DE2454733C2

DE2454733C2 - Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE2454733C2
Application number: DE2454733A
Authority: DE
Inventors: Basil Wahid Summit N.J. Hakki; Cherng-Jia Palo Alto Calif. Hwang
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1973-11-23
Filing date: 1974-11-19
Publication date: 1984-11-29
Also published as: FR2252676B1; JPS5085287A; DE2454733A1; JPS5733875B2; IT1024852B; NL7415007A; BE822309A; NL181962C; US3838359A; NL181962B; CA1011860A; FR2252676A1; GB1484594A

Description

— die Teilungseinrichtung einen dritten HeteroÜbergang (J 7) aufweist,

— die Dämpfungszone einen um wenigstens etwa 50 meV größeren Bandabstand als die Verstärkungszone

hat,

— wenigstens einer der HeterQübergänge ein pn-Heteroübergang ist,

— die Dotierungskonzentration in der Dämpfungszone ausreichend hoch ist derart, daß in wenigstens einem Teil des Betriebsbereichs, in dem stimulierte Emission erhalten wird, die Majoritätsladungsträger-

konzentration in der Dämpfungszone (16) gleich oder größer als die Elektronenkonzentration in der Verstärkungszone (18) ist, und

— die Dicke d_g der Verstärkungszone die Bedingung

* 32/ij

erfüllt, worin bedeuten

on die Brechungsindexdiskontinuität am dritten HeteroÜbergang (17), λ die Wellenlänge der Laserstrahlung im Vakuum und
n_e der Brechungsindex der Verstärkungszone.

2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

— eine Verstärkungszone (18) aus ALGai-^As und

— eine Dämpfungszone (16) aus AI»Gai_, As,

— mit χ > y > 0.

3. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ond_g ²< 6,2 χ 10-²μΐη².

4. Halbleiterlaser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß

— die Verstärkungszone p-leitend ist,
— die Dämpfungszone p.-leitend isttind

— die Donatorkonzentration in der Dämpfungszone größer oder gleich etwa 2 χ 10¹⁸ cm-³ ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterlaser der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art, wie er aus der DE-OS 22 58 087 bekannt ist.

Zur Gewinnung leistungsstarker Ausgangssignale werden Laser in der Regel gepulst betrieben. Zu diesem Zweck wird der Laser vorzugsweise in einem transversalen Grundmoden betrieben, der definitionsgemäß durch

ein einziges, auf der Resonatorachse zentriertes Intensitätsmaximum und eine im Vergleich zu den Moden höherer Ordnung kleinere Weitfeldwinkeldivergenz bezüglich dieser Achse charakterisiert ist.

Der aus der DE-OS 22 58 087 bekannte Laser weist eine GaAs-AlGaAs Doppelheterostruktur (DH) auf und besitzt einen pn-Homoübergang in solcher Anordnung innerhalb des Wellenleiters, daß eine Verstärkungszone und eine Dämpfungszone definiert sind. Der Wellenleiter ist dabei durch zwei Iso-Heteroübergänge (Hetero-

übergänge mit beidseitig gleichem Leitungstyp) gebildet, die zusammen mit dem pn-Homoübergang eine PpnN-Struktur bilden. Dabei (und im folgenden) bezeichnen die Großbuchstaben P, N Schichten mit größerem Bandabstand als die mit Kleinbuchstaben ρ, η bezeichneten Schichten. Um eine Diskrimination gegenüber Transversalmoden höherer Ordnung senkrecht zur Übergangsebene zu erreichen, wurde bei dem bekannten Laser der HomoÜbergang so angeordnet, daß die Dämpfungszone kleiner war als die Hälfte der Dicke des

Wellenleiters, bei einem optimalen Dickenverhältnis von 0,2 bis 0,4.

