減少する。このパススルー状態に関して、最も大きい屈折率が要求されるため、入力光信号のλはデバイスのλmaxより大きくなければならない。これは、このパススルー状態に関して、制御電極３０１９、３０２７、３０２５、３０３１に対する制御信号は、電子で両方の導波路３００５、３００７のｎ型変調ドープＱＷ構造のＱＷを充填するために設定可能であることを意味する。これらの条件が、結合領域Ｇの長さに亘る導波路３００５、３００７のｎ型変調ドープＱＷ構造の１つ又は複数のＱＷの吸収端のシフト及び屈折率を決定して、入力光信号の光を、導波路３００５から導波路３００７へ、そして導波路構造３００１からの出力に関する結合領域を超えて導波路３００５に戻るようにエバネッセント的に結合させる。導波路３００５に関して、パススルー状態のバイアス条件は、電荷（電子）で導波路３００５のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）を充填する電界効果を生み出す一方で、上部の制御電極３０１９及び第二の制御電極３０２７間の極小の伝導をもたらす第二の制御電極３０２７に対する上部の制御電極３０１９の順バイアスを印加することにより実現することができる。係るバイアス操作は、上述のようにｎチャンネルＨＦＥＴの操作に関する２次元電子ガスの形成においてのｎチャンネルＨＦＥＴのバイアス条件に類似する。導波路３００７に関して、パススルー状態のバイアス条件は、電荷（電子）で導波路３００７のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）を充填する電界効果を生み出す一方で、上部の制御電極３０２５及び第二の制御電極３０３１間の極小の伝導をもたらす第二の制御電極３０３１に対する上部の制御電極３０２５の順バイアスを印加することにより実現することができる。また、係るバイアス操作は、上述のようにｎチャンネルＨＦＥＴの操作に関する２次元電子ガスの形成においてのｎチャンネルＨＦＥＴのバイアス条件に類似する。制御電極３０１９、３０２７、３０２５、３０３１に制御信号を供給することによりパススルー状態を構成することができ、それが導波路３００５、３００７両方のｎ型変調ドープＱＷ構造のＱＷの電荷を空にすることも企図される。電荷で充填され、又は空にされた状態両方の導波路３００５、３００７の両方に関するｎ型変調ドープＱＷ構造のＱＷで、導波路３００５、３００７間の屈折率差はなく、パススルー状態が得られる。
【０１１２】
図１９Ａにおいて良好に示されるように、入力光信号が導波路構造３００１の入力に供給され、かつ導波路構造３００３から出力される切り替わった状態に関して、結合領域に亘って導波路３００５から導波路３００７へ光がエバネッセント的に結合すること（導波路３００５に戻って結合することなく）が要求される。この切り替わった状態に関して、導波路３００７のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷの電子を空にしつつ、電子で導波路３００５のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷのみを充填するように、制御電極３０１９、３０２７、３０２５、３０３１に対する制御信号を設定することができる。これらの条件は、導波路構造３００３からの出力に関する結合領域（導波路３００５に戻って結合することなく）に亘って導波路３００５から導波路３００７へエバネッセント的に結合するように、入力光信号の光を生じさせる２つの導波路３００５、３００７の吸収端及び屈折率の変化を生み出す。導波路３００５に関して、切り替わった状態に関するバイアス条件は、第二の制御電極３０２７に対する上部の制御電極３０１９の順のバイアスを印加することにより実現することができ、電荷（電子）で導波路３００５のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）を充填する電界効果を生み出しつつ、上部の制御電極３０１９及び第二の制御電極３０２７間の極小の伝導をもたらす。係るバイアス操作は、上述のようにｎチャンネルＨＦＥＴの操作に関する二次元電子ガスの形成においてのｎチャンネルＨＦＥＴのバイアス条件に類似する。導波路３００７に関して、切り替わった状態のバイアス条件は、第二の制御電極３０３１に対する上部の制御電極３０２５の逆バイアスを印加することにより実現することができ、導波路３００７のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）から電荷（電子）を空にする電界効果を生み出しつつ、上部の制御電極３０２５及び第二の制御電極３０３１間の極小の伝導をもたらす。制御電極３０１９、３０２７、３０２５、３０３１に対する制御信号を供給することにより、切り替わった状態を構成することができ、導波路３００５のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷの電子を空にしつつ、電子で導波路３００７のｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷのみを充填可能であることも企図される。電子により充填される導波路（３００５等）の１つに関するｎ型変調ドープＱＷ構造のＱＷ及び電子の空になった他の導波路（３００７等）のｎ型変調ドープＱＷ構造のＱＷで、導波路３００５、３００７間の屈折率差があり、切り替わった状態が得られる。
【０１１３】
抵抗器及び／又はチップ上（すなわち、基板１００１上）若しくはチップなしで集積されたトランジスタにより、デバイスのバイアス条件及び制御電極３０１９、３０２７、３０２５、３０３１に供給される電気信号を与えることができる。
