DE2165539A1

DE2165539A1 - Doppelhetero-diodenlaser auf halbleiterbasis

Info

Publication number: DE2165539A1
Application number: DE19712165539
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Prof Dr Ing Unger
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1971-12-30
Filing date: 1971-12-30
Publication date: 1973-07-05
Also published as: DE2165539B2; DE2165539C3

Description

Doppelhetero-Diodenlaser auf Halbleiterbasis Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem Doppelhetero-Diodenlaser auf Halbleiterbasis als Oszillator, bei dem energiereiche Elektronen von einer n-dotierten Galliumarsenidschicht über eine n-dotierte Galliumaluminiumarsenidschicht und eine p-dotierte Galliumarsenidschicht injiziert werden. Der als aktive Schicht wirkenden p-dotierten Galliumarsenidschicht sind eine p-dotierte Galliumaluminiumarsenidschicht und eine p-dotierte Galliumarsenidschicht angefügt, so dass die injizierten Elektronen durch die Energiebarriere zu der p-dotierten Galliumaluminiumarsenidschicht in der p-dotierten Galliumarsenidschicht konzentriert werden und dort induziert strahlend rekombinieren.
In dem Bericht Panish, Hayashi, Sumski: Double-Heterostructure Injection Lasers with Room-Temperature Thresholds as Low as 2300 A/cm2 Appl. Phys. Letters 16 (1970), 326 - 327, ist ein Laser-Oszillator auf Halbleiterbasis beschrieben, der aus mehreren Schichten unterschiedlichen Haterials und unterschiedlicher Dicke der einzelnen Schichten besteht. Von diesen Schichten ist die p-dotierte Galliumarsenidschicht der aktive Bereich des Oszillators. Wie bereits in dem oben 4 genannten Aufsatz beschrieben ist, ist die Wirkungsweise dieser Anordnung nicht optimal.
Diese Tatsache hat die vorliegende Erfindung aufgegriffen und sich die Aufgabe gestellt, ein Optimum der Wirkung zu finden.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die aktive Schicht aus p-dotierten Galliumarsenid eine Dicke d = (0,1 ... 0,2)A n an hat, wobei die Wellenlänge des erzeugten Laserstrahles und Dn die Differenz der Brechzahlen n von p-dotierter Galliumarsenidschicht und den Galliuaalu-iniwaarsenidschichten ist.
Mit dieser Bemessungsangabe über die Dicke der aktiven Schicht wird die für Grundschwingungsanfachung erforderliche Entdämpfung durch induzierte Emission bei der kleinstmöglichen Stromdichte von injizierten Ladungsträgern erreicht.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Fig. 1 ist der schichtweise Aufbau und in der Fig. 2 das Energiobandmodell dieser Anordnung wiedergegeben.
Bei den in der Fig. 1 dargestellten Ausschnitt eines Querschnitts durch einen schichtweise aufgebauten Laser-Oszillator werden in E, u.zw. in Pfeilrichtung die energiereichen Elektronen injiziert. Mit d ist die Dicke der aktiven Schicht bezeichnet, die aus einer p-dotierten Galliumarsenidschicht besteht. Die Elektronen gelangen nach Durchlaufen der beiden vorgelagerten Schichten, n-dotierten Galliumarsenidschicht und der n-dotierten Galliumaluminiumarsenidschicht an die als aktive Schicht wirkende p-dotierte Galliumarsenidschicht, deren Energiebarriere B zu der angrenzenden p-dotierten Galliumaluminiumarsenidschicht in dem Energiebandmodell der Fig. 2. Diese Energiebarriere können die injizierten Elektronen nicht mehr überwinden. Sie werden in der aktiven Schicht festgehalten bis sie strahlend rekonbinieren. Gleichzeitig haben die angrenzenden Galliumaluniniuaarsenidschichten eine kleinere Brechzahl als die aktive p-dotierte Galliumarsenidschicht, so dass die drei Schichten einen dielektrischen Wellenleiter bilden, der durch optische Totalreflexion Lichtwellen parallel zu den Grenzschichten führt.
Um vorzugsweise in der Grundwelle dieses Wellenleiters eine Schwingung durch induzierte Emission der strahlend rekombinierenden Elektronen anzufachen; muss diese Welle entdämpft werden. Bei- einer bestimmten Konzentration der injizierten Elektronen in der aktiven Schicht wird die Grundwelle um so mehr entdämpft, je dicker die aktive Schicht ist. Ausserdem steigt die Entdämpfung mit der Konzentration der injizierten Elektronen. Auf der anderen Seite muss mit umso höherer Stromdichte injiziert werden, je stärker die Konzentration sein 8oll.
Für Schwingungsanfachung ist eine bestimmte Entdämpfung erforderlich. Diese Mindestentdämpfung wird aufgrund dieser Zusammenhänge bei der kleinstmöglichen Stromdichte der injizierten Elektronen erreicht, wenn die aktive Schicht dick ist. Der Dickenbereich grenzt dabei solche Anordnungen ein, bei denen die Schwellstromdichte noch nicht wesentlich höher als ihr kleinster Wert bei ist. In diesem ganzen Bereich sind die Schwellstromdichten noch so niedrig, dass Dauerstrichbetrieb des Lasers bei Zimmertemperatur zuverlässig und mit langer Lebensdauer möglich wird.

Claims

P a t e n t a n 5 p r u c h

Doppelhetero-Diodenlaser auf Halbleiterbasis als Oszillatort bei dem energiereiche Elektronen einer n-dotierten Galliumarsenidschicht über eine n-dotierte Galliumaluminiumarsenidschicht einer p-dotierten Galliumarsenidschicht zugeführt und dort vor der Energiebarriere zu einer p-dotierten Gal-Iiumaluminiumarsenidschicht festgehalten werden und induziert rekombinieren, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive Schicht aus p-dotiertem Galliumarsenid eine Dicke hat, wobei # die Wellenlänge des erzeugten Laserstrahles und an die Differenz der Brechzahlen n von p-dotierter Galliumarsenidschicht und den Galliumaluminiumarsenidschichten ist.

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