Experimente haben jedoch gezeigt, daß der DH-Laser im transversalen Grundmoden nur bei Stromstärken in unmittelbarer Nähe der Schwellenwertstromdichte für stimulierte Emission arbeitete. Das heißt, bei Strömen von mehr als etwa 5% oberhalb der Schwellenwertstromdichte ergaben Beobachtungen ein Schwingen in Moden höherer Ordnung. In meisten Anwendungsfällen wird jedoch zur Erzielung von gepulsten Ausgangssi-

gnalen hoher Leistung ein DH-Laser bei einem Strom betrieben, der etwa das zweifache der Schwellenwertstromdichte oder mehr erreicht. Es ergab sich daher, daß der bekannte DH-Laser zur gleichzeitigen Erzielung von gepulsten Ausgangssignalen hoher Leistung und einer Schwingung nur in einem transversalen Grundmoden ungeeignet ist.

Die experimentellen Untersuchungen an dem bekannten DH-Laser führten zu einem überdenken der zugehörigen Laserstruktur. Als bisher unerkannt gebliebenes Grundproblem ergab sich, daß die Verstärkungs- und Dämpfungszonen nicht nur bei niedrigen Stromdichten, sondern auch bei und oberhalb der Schwellenwertstromdichte für stimulierte Emission definiert werden müssen. Hierbei wurde gefunden, daß der pn-Homoübergang des bekannten DH-Lasers deshalb zur Schaffung einer räumlichen Definition der Verstärkungs und Verlustzonen ungeeignet ist, weil bei und oberhalb der Schwellenwertstromdichte Ladungsträger über den HomoÜbergang in die Dämpfungszone injiziert werden, wodurch deren Dämpfung verringert wird und sich sogar eine Verstärkung ergeben kann.

Um dieses Phänomen besser verständlich zu machen, sei der spezielle Fall eines DH-Lasers der oben erwähnten Art betrachtet, in welchem die Dämpfungszone n-GaAs und die Verstärkungszone p-GaAs ist Diese Zonen sind durch Schichten aus n-AlGaAs bzw. aus p-AlGaAs begrenzt Da die Dämpfungszone gewöhnlich aus leicht dotiertem n-GaAs besteht, liegt ihr Fermi-Niveau unterhalb der Leitungsbandkante. Bei niedrigen Strömen wird der Obergangsstrom vorwiegend durch einen Elektronenfluß in die p-GaAs-Zone gebildet Bei Strömen in der Nähe der Schwellenwertstromdichte beträgt jedoch die Ladungsträgerkonzentration in der Verstärkungszone typischerweise etwa 2 χ 10¹⁸ cm-³. Da Raumladungsneutralität gleiche Anzahl positiver und negativer Ladungen in der Verstärkungszone voraussetzt verschiebt sich das Elektronen-Quasi-Fermi-Niveau in der Verstärkungszone nach oben in das Leitungsband. Unter diesen Umständen fließen Löcher aus der p-GaAs-Verstärkungszone leicht in die n-GaAs-Dämpfungszone in solchem Umfang, daß sowohl der Quantenwirkungsgrad der Vorrichtung als auch die Dämpfung in der Dämpfung in der Dämpfungszone verringert werden. Diese Löcherinjektion kann die Dämpfung in der Dämphmgszone sogar in eine Verstärkung umkehren, da die Dämpfungszone nominell halb so dick wie die Verstärkungszone ist und daher etwa die Hälfte der Stromdichte zur Besetzungsumkehr benötigt Der zuletzt genannte Effekt eliminiert tatsächlich die angestrebte Grundmodenselektivität der Struktur, d. h. eine Diskrimination gegenüber höherer Ordnung ist nicht mehr gegeben.