【０１１４】
図１２Ａ〜１２Ｃの層構造から作製される導波路光増幅器４００３の入力側及び出力側に堆積している直線的な受動導波路セクション４００１Ａ、４００１Ｂを、図２０Ａ〜２０Ｃに示す。直線的な受動導波路セクション４００１Ａ、４００１Ｂが動作して、光を導波路光増幅器４００３中に、またこれから受動的に誘導する。導波路光増幅器４００３は、図２０Ｂの断面においてより詳細に示される。直線的な受動導波路セクションの１つ（４００１Ａ）は、図２０Ｃの断面においてより詳細に示される。
【０１１５】
直線的な受動導波路セクション４００１Ａ、４００１Ｂは、対向する側壁１２２７により規定されたリブ構造を各々用いる。各々のリブ導波路構造を通じて移動する光学モードは、リブ導波路の反射性境界における内部反射により各々のリブ導波路構造内に強く閉じ込められる。具体的には、リブ導波路４００１Ａ中の光学モード４００５を誘導するクラッドは、図１９Ｂの断面に良好に示されるように、上部のＤＢＲミラー１２３０と層１００３及び１００５の周期構造により規定された底部のＤＢＲミラーにより与えられる。導波路４００１Ａ中の光学モード４００５の横方向の閉じ込めは、導波路４００１Ａの外部境界を規定する側壁１２１３における屈折率変化（図２０Ｃ）、図１５の受動導波路セクションに類似する上部のリブ側壁に隣接するｎ型イオン注入部１２１５における（図２０Ｃ）、及び側壁１２１３を覆う上部のミラー１２３０の界面における屈折率変化により与えられる。リブ導波路４００１Ｂ中の光学モード４００５を誘導するための導波路４００１Ｂのクラッドのために、類似の構造が用いられる。図２０Ｂの断面から明らかであるように、導波路光増幅器４００３の開口部に亘るクラッドを形成する連続法において、上部のＤＢＲミラー１２３０を広げることができる。この構成において、上部のＤＢＲミラー１２３０は、上部のＤＢＲミラー１２３０及び層１００３及び１００５の周期構造により形成される底部のＤＢＲミラー間の導波路光増幅器４００３を通じて伝搬する光学モード４００５のクラッドとして動作する。光学モード４００５の横方向の閉じ込めは、以下の記載のように、後に形成される導波路光増幅器４００３のアノード金属１２０９より下のｎ型イオン注入部１２０７により与えられる。
【０１１６】
図２０Ａ及び２０Ｂに良好に示されるように、導波路光増幅器４００３は、導波路構造１２０１により規定された能動導波路領域の対向する辺の上部のｐ型オーミックコンタクト層（層１１０７）に電気的に接続された、２つのセクション４００７Ａ，４００７Ｂを含む上部のアノード端子電極をさらに含む。それは、図２０Ａ及び２０Ｂにおいて良好に示されるように、アノード端子セクション４００７Ａ、４００７Ｂの外側の対向するメサ領域１２１１を通してｎ型イオン注入部１２１５を介してｎ型量子井戸構造（層１０９７〜１０９１）に電気的に接続された２つのセクション４００９Ａ、４００９Ｂを含むカソード端子電極も含む。
【０１１７】
デバイスのアノード電極セクション４００７Ａ、４００７Ｂ及びカソード電極セクション４００９Ａ、４００９Ｂ間を電流が流れるように（ただし、レージング閾値未満のレベルにおいて）、カソード端子電極セクション４００９Ａ、４００９Ｂに対してアノード端子電極セクション４００７Ａ、４００Ｂに順バイアスをかけることにより、光増幅のための図２０Ａ〜２０Ｃの導波路光増幅器４００３結合器を構成することができる。この構成において、導波路セクション４００１により導波路光増幅器４００３に供給され、かつ導波路光増幅器４００３の光路に沿って移動する入力光信号は、各デバイスにより強度が増幅される。抵抗器及び／又はチップ上（すなわち基板１００１上）又はチップなしに集積されたトランジスタにより、デバイスのバイアス条件を与えることができる。この構成において、層１０９７〜１０９１（及び場合によっては層１０２３〜１０５１）のテンプレート及びエミッションサブ構造の埋め込まれたＱＤのサイズは、デバイスの光増幅機能を発現する入力光学モードの波長に対応する。
【０１１８】
図１２Ａ〜１２Ｃの層構造及び上記の光電子デバイス（及び以下に記載の作製工程のシーケンス）を適合させることにより、集積回路の一部として他の光電子デバイスを実現することができる。例えば、光路がデバイスの能動導波路領域を通る光変調器として図２０Ａ〜２０Ｃのデバイスを構成することができる。デバイスの吸収を変化させる印加電界を作り出す電圧レベルの範囲に亘って、カソード電極（デバイスのｎ型変調ドープＱＷ構造に電気的に接続される）に対してアノード電極がバイアスをかけられるようにアノード電極に入力信号が適用される。この構成において、デバイスに供給され、かつデバイスの光路に沿って移動する光信号は、デバイスの制御された時間依存性吸収により変調される。変調は、直線状に電界が変化することにより、事実上アナログであることができる。代替的に変調は、２つの状態（光路を通る光の損失が制限されたオン状態、及びデバイスの能動導波路領域を通る光路を塞ぐオフ状態）間の電界を変化させることにより、事実上デジタルであることができる。
【０１１９】
図１２Ａ〜１２Ｃの層構造と関連して上述した広範な光電子デバイス及びトランジスタを用いる集積回路は、以下のような一連の操作により作製することができる。
【０１２０】
第一に、配列マーク（示されていない）をデバイス構造上に規定する。
【０１２１】
次に、ｎ型イオンのイオン注入を実施する。イオン注入は、酸化ケイ素の薄い層（好ましくは５００Å厚み）及び窒化ケイ素の厚い層（好ましくは２０００Å厚み）からなる二重層のリフトオフにより規定されたマスクを使用することができる。二重層マスクは、ｎ型イオン注入領域の開口を規定する。
【０１２２】
イオン注入は、図１５Ｂ、１６、１７、及び２０Ｂに示されるように光学デバイスのｎ型注入領域１２０７を形成することができる。係る注入領域１２０７間の間隔は、各デバイスの導波路領域（又は開口部）を規定する。注入領域１２０７は、２つの機能を果たすことができる。第一に、注入部１２０７は、上部のｐ型層及びｎ型注入部間のｐ‐ｎ接合を作り出し、それは、ｎ型注入部１２０７間でそれより下に位置するｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷチャンネルのセクションに、上部の金属１２０９から注入される電気的なｐ型のキャリア（ホール）を流し込むことができる。第二に、光伝搬が、注入部１２０７間の能動導波路領域中に導かれるように、注入部１２０７の屈折率は若干低い。
【０１２３】
図１８Ａ〜１８Ｅの光学的閉回路微小共振器に関して、中心注入領域２０１２は、図１８Ｃ及び１８Ｄに良好に示されるように、デバイス構造中への好適なｎ＋種（フッ化ケイ素イオン等）の局所的な注入により形成することができる。中心注入領域２０１２の外周は、導波路２００２の内部反射面を規定するガウシアン表面である。中心注入領域２０１２の進入深さ（それは注入の間のパワーレベルにより制御される）は、上部のｐ型領域中にある（好ましくは層１１０１において、又はその近く）。その後の熱的アニール操作の間に、注入領域１２１２のｎ型種は、拡散してｎ型変調ドープ量子井戸構造中のバンドギャップを局所的にシフトさせることができる。アノード端子電極２０５１から導波路２００２の能動領域中へ、かつ上部のアノード端子電極２０５１より下のデバイスの中心領域を離れて流れる電流を流し込むように、中心注入領域２０１２は電流に対するバリアとして働く。さらに、注入領域２０１４は、図１８Ｄに良好に示されるように、デバイス構造中への好適なｎ＋種（フッ化ケイ素イオン等）の局所的な注入により形成することができる。注入領域２０１４は、係る制御端子電極より下の第一の制御端子電極２０５９の金属１２０９の長さに沿って広がる。中心注入領域２０１４の外周は、導波路２００８の外部反射面を規定するガウシアン表面である。注入領域２０１４の侵入深さ（それは注入の間のパワーレベルにより制御される）は、上部のｐ型領域中にある（好ましくは層１１０１において、又はその近く）。続く熱的アニール操作の間、注入領域１２１４のｎ型種は、拡散してｎ型変調ドープ量子井戸構造中のバンドギャップを局所的にシフトさせることができる。注入領域２０１２に沿って注入領域２０１４を形成することができる。さらに、図１８Ｄに良好に示されるように、デバイス構造中への好適なｎ＋種（フッ化ケイ素イオン等）の局所的な注入により、注入領域２０１６を形成することができる。導波路２００２及び２００８間のギャップ領域Ｇの長さに沿って、注入領域２０１６は広がる。中心注入領域２０１２の外周は、導波路２００２及び２００８の内部反射面を規定するガウシアン表面である。注入領域２０１６の侵入深さ（それは注入の間のパワーレベルにより制御される）は、上部のｐ型領域中にある（好ましくは層１１０１において、又はその近く）。続く熱的アニール操作の間、注入領域１２１４のｎ型種は、拡散してｎ型変調ドープ量子井戸構造中のバンドギャップを局所的にシフトさせることができる。注入領域２０１６を、注入領域２０１２及び２０１４に沿って形成することができる。
【０１２４】
図１９Ａ〜１９Ｃの導波路光結合器に関して、図１９Ｂ及び１９Ｃに良好に示されるように、デバイス構造中への好適なｎ＋種（フッ化ケイ素イオン等）の局所的な注入により、注入領域３０１７、３０２１、及び３０２３を形成することができる。注入領域３０１７、３０２１及び３０２３の侵入深さ（それは注入の間のパワーレベルにより制御される）は、上部のｐ型領域中にある（好ましくは層１１０１において、又はその近く）。続く熱的アニール操作の間、注入領域３０１７、３０２１、及び２０２３のｎ型種は、拡散してｎ型変調ドープ量子井戸構造中のバンドギャップを局所的にシフトさせることができる。注入領域３０１７は、係る上部の制御端子電極３０１９より下の上部の制御端子電極３１０９の金属１２０９の長さに沿って広がる。注入領域３０２３は、係る上部の制御端子電極３０２５より下の上部の制御端子電極３０２５の金属１２０９の長さに沿って広がる。注入領域３０２１は、導波路３００５及び３００７間のギャップ領域Ｇの長さに沿って広がる。注入領域３０１７、３０２１、２０２３の外周は、各導波路の反射面を規定するガウシアン表面である。
【０１２５】
次に、金属層１２０９（好ましくはタングステン）は、所望の注入領域に亘って上部の層１１０７と接合するように、得られた構造上に堆積している。金属層１２０９が、上部の層１１０７に接合する領域は、ＮＨＦＥＴデバイスのゲート端子電極５１の金属（図１３）、ｎチャンネルＢＩＣＦＥＴデバイスのエミッター端子電極７２の金属（図１４）、量子井戸レーザーのアノード端子電極部分８１の金属（図１５Ｂ）、サイリスタレーザーのアノード端子電極部分８１の金属（図１７）、図１８Ａ〜１８Ｄの閉回路微小共振器の中心アノード及び制御端子電極の金属、図１９Ａ〜１９Ｃの導波路光結合器の上部の制御端子電極３０１９、３０２５の金属、及び図２０Ａ〜２０Ｃの導波路光増幅器４００３のアノード端子電極部分４００７Ａ、４００７Ｂの金属を形成することができる。図１５Ａ〜１５Ｃ、１６、及び１７の光学デバイスに関して、アノード金属１２０９の一部は、各光学デバイスの開口部に関する開口を与えるために、ｎ型注入領域１２０７の上方に存在する。図２０Ａ〜２０Ｃの導波路光増幅器４００３に関して、アノード金属１２０９の一部は、デバイスの導波路領域に対応する開口部を規定するために、ｎ型注入領域１２０７の上方に存在する。
【０１２６】