Aus den DE-OSen 22 36 410 und 21 65 006 sind sogenannte Doppel-Doppelheterostrukturen mit vier HeteroÜbergängen bekannt von denen die beiden inneren im Sinne einer elektrischen Ladungsträgereingrenzung und die beiden äußeren im Sinne einer optischen Strahlungseingrenzung wirksam sind. Insbesondere ist dabei nach der erstgenannten DE-OS die Verstärkungszone zwischen den beiden inneren HeteroÜbergängen auf eine, dem Knoten des zweitniedrigsten Mode entsprechende kleine Zone eingegrenzt, so daß eine Koppelung zwischen Löcher/Elektronen-Rekombination und dem zweitniedrigsten Mode im Vergleich zur Kopplung mit dem niedrigsten Mode verringert und damit der zweitn^;edrigste Mode unterdrückt wird. Soweit bei den bekannten Lasern optische Dämpfung zur Unterdrückung von Moden höherer Ordnung beiträgt, findet dieses in den Wellenleitermantelschichten statt, die außerhalb der HeteroÜbergänge liegen. Gezielt dämpfungsbehaftete Zonen sind innerhalb der bekannten Wellenleiterstrukturen nicht vorgesehen.

Applied Physics Letters 17 (1970)499—502 beschreibt einen Halbleiterlaser mit sogenannter LOC-Struktur. Bei diesem Lasertyp ist die aktive Zone von einem Ladungsträger eingrenzenden HeteroÜbergang und einem pn-Homoübergang flankiert. Ein weiterer HeteroÜbergang findet sich auf der dem ersten HeteroÜbergang abgewandten Seite des Pn-Homoübergangs in einem Abstand, der groß gegen die freie Weglänge der Ladungsträger ist. Dieser HeteroÜbergang hat keine elektrische, sondern nur optische Funktion und bildet mit dem anderen HeteroÜbergang einen großen optischen Resonator, die LOC-Struktur (large optical cavity). Dämpfungszonen innerhalb des Resonators sind diesem Lasertyp fremd.

Es verbleibt also nach wie vor die Aufgabe zu lösen, eine Grundmodenselektivität, also eine Unterdrückung von Moden höherer Ordnung auch bei Ausgangssignalen hoher Leistung zu realisieren.

Diese Aufgabe wird für den vorausgesetzten Halbleiterlaser mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst und mit jenen der Unteransprüche vorteilhaft weitergebildet.

Die Bedingung, daß in wenigstens einem Teil des Betriebsbereichs, in dem stimulierte Emission erhalten wird. die Majoritätsladungsträgerkonzentration in der Dämpfungszone gleich der oder größer als die Elektronenkorzentration in der Verstärkungszone gemacht sein muß verschiebt das Majoritätsladungsträger-Fermi-Niveau in der Dämpfungszone an eine Stelle oberhalb der Leitungsbandkante (n-Ieitende Dämpfungszone) oder unterhalb der Valenzbandkante (p-leitende Dämpfungszone), und zwar um ein Maß, das gleich demjenigen oder größer als dasjenige für stimulierte Emission ist Diese Bemessungsregel verhindert teilweise den »Rückfluß« (d. h. die Injektion) von Minoritätsladungsträger aus der Verstärkungszone in die Dämpfungszone. Die Bildung des dritten HeteroÜberganges an der Grenzfläche zwischen der Verstärkungszone und der Dämpfungszone verhindert ebenfalls einen derartigen Rückfluß. Generell muß die dem dritten HeteroÜbergang zugeordnete Barriere (Potentialschwelle) wenigstens etwa 2 kT, c\ h. 50 meV sein, um den Ladungsträgerrückfluß aus der Verstärkungszone in die Dämpfungszone zu verringern. Andererseits darf die dem dritten HeteroÜbergang zugeordnete Brechungsindexdiskontinuität nicht so groß sein, daß eine Anregung eines Moden höherer Ordnung in der Verstärkungszone erfolgt. Um zu gewährleisten, daß ein Transversalmode erster Ordnung und demgemäß Moden höherer Ordnung in der einen asymmetrischen Wellenleiter bildenden Verstärkungszone nicht angeregt werden, muss die folgende, durch Lösung des dem asymmetrischen Wellenleiter zugeordneten Grenzwertproblems abgeleitete Bedingung erfüllt sein:

wobei b5

λ die Wellenlänge der Laserstrahlung im Vakuum und
n_f der Brechungsindex der Verstärkungszone ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand von Zeichnungen im einzelnen beschrieben; es zeigen