次に、金属層１２０９をパターン化して、金属層１２０９の下にある所望の二重層酸化物／窒化物特徴部を露出させる。この工程は、パターン化された金属層１２０９と約１μｍ以下である露出した二重層酸化物／窒化物特徴部の外周との間にオフセット（又は間隔）を与えることができる。
【０１２７】
次に、フォトレジストで光学デバイスの導波路領域及び／又は光学的開口部を保護した状態で、第一の一連のメサ領域１２１１を好ましくは層１０９９又はその近くにおいて（それは、層１０９７〜１０９１により形成されるｎ型変調ドープ量子井戸構造より上及びその近くである）露出させるパターニング及びエッチング操作が実施される。ｎチャンネルＨＦＥＴに関して、メサ領域１２１１は、図１３に示されるように、ゲートの対向する側面上のゲート５１の金属１２０９に自己整合する。ｎチャンネルＢＩＣＦＥＴ（図１４）に関して、メサ領域１２１１は、図１４に示されるように、エミッターの対向する側面上のエミッター７１の金属層１２９０に自己整合する。図１５Ａ〜１５Ｃ、１６及び１７のレーザー／検出器に関して、メサ領域１２１１は、図１５Ｂ、１６、及び１７に良好に示されるように、能動領域の対向する側面（注入部１２０７間に存在する）上のアノード金属１２０９に自己整合する。図１８Ａ〜１８Ｄの閉回路微小共振器に関して、メサ領域１２１１は、図１８Ｃ及び１８Ｄに良好に示されるように、閉回路導波路２００２の外側及びジグザグ導波路構造２００１の直線的なセクションの近くのジグザグ導波路構造２００１の内側に存在する。図１９Ａ〜１９Ｃの導波路光結合器に関して、メサ領域１２１１は、図１９Ａ及び１９Ｃに良好に示されるように、結合領域Ｇ中の導波路の対応する直線的なセクションの近くで互いに対向して配置される。図２０Ａ〜２０Ｃの導波路光増幅器に関して、メサ領域１２１１は、図２０Ａ及び２０Ｂに良好に示されるように、能動導波路領域（それは注入部１２０７間に存在する）の対向する側面上のアノード金属１２０９に自己整合する。メサ領域１２１１を形成するエッチング操作は、好ましくはその下のメサ領域１２１１に対して実質的に垂直方向に下側に広がる側壁を形成する方向性プラズマエッチング技術を用いる。係る側壁は、図１３〜１７及び２０Ａ〜２０Ｂの側壁１２１３、図１８Ａ〜１８Ｄの側壁２００７、２０１９、並びに図１９Ｃの側壁３０４１を含むことができる。
【０１２８】
次に、ｎ型イオンの注入が、第一の一連のメサ領域１２１１中に注入されてＮ＋型注入領域１２１５を形成し、これを用いてｎチャンネルＨＦＥＴ（図１３）、ｎチャンネルＢＩＣＦＥＴ（図１４）、図１５Ａ〜１５Ｃ、１６及び１７のレーザー／検出器、図１８Ａ〜１８Ｃの閉回路微小共振器、図１９Ａ〜１９Ｃの導波路光結合器、並びに図２０Ａ〜２０Ｃの導波路光増幅器等の必要とされるデバイスに関するｎ型ＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）に接触させる。Ｎ＋型注入領域１２１５は、上述のように導波路構造の光の横方向の閉じ込めも与えることができる。
【０１２９】
次に、フォトレジストで上部のメサリブ及びＮ＋型注入領域１２１５の一部を保護した状態で、第二の一連のメサ領域１２１７を好ましくは層１０２１又はその近くにおいて（それは、層１０１９〜１０１５により形成されるｐ型変調ドープ量子井戸構造より上及びその近くである）露出させるパターニング及びエッチング操作が実施される。メサ領域１２１７は、メサ領域１２１１から横方向にオフセットしている。図１３に示されるように、ｎチャンネルＨＦＥＴに関して、メサ領域１２１７をドレイン電極５５から横方向にオフセットさせることができる。望む場合は、別のメサ領域１２１７（示されていない）をソース電極５５から横方向にオフセットさせることもできる。図１４に示されるように、ｎチャンネルＢＩＣＦＥＴに関して、メサ領域１２１７をベース端子電極部分７３から横方向にオフセットさせることができる。望む場合は、対向するベース端子電極部分により、追加のメサ領域１２１７（示されていない）から横方向にオフセットさせることができる。図１５Ａ〜１５Ｃの量子レーザー／検出器に関して、図１５Ａに良好に示されるように、メサ領域１２１７は、能動導波路領域の一端のアノード金属１２０９に自己整合する。図１６の量子レーザー／検出器に関して、メサ領域１２１７は、メサ領域１２１１にから横方向にオフセットしている。図１７のサイリスタレーザー／検出器に関して、メサ領域１２１７は、メサ領域１２１１に対向する能動導波路領域の側面上のアノード金属１２０９に自己整合する。図１８Ａ〜１８Ｄの閉回路微小共振器に関して、閉回路導波路２００２の外側にあるメサ領域１２１７は、図１８Ｃに良好に示される。メサ領域１２１７を形成するエッチング操作は、好ましくはその下のメサ領域１２１７に対して実質的に垂直方向に下側に広がる側壁を形成する方向性プラズマエッチング技術を用いる。係る側壁は、図１３〜１７の側壁１２１９、及び図１８Ｃの側壁２０２１を含むことができる。
【０１３０】
次に、ｐ型イオンの注入が、第二の一連のメサ領域１２１７中に注入されてＰ＋型注入領域１２２１を形成し、これを用いてｎチャンネルＨＦＥＴ（図１３）、ｎチャンネルＢＩＣＦＥＴ（図１４）、図１５Ａ〜１５Ｃ、１６及び１７のレーザー／検出器、並びに図１８Ａ〜１８Ｃの閉回路微小共振器等の必要とされるデバイスに関する層１０１９〜１０１５のｐ型ＱＷ構造に接触させる。Ｐ＋型注入領域１２１７は、上述のように導波路構造の光の横方向の閉じ込めを与えることもできる。
【０１３１】
追加の方向性エッチング操作を実施して、必要に応じてｐチャンネルＨＦＥＴデバイスに関する底部のオーミックコンタクト層（示されていない）、図１６の量子井戸レーザー／検出器、図１７のサイリスタレーザー／検出器、図１８Ａ〜１８Ｃの閉回路微小共振器、及び図２０Ａ〜２０Ｃの導波路光増幅器において第三の一連のメサ領域１２２３を規定することができる。メサ領域１２２３を形成するエッチング操作は、好ましくはその下のメサ領域１２２３に対して実質的に垂直方向に下側に広がる側壁を形成する方向性プラズマエッチング技術を用いる。係る側壁は、図１３〜１７の側壁１２２４、図１８Ｃの側壁２０２３、及び図１９Ｃの側壁３０４３を含むことができる。
【０１３２】
次に、得られるメサ構造の側壁は、酸化ケイ素の層（好ましくは３００Å〜５００Å厚み、又は場合によってはより薄い）により覆われ、金属コンタクト領域は、第一の一連のメサ領域１２１１上、第二の一連のメサ領域１２１７上、及び第三の一連のメサ領域１２２３上に規定される。金属コンタクト領域及び酸化物で被覆された側壁は、次いで金属層１２２５により被覆される。好ましくは、金属層１２２５はニッケル（Ｎｉ）、及びインジウム（Ｉｎ）金属を堆積させることにより形成される複合金属構造を含み、この構造は以下に記載のようにＲＴＡ操作中に、熱的に安定な低抵抗金属層へと転換される。例示的なＮｉＩｎ複合金属構造は、Ｎｉ／Ｎｉ‐Ｉｎ（ｘＮ）／Ｎｉ多層構造（そこでは、各Ｎｉ‐Ｉｎ層は、Ｎｉ及びＩｎの共堆積により形成される）の堆積に由来することができる。好ましい実施態様において、同一の複合金属構造を用いて、集積回路のｎ型及びｐ型伝導チャンネル両方に対する低抵抗金属コンタクト層が形成される。他の好適な金属及び／又は金属アロイを用いることができる。
【０１３３】
次に、得られた構造を金属層１２２５（第一の一連のメサ領域１２１１上の金属コンタクト領域の外部側壁上、第二の一連のメサ領域１２１７上、及び第三の一連のメサ領域１２２３上）の下にある酸化物を除去し、かつ金属コンタクト領域（第一の一連のメサ領域１２１１上、第二の一連のメサ領域１２１７上、及び第三の一連のメサ領域１２２３上）と接合する金属層１２１５を残す湿式エッチング液に供する。この工程は、除去された酸化物の厚み（好ましくは３００Å〜５００Å厚み、又は場合によってはより薄い）に一致する金属層１２２５と側壁との間の小ギャップを与える。この小ギャップは、デバイスのｎ型及びｐ型変調ドープＱＷ構造に対するアクセス抵抗を減少させる。湿式エッチング液は、上部のアノード金属１２０９に隣接する二重層酸化物／窒化物層も除去する。この湿式エッチング中のアノード金属１２０９のエッチング除去を防止するために、好適な保護層（ニッケルの薄層等）によりアノード金属１２０９を保護することができる。好適な湿式エッチング液の例は、緩衝ＨＦエッチング液である。
【０１３４】
次に、パターニング及び本開示に記載のエバネッセント結合導波路デバイスの隣接した導波路間の１つ又は複数のギャップ領域Ｇ中のｐ＋コンタクト層（層１１０７〜１１０５）及び場合によってはその下の更なる層のエッチング除去等の追加のプロセス工程を、係るギャップ領域を横切る任意の電荷移動を防止するために実施可能であることが企図される。エッチング除去域は、係るギャップ領域Ｇ（図１８Ｄのデバイスの注入領域２０１６及び図１９Ｃのデバイスの注入領域３０２１等）中のｎ型注入領域を覆うことができ、場合によってはその中まで広がることができる。
【０１３５】
次に、構造を被覆する酸化層を堆積させ、得られた構造は、次いで約８００℃〜９００℃（又はこれを上回る）高速熱アニール（ＲＴＡ）操作を施される。ＲＴＡ操作は、２つの主な目的を有する。第一に、それは注入領域の全てを活性化する。具体的には、ＲＴＡは、図１８Ｃ〜１８Ｄの注入領域１２１２、１２１４、１２１６及び図１９Ｃ〜１９Ｄの注入領域３１０７、３０２１、３０２３を拡散させ、下部のｎ型変調ドープ量子井戸構造（層１０９７〜１０９１）中のバンドギャップの局所的にシフトさせることができる。このバンドギャップシフトにより、隣接する導波路セクション間のギャップ領域Ｇを横切るｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＤにおける電荷移動を禁止することができる。望む場合は、デバイスの各々の上部の制御電極に適用される電圧信号は、この効果に打ち勝って、ｎ型変調ドープＱＷ構造（層１０９７〜１０９１）のＱＷから電荷が入る（又は出る）ことを可能にすることができる。第二に、ＲＴＡ操作は、金属層１２２５の複合金属構造を変換してデバイスのｎ型及びｐ型伝導領域両方に対する低抵抗金属コンタクト層を形成する。また、ＲＴＡ操作中に、金属複合層は、係る層の下にある特定のイオン種の外方拡散に対するバリア層を与えることにも留意されたい。
【０１３６】
このようにして、ＲＴＡ変換金属層１２２５をパターニングしてｉ）ｎチャンネルＨＦＥＴデバイスのソース端子電極５３、ドレイン端子電極５５及びコレクター端子電極６１（図１３）、ｉｉ）ｐチャンネルＨＦＥＴデバイスのゲート端子電極５７、ソース端子電極５９、ドレイン端子電極６１、及び１つ又は複数のコレクター端子電極５３／５５（示されていない）、ｉｉｉ）ｎチャンネルＢＩＣＦＥＴデバイスの１つ又は複数のベース端子電極７３及びコレクター端子電極７５（図１４）、ｉｖ）ｐチャンネルＢＩＣＦＥＴデバイスの１つ又は複数のコレクター端子電極７５、１つ又は複数のベース端子電極、及び１つ又は複数のエミッター端子電極（示されていない）、ｖ）図１５Ａ〜１５Ｃの量子井戸レーザー／検出器のカソード端子電極８３及びコレクター電極、ｖｉ）図１６の量子井戸レーザー／検出器のアノード端子電極、カソード端子電極、及びコレクター電極（フロート電極として構成される）、ｖｉｉ）図１７のサイリスタレーザー／検出器のｎ注入端子電極、ｐ注入端子電極、及びカソード端子電極、ｖｉｉｉ）図１８Ａ〜１８Ｄに示されるように、閉回路微小共振器の電極、ｉｘ）図１９Ａ〜１９Ｃに示されるように、導波路光結合器の電極、並びにｘ）図２０Ａ〜２０Ｃに示されるように、導波路光増幅器の電極を規定することができる。