F i g. 1 einen N-n'-p-P DH-Lascr als erstes Ausführur.gsbeispiel,
F i g. 2 eine N-n-p'-P Struktur als zweites Aiisführungsbeispiel,
F i g. 3 eine N-n'-n-P Struktur als drittes Aiisführungsbeispiel und
F i g. 4 eine N-p-p'-P Struktur als viertes Ausführungsbeispiel,

In Fig. 1 ist eine Schemaansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des vorliegenden DH-Lasers 10 gezeigt. Bei dem Laser 10 sind auf einem Substrat 12 des einen Leitungstyps die folgenden Schichten in der angegebenen Reihenfolge aufgebaut: Eine Schicht 14 mit breitem Bandabstand, zwei Schichten 16 und 18 mit schmalerem Bandabsland, eine Schicht 20 mit breitem Bandiibstand und eine Kontuktierungsschicht 22 desselben Leitungstyps wie die Schicht 20. Die Schicht 22 ist nicht zwingend und wird je nach Schwierigkeit eines direkten elektrischen Kontakts zur Schicht 20 verwendet. Elektrische Kontakte 24 und 26 sind an den freiliegenden Hauptflächen des Substrats 12 bzw. der Schicht 22 ausgebildet. Ein oder mehrere Kühlkörper (nicht dargestellt) können mit einem (oder beiden) Kontakt thermisch gekoppelt sein, um Wärme in bekannter Weise von der r> Vorrichtung abzuleiten.

Allgemein wird die Doppelheierostruktur durch die Schichten 14, 16, 18 und 20 definiert. Von den vier Schichten haben die Schichten 14 und 20 die breitesten Bandabstände (untereinander brauchen diese jedoch nicht notwendigerweise gleich sein). Die Schichten 16 und 18 haben schmalere Bandabstände, wobei diese Bandabstände in der Regel nicht gleich sind. Diese Schichten bilden drei HeteroÜbergänge 15, 17 und 19 an den jeweiligen Grenzflächen zwischen den Schichten 14 und 16, den Schichten 16 und 18 bzw. den Schichten 18 und 20. Wenigstens einer der HeteroÜbergänge ist ein pn-Heteroübergang, während die anderen Iso-Heteroübergänge sind. Die Heteroübergänge 15 und 19 definieren einen optischen Wellenleiter. Generell können die Leitungstypen der Schichten 14, 16, 18 und 20 entweder N-n'-p-P (Fig. I), N-n-p'-P (Fi g. 2), N-n'-n-P (Fig. 3) oder N-p-p'P (F i g. 4) sein, wobei der Strichindex (wie auch im folgenden) die Bedeutung hat, daß die betreffende mit dem Strich versehene Schicht einen größeren Bandabstand hat als eine Schicht gleicher Buchstabenart ohne Strich. Die aktive Zone des Lasers, in der durch strahlende Rekombination von Elektronen und Löchern Strahlung in Form des Strahlenbündels 36 erzeugt wird, ist diejenige der Schichten (16 oder 18) schmaleren Bandabstands, welche dem pn-Heteroübergang benachbart ist (d. h.die Schicht 18 in Fig. 1, die Schicht 16.2 in F i g. 2, die Schicht 18.3 in F i g. 3 und die Schicht 16.4 in F i g. 4).