【０１３７】
次に、必要に応じて各々のデバイスを離間させるために、基板に対して分離エッチングを実施する。好ましくは、半絶縁性基板１００１に対する分離エッチングは、その下の基板１００１に対して実質的に垂直方向に下側に広がる側壁を形成する方向性プラズマエッチング操作によりなされる。係る側壁は、図１３〜１７及び２０Ａ〜２０Ｃの側壁１２２７、図１８Ａ〜１８Ｃの側壁２００６、２０１８、及び２０２５、２０２７、並びに図１９Ｃの側壁３０４５を含むことができる。上述のように、トランジスタヒーターデバイスにより生成される熱を、微小共振器の閉路導波路中を伝搬する光信号の特性波長を調節するため、所望の加熱のための微小共振器に、底部のＤＢＲミラーを通じて拡散させるために、微小共振器及びトランジスタヒーターデバイス（又はこれらの一部）間の領域に関して、底部のＤＢＲミラーを通る分離エッチングを除外できることに留意されたい。
【０１３８】
次に、得られた構造をスチーム雰囲気中において酸化して構造の層１００３をＡｌＯに転化することができ、それらは各々のデバイスに関して底部のＤＢＲミラーを形成する。
【０１３９】
共鳴縦キャビティーへの面内光注入、及び／又は共鳴縦キャビティーからの面内光放出に好適な能動デバイスを形成するために、回折格子（例えば、米国特許第６０３１２４３号明細書に詳細に記載のように）を、本開示に記載のように光学デバイスの導波路領域より上に形成することができる。好ましくは、回折格子は、各光学デバイスの能動領域を覆う導波路構造１２０１の酸化ケイ素のイオンビームミリングにより形成される。
【０１４０】
光学デバイスのクラッドに関して、得られた構造を処理して上部の層１１０７の所望の面積で露出させることができ、１つ又は複数の誘電性層の対を、上部の層１１０７の係る面積に堆積させて、図１５Ｂ、１５Ｃ、１６、１７、１８Ｃ、１８Ｄ、１９Ｂ、１９Ｃ、２０Ｂ、及び２０Ｃに示されるように、上部のＤＢＲミラー１２３０を形成することができる。誘電性層の対は、各々のデバイスの高反射性ミラーを形成する。好ましくは、誘電性層の対は、ＳｉＯ2（屈折率がより低い材料）及びＳｉ等の高屈折率材料（バンドの波長が１３１０ｎｍ〜１５５０ｎｍ）又はＴｉＯ2（１０５０ｎｍ未満の波長）を含む。上部のミラー１２３０は、多層誘電性層の対を用いることにより、高い反射率を達成することができる。好ましい実施態様において、６以上の誘電性層の対を互いに積み重ねて、約９９．７％またはそれを上回る反射率を与えることができる。
【０１４１】
得られた構造上に１つ又は複数の保護層を堆積させることができ、各々のデバイスのパターン化された金属層及び電極金属層１２０９、１２２５に対するビア相互接続を、１つ又は複数の保護層を通して形成することができる。この構造は、半導体処理分野において周知のように、複数のレベルのメタライゼーションを繰り返すことができる。
【０１４２】
利点として、本開示に記載のように、光電子デバイス及び集積回路のＱＷ中のＱＤ構造内に埋め込まれた自己集合した量子ドット（ＱＤ）は、係る光電子デバイス及び集積回路の効率を向上させる。具体的には、レーザー発振及び増幅に必要な反転分布、並びに光検出に必要なフォトン吸収メカニズムは、量子ドットの導入により、より効率的に起こり、したがってレーザー発振／増幅に要求される必要な電流を減少させ、かつ吸収により作り出される光電流を増大させる。さらに、放出／吸収波長を決定するために、埋め込まれたＱＤのサイズを制御することができる。
【０１４３】
さらに、ＱＷ中のＱＤ構造は、対応する変調ドープ量子井戸構造からオフセットしている。１つの実施態様において、係るオフセットは、図１〜１１のスペーサー層２２及び３０（図１２Ａ〜１２Ｃのエピタキシャル層構造中の層１０５７及び１０２１）により与えられるものとして、３００〜５００Åの範囲である。対応する変調ドープ量子井戸構造からＱＤをオフセットさせることにより、ＱＤは、本開示に記載のＨＦＥＴ及びＢＩＣＦＥＴデバイスを含むデバイス構造により実現されるＱＷチャンネルトランジスタデバイスの性能（すなわち、最大スイッチ周波数、及び／又は周波数応答）に悪影響を及ぼさない。しかし、オフセットは、ある種の光機能（レージング及び光増幅等）に要求される閾値電流及び電圧、並びに光検出の応答時間に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、デバイス構造により実現されるＱＷチャンネルトランジスタデバイスの性能に、ＱＤが悪影響を及ぼさないところまでオフセットを最小化することは有益である。係るデバイスの性能に対するＱＤの悪影響を最小化するために、ＱＷチャンネルトランジスタデバイスのコレクター領域にバイアスをかけることができることに留意されたい。
【０１４４】
光電子デバイスを、関連する導波路及び支持電子機器と共に、エミッター及び／又は検出器の配列として形成することができる。検出器配列は、能動イメージング構造又はＣＣＤ構造を有することができる。波長は、赤外バンドから、８５０ｎｍ〜１５５０ｎｍに広がることができる。
【０１４５】