jo Die Struktur ist längs paralleler Oberflächen 28 und 30 optisch plan gespalten oder poliert worden. Diese Oberflächen bilden einen optischen Resonator, der gepulste Laserschwingungen aufrechterhält, wenn die Struktur beispielsweise durch eine Batterie 32 in Durchlassrichung vorgespannt ist und Stromimpulse oberhalb des Schwellenwerts für stimulierte Emission von einer Impulsquelle 31 zugeführt werden. Wahlweise kann ein Antireflexbelag 34 auf der Oberfläche 28 angeordnet werden, um ein Ausgangsstrahlbündel (nicht gezeigt) zu erzeugen, welches aus der Schicht 18 und durch die Oberfläche 28 austritt. Selbstverständlich tritt ein anderes Ausgangsstrahlbündel 36 niedrigerer Leistung durch die Oberfläche 30 aus. Zusätzlich kann eine Streifenkontaktgeometrie derart gebildet werden, daß die zwischen den HeteroÜbergängen 15 und 19 übertragene Strahlung seitlich auf eine Zone 38 begrenzt ist. wodurch eine Schwingungsbegrenzung auf den transversalen Grundmoden parallel zur Übergangsebene erfolgt.

Die Art. in der die DH-Laserschwingung auf den transversalen Grundmoden senkrecht zur Übergangsebene beschränkt wird, läßt sich wie folgt verständlich machen, wobei zweckmäßigerweise auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 Bezug genommen wird. Der Ausdruck »Mode« bedeutet im folgenden einen Transversalmoden senkrecht zur Übergangsebene. Die Dicke d_f der durch die Schicht 18 definierten Verstärkungszone ist größer als die Hälfte der Abstands t zwischen den einen optischen Wellenleiter definierenden Heteroübergängen 15 und 19 gemacht. Bei einem Ausführungsbeispiel ist (J₁. auf etwa 2/3 von t eingestellt, d. h. die Verstärkungszone hat etwa die zweifache Dicke wie die durch die Schicht 16 definierte Dämpfungszone. Es sei hier bemerkt, daß die eingangs erörterte bekannte DH-Laser-Konfiguration einen HomoÜbergang an der Grenzfläche 17 benutzte, wobei die Dickenbeziehung von Verstärkungs- und Dämpfungszene als zum Unterdrücken von Transversalmoden höherer Ordnung geeignet angenommen wurde; d. h.. Moden höherer Ordnung, die ein oder mehrere Intensitätsmaxima in der Dämpfungszone haben, würden dadurch unterdrückt, während der Grundmode ein einziges Maximum in der Verstärkungszone haben und damit begünstigt würde. Wie oben im einzelnen erläutert wurde, hat sich jedoch gezeigt, daß die bekannte Vorrichtung bei praktisch interessierenden Stromstärken oberhalb des Schwellenwerts versagt, Transversalmoden höherer Ordnung angemessen zu unterdrücken. Demgegenüber wurde gefunden, daß die folgenden charakteristischen Merkmale im Sinne einer geeigneten Unterdrückung von Moden höherer Ordnung und demgemäß eines Betriebs im Grundmoden bei praktikablen Strompegeln wirksam sind. Als erstes wird die Majoritätsträgerkonzentration in der Dämpfungszone (Schicht 16) wenigstens gleich der Elektronenkonzentration in der Verstärkungszone (Schicht 18) unter den Bedingungen stimulierten Emission gemacht. Als zweites wird die Dämpfungszone aus einem Material mit breiterem Bandabstand hergestellt als die Verstärkungszone, um einen pn-Heteroübergang 17 an der Grenzfläche zwischen den bo Verstärkungs- und Dämpfungszonen zu bilden. Die dem HeteroÜbergang 17 zugeordnete Barriere soll so groß gemacht werden (wenigstens etwa 2kt), daß verhindert wird, daß Minoritätsladungsträger aus der Verstärkungszone in die Dämpfungszone injiziert werden. Andererseits soll dabei der der Barriere zugeordnete Brechungsindexsprung nicht so groß werden, daß ein Mode höherer Ordnung in der Verstärkungszone angeregt wird. Um zu gewährleisten, daß nicht ein Mode erster Ordnung und demgemäß Moden höherer Ordnungen in der Verstärkungszone angeregt werden, wird daher drittens die folgende Ungleichung erfüllt

JiL

(D

wobei

die Wellenlänge der Laserstrahlung im Vakuum und
der Brechungsindex der Verstärkungszone und
der Brechungsindexsprung am HeteroÜbergang ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die verschiedenen Schichten des DH-Lasers aus einem Mischkristall-Halbleitersystem (ζ. B. GaAs-AIGaAs) hergestellt, das Gitteranpassung für alle zu verwendenden Zusammensetzungen liefert. Beispielsweise bestehen die Schichten 12 (Substrat). 14, 16, 18, 20 und 22 aus n-GaAs, N-Al,Ga ι _, As, n'-Al_vGai_,As(x < v), p-Al,Ga ι-,As (.κ < ν), P-AtGa ι __/As(z>y) bzw. p-GaAs. Selbstverständlich kann der Leitungstyp jeder Schicht in bekannter Weise umgekehrt werden, um eine komplementäre Vorrichtung bei Benutzung eines p-leitenden Substrats zu schaffen. Bei einem Beispiel eines DH-Lasers 10, der durch Flüssigphasenepitaxie gezüchtet ist, weist die Struktur die in der folgenden Tabelle angegebenen Parameter auf.

Schicht

Dicke

Zusammensetzung

12(Substrat)

16(Dämpfung) 18 (Verstärkung)

2,0 μηι 0,8 μίτι

1,5 μιτι 2,0 μ m

n-GaAs :Si 3 χ 10¹⁸Cm-¹, < 100>
N-Al_(UGao.₇As:Te3x 10¹⁷Cm--¹
n'-Alo.(MGa_o.%As:Te3x 10¹⁸cm-^J
P-GaAs :Ge 4 xlO¹⁷ cm->
P-AI„jGao7As:Ge4 χ 10^l7cm-^J
P-GaAs :Ge 2 χ 10¹⁸cm-^J

Die Gesamtabmessungen des Lasers betrugen bei einem praktischen Ausführungsbeispiel angenähert 250 μΐη (Breite),380 μπι (Länge) und 100 μιη (Dicke).

Daß der obige DH-Laser die angegebenen Bedingungen erfüllt, läßt sich wie folgt zeigen. Als erstes ist die Donatorkcnzentration in der Dämpfungszone (Schicht 16) 3 χ ΙΟ¹⁸ cm~^J und übersteigt die Elektronenkonzentration von etwa 2 χ 10^l8cm-^J in der Verstärkungszone unter den Bedingungen stimulierter Emission. Als zweites übersteigt der Bandabstand in der Dämpfungszone denjenigen in der Verstärkungszone, da der Molanteil von Aluminium in der Dämpfungszone (x=0,04) größer als derjenige in der Verstärkungszone (y=0) ist. Da drittens die Verstärkungszone GaAs,/? = 0,89 μηι und /^. = 3,59, reduziert sich die Ungleichung (1) auf

ond_f ² < 6.2 · ΙΟ-*μπι²

(2)

Unter Benutzung der von J. K. Butler und H. Kressel im Journal of Applied Physics, Band 43, Seite 3403 (1972) veröffentlichten Ergebnisse, daß rfn«0.4\x ist, wird die folgende Ungleichung gewonnen:

xd/ < 15- 10-²μηι²

(3)

Bei obigem DH-Laser gilt: x=0,04 und 0^=1,6 μιη. sodaßx^.² = iO.2x 10-²μιη², wodurch die Ungleichung (3) erfüllt ist Es ist zu beachten, daß die Dicke der Verstärkungszone (1,6 μπι) zweimal so groß wie diejenige der Dämpfungszone (0,8 μπι) ist, so daß sich eine nahezu optimale Unterdrückung von Harmonischen ergibt. Schließlich bewirkt χ=0,04 in der Dämpfungszone eine Vergrößerung des Bandabstands von etwa 50 meV. (Jeder Mol% von Aluminium vergrößert bekanntlich den Bandabstand um 12meV, sofern χ kleiner als 0,35—0,40 ist, also unterhalb des Grundwertes bleibt, ab dem AlGaAs zu einem Halbleiter mit indirektem Bandabstand wird.) Dieser vergrößerte Bandabstand bildet eine Löcher-Barriere von etwa 2 kT, die zur Aufrechterhaltung der Dämpfung in der Dämpfungszone angemessen ist, d. h. eine Löcherinjektion in die Dämpfungszone bei Strömen von praktischem Interesse verhindert.