本開示に記載のデバイス構造を、単電子トランジスタ（ＳＥＴ）を実現するために用いることもできる。ＳＥＴは、重ね合わせ及びエンタングルメント等の量子力学的現象の直接的な使用をデータ上で行わせることを可能とする、量子計算において用いられる構成要素である。量子計算において、量子ビット（ｑｕｂｉｔ）（すなわち量子ビット（ｑｕａｎｔｕｍ  ｂｉｔ）は、量子情報の単位‐古典ビットの量子的類似物を指す。量子ビットは、単一電子のスピン状態等の２状態の量子力学システムである：ここでの２状態は、電子の上向きスピン状態と下向きスピン状態である。古典的な系において、ビットはどちらかの状態を有していなければならない。対照的に、量子力学は、量子ビットが同時に両方の状態の重ねあわせにあることを許容し、その特性は量子計算の基礎である。特定の計算上集中的な問題を実行する量子力学（ＱＭ）アルゴリズムを実施するために、量子計算を用いることができる。例えば、Ｓｈｏｒのアルゴリズムが１９９４年に発表され、それは整数因数分解の問題は、最も効率的な周知の古典的因数分解アルゴリズムを用いる場合より、量子コンピュータで実行する場合のほうが実質的により速いことを示す。
【０１４６】
ＳＥＴは、ポテンシャル障壁により取り囲まれる微小体積内に、あらかじめ定められた初期スピン状態（すなわち、上向きスピン状態又は下向きスピン状態）である電子を閉じ込める。読込動作の間、電子は、ソース電極と微小体積と間のポテンシャル障壁を通るトンネル現象を介してソース電極から微小体積中へ入る。電子は、次いで微小体積内である期間（計算期間）分離され、そこでは電子のスピン状態の問合せは試行されない（すなわちエネルギーが除去されない）。計算期間の終わりにおいて、微小体積とドレイン電極との間のポテンシャル障壁を通過するトンネル現象を介して、微小体積からドレイン電極に電子を読み出す試行による読出操作により電子の最終的なスピン状態（すなわち、上向きスピン又は下向きスピン）を決定する。ＳＥＴが、量子力学系及び巨視的な世界の間のゲートウェイを与えることは、本明細書から明らかである。量子力学系における変数の真の状態をリアルタイムで追跡することが不可能であることは、物理学の分野で周知である。なぜなら、測定の動作が量子力学系をいずれかの状態に強制的に定め（すなわち、決定性）、そのことが、変数がデジタルではなく代わりに同時に複数の異なる状態を取るある特定の確率から構成されている量子力学系の自然な展開を定義により阻害するからである。しかし、幾つかの点（すなわち計算期間の終わり）において、データは従来の計算原理を適用することのできる巨視的な世界へ移送されなければならない。
【０１４７】
図２１Ａ及び２１Ｂは、図１２Ａ〜１２Ｃに関する上記のものに類似するデバイス構造により実現されるＳＥＴの例示的な実施態様を示す。ＳＥＴは、ゲート端子電極１３０１、ソース端子電極１３０３、及びドレイン端子電極１３０５を含む図３のＮＨＦＥＴデバイスと、構造において類似する。ＳＥＴのソース端子電極１３０３及びドレイン端子電極１３０５は、対応するｎ型ソース及びドレイン注入領域１３０７、１３０９により、層１０９７〜１０９１のｎ型変調ドープＱＷ構造において実現される１つ又は複数のＱＷチャンネルの反対側の端部に動作可能に接続される。ＱＤ構造１３１１は、デバイス構造中で形成され、かつゲート端子電極１３０１により被覆される。ＱＤ構造１３１１は、層１０９７〜１０９１のｎ型変調ドープ量子井戸構造により垂直（ｚ）方向での閉じ込めを達成する。ＱＤ構造１３１１は、好ましくはデバイス構造に組み入れられた単一ＱＤにより実現され、それはｐ＋層１１０１へのエッチングにより他のデバイスから分離することができる。ＱＤを作り出すために、フォトマスクを用いて環又は正方形のパターンでのイオン注入のための開口部を規定する。開口部の内部直径は、約１００Å（１０ｎｍ）であり、かつ開口部の幅も約１００Å（１０ｎｍ）でありＱＤのｘ及びｙ寸法を規定する一方で、量子井戸がＱＤのｚ寸法を規定する。酸素イオン（すなわち、Ｏ−）は、環状フォトマスクを通じてデバイス構造中に注入される。環状酸素イオン注入１３１０のピーク深さは、層１０９７〜１０９１のｎ型変調ドープ量子井戸構造のＮ＋電荷シート１０９７の中心である。デバイス構造のＲＴＡサイクルが、酸素イオンのＮ＋ドープ電荷シートとの反応及び高抵抗への変換を引き起こすように、酸素イオン注入密度が制御される。１つの実施態様において、１５％ＡｌＧａＡｓのＮ＋電荷シート１０９７は、３．５×１０18ｃｍ-3の濃度にドープされ、酸素イオンは、少なくとも１．７５×１０19ｃｍ-3の密度に注入される。サンプルを１０秒間８００℃を上回るＲＴＡサイクルに供することは、Ｎ＋電荷シート１０９７を高抵抗に変換するのに十分であろうということが予期される。Ｎ＋電荷シート１０９７を高抵抗に変換することにより、環状注入領域の幅に亘る閾値電圧は＞２Ｖに増大する。そして表面ポテンシャルは本質的にゼロである。環状注入領域１３１０内部の表面ポテンシャルが約１Ｖであるため、ＱＤは約１Ｖの井戸ポテンシャルを含む６０×１００×１００Åの寸法の環状注入領域１３１０の内側に規定される。ＳＥＴの操作の間、環状注入領域１３１０は、このＱＤ中の電子を閉じ込めかつ分離する。したがって、ＱＤ構造１３１１は、ソース端子電極１３０３とＱＤ構造１３１１との間の１００Å厚みのポテンシャル障壁（“ソースバリア１３１３”とラベルされている）、及びＱＤ構造１３１１とドレイン端子電極１３０５との間の１００Å厚みのポテンシャル障壁（“ドレインバリア１３１５”とラベルされている）を含むＳＥＴに対して内側に規定される。ゲート端子電極１３０１を、ｎチャンネルＨＦＥＴデバイスのゲートに類似するｐ＋層１１０１上に形成することができる。この方法において、ゲート端子電極１３０１は、ＱＤ構造１３１１の上、かつソ��ス及びドレインバリア１３１３、１３１５の両方の上に形成される。ゲート端子電極は、ＱＤ構造１３１１を被覆するため、ゲート端子電極１３０１の電圧レベルは、ＱＤ構造１３１１中のエネルギーレベルを制御する。しかし、Ｎ＋電荷シート１０９７が、高インピーダンスに変換されているため、ゲート端子電極１３０１の電圧は、ソース及びドレインバリア１３１３、１３１５の規模にほとんど又は全く影響を与えない。ソース端子電極１３０３に対するゲート端子電極１３０１の電圧レベルを制御することにより、ソースバリア１３１３を通る単一電子のトンネル現象を制御することができ、ドレイン端子電極１３０５に対するゲート端子電極１３０１の電圧レベルは、読出操作の間にドレインバリア１３１５を通る電子のトンネル現象を制御することができる。