Dieser DH-Laser kann eine Streifenkontaktbreite S von etwa 12 μιη haben, wobei die Streifenkontaktbreite durch Protonenbeschuß von Zonen 40 über die Länge des Lasers (etwa 380 μιη) definiert wird. Bei Vorrichtungen mit diesen Parametern betrug der Schwellenwert für stimulierte Emission typischerweise etwa 0,7 A stimulierte Emission begann im transversalen Grundmoden senkrecht zur Obergangsebene und wurde in diesem Moden bis zu einem Strom fortgesetzt, der in Abhängigkeit von der speziellen Vorrichtungsausführung zwischen 1,5 und 2,0 A (d. h. etwa dem zwei- bis dreifachen Schwellenwert) schwankte.

Der Maximalstrom, bei dem der DH-Laser im transversalen Grundmoden betrieben werden kann, hängt teilweise von der Homogenität des Materials ab. Wenn der Wellenleiter und das Medium perfekt homogen sind; sollte der Laser im Grundmoden arbeiten, bis eine Zerstörung an den Spiegeln auftritt, d, h. bei einer optischen Leistungsdichte von etwa 5 χ 10⁶W cm-². In der Praxis ist der Maximalstrom bei vorherrschendem Grundmodenbetrieb durch Materialunregelmäßigkeiten beschränkt Diese Unregelmäßigkeiten koppeln entweder Leistung aus einem Moden in einen anderen oder ändern die örtliche Verstärkungsverteilung innerhalb des Wellenleiters, was zur Anregung von Moden höherer Ordnungen führt Im Regelfall erzeugten Laser bis zu 200 bis 300 mW gepulster Spitzenleistung aus einer Stirnfläche im Grundmoden, wenn sie aus der Quelle 31 durch

100 nsec Impulse getrieben wurden.

Eine zusätzliche Unterdrückung von Moden höherer Ordnung sowie höhere Ausgangsleistungen können dadurch erreicht werden, daß ein mehrschichtiger Antireflexbelag benutzt wird. Im einzelnen wurde durch Verwendung eines ZnS-A^Ch Antireflexbelags 34 auf dem zuvor beschriebenen GaAs-AlGaAs DH-Laser die Reinheit des Grundmoden verbessert (> 93%) und eine gepulste Spitzenleistung von 750 mW im den Antireflexbelag 34 passierenden Ausgangsstrahlenbündel (nicht gezeigt) erreicht. Die Dicke der ZnS-Schicht, welche die innerste war, betrug etwa 43,2 nm, und die Dicke der außen gelegenen A^Ch-Schicht betrug etwa 110,5 nm. Solche Ausgangssignale sind beispielsweise für mikrographische Systeme geeignet. Außerdem wurden bis zu 36 mW mittlerer Leistung bei Tastverhältnissen von angenähert 10% erzielt.

ίο Soweit hier die chemische Formel AIGaAs verwendet worden ist, wird vorausgesetzt, daß auch andere Elemente der Gruppe IH (a) und/oder der Gruppe V (a) des Periodischen Systems eingesetzt werden können.

um Mischkristalle in der Art von beispielsweise AlGaAsP zu bilden. Das zuletzt genannte Material ist besonders brauchbar zur Reduktion von Spannungen und Versetzungen in Mehrschichtstrukturen.

Außerdem können sich die Leitungstypen und Bandabstände der die Doppelheterostruktur definierenden Schichten 14,16,18 und 20 ändern, und zwar in Abhängigkeit von dem speziellen Aufbau des zur Erzielung eines transversalen Grundmodenbetriebs und einer hohen gepulsten Leistung verwendeten Halbleiterkörpers