【０１４８】
図２１Ａ及び２１ＢのＳＥＴの操作を、図２２Ａの回路概略図及び図２２Ｂと２２Ｃの付随する波形図に示す。読込操作の間、ＱＤ構造１３１１中の上端のエネルギー準位がソース端子電極１３０３のフェルミエネルギーに揃うと、ＱＤ構造１３１１中の上端のエネルギー準位が空である場合、ソース障壁１３１３を通過してＱＤ構造１３１１への電子のトンネル現象が生じる可能性がある。しかし、ＱＤ構造１３１１中の上端のエネルギー準位は、大きな静磁場Ｂの存在のためにゼーマン効果により２つの準位に分かれ、図２２Ａに示されるように上向きスピンが下向きスピンより高いエネルギーとなる。静磁場Ｂは外部の永久磁石、電磁石、又は他の適切なデバイスにより生成することができる。対応する電場Ｅもまた示される。従って、ソース端子電極１３０３のフェルミエネルギーは、あらかじめ定められたスピン状態（例えば、初期の“上向きスピン”状態）を決定するために適切なエネルギーに設定することができる。このようにして、ＱＤ構造１３１１中へのソースバリア１３１３を通過する電子のトンネル現象、及びＱＤ構造１３１３中の電子のスピン状態の所望のあらかじめ定められた“上向きスピン”状態への初期化を可能にするように、ソース端子電極１３０３に対するゲート端子電極１３０１のバイアス電圧レベルを適用することができる。これは、図２２Ｂ及び２２Ｃの例示的な波形に示されるように、読込操作の間に実施される。ある時間において電子の１つのみがトンネルできるほど、ＱＤ構造１３１１は十分小さく、電子波長は十分大きいと想定される。従って、電子の１つのみがソース端子電極１３０３からＱＤ構造１３１１中へ入る。
【０１４９】
計算操作は読込操作に続く。具体的には、ひとたび電子がＱＤ構造１３１１にトンネルすると、図２２Ｂと２２Ｃの例示的な波形に示されるように、ゲート端子電極１３０１に印加されるバイアスポテンシャルが下がることにより、ＱＤ構造１３１１の静電ポテンシャルは下がる（負電荷）。ＱＤ構造１３１１のより低い静電ポテンシャルは、ソース端子電極１３０３にトンネル現象で戻る電子の能力を制限する。したがって、計算操作の間、電子はＱＤ構造１３１１内に閉じ込められ、そこでは電子のスピン状態を問い合わせる試行がない（すなわちエネルギーが除去されない）状態で、電子はある期間（計算期間）分離される。
【０１５０】
読出操作は、計算操作に続く。読出サイクルの間、ドレイン端子電極１３０５に対するゲート端子電極１３０１のバイアス電圧レベルを印加することにより、ＱＤ構造１３１１からドレイン障壁１３１５を通るドレイン端子電極１３０５への電子のトンネル現象を可能にすることができる。具体的には、係るバイアス電圧は、上向きスピンのエネルギー状態を有する電子のトンネル現象を可能にする（一方、下向きスピンのエネルギー状態を有する電子のトンネル現象を許容しない）ように設定される。したがって、図２２Ｃに示されるように、電子が上向きスピンの状態を有する場合、読出操作は微小の電流パルス出力を作り出す。しかし、電子が下向きスピンの状態を有する場合、読出操作の間に電流出力は観察されない。実用的であるために、熱励起電流はトンネル電流より相当小さくなければならないことに留意されたい。したがって、この条件を満たすまで十分にトンネル厚みを減少しなければならず、障壁高さを増大させなければならない。そうでなければ、冷却が必要とされる。
【０１５１】
示されるようにＳＥＴは単一のＱＤ（単一の量子ビットと同義であるように規定することにより、我々は取り扱うことができる）を用いるが、ソース電極入力及びドレイン電極出力を備えた複数のＱＤ（すなわち複数の量子ビット）は、ＱＤ間のトンネル障壁を制御しながら形成されてもよいことは明らかである。さらに、ＱＤは任意の量子アルゴリズムの実装に従って、ｘ及びｙ方向の両方に広がることができる。全ての量子ビット又は量子ビットの群に対してゲートは共通であってよく、すなわち複数のゲートを用いてもよい。したがって、Ｓｈｏｒアルゴリズム等の特定のアルゴリズムに要求される設計に従ってＳＥＴの配列を構成してよい。
【０１５２】
利点として、同一の技術基盤において、ＳＥＴが従来の最先端の論理回路とも互換性のあるような方法においても、本願のＳＥＴは、量子力学的変数として電子のスピン状態の認識を可能にする。これにより、ＳＥＴ量子計算機能からの入力及び出力が、高性能の計算のための方法論が存在する利点を生かすことができ、かつサポートすることができる。
【０１５３】
１つ又は複数の量子井戸に埋め込まれた量子ドットによる光電子集積回路及びその製造方法の幾つかの実施態様を本開示に記載し説明した。本発明の特定の実施態様が記載されている一方、本発明は技術が許容するような範囲で広く、明細書もそのように読まれることが意図されるため、本発明は特定の実施態様に制限されることは意図されていない。したがって、特定のＩＩＩ〜Ｖ族材料系及びヘテロ構造が開示されている一方、他のＩＩＩ〜Ｖ材料系及びヘテロ構造は、本開示に記載の光電子集積回路を実現するために使用可能であることが理解されるであろう。よって、特許請求される精神及び範囲から逸脱することなく、与えられた発明にさらに他の修正を施すことができることは、当業者によって理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【国際調査報告】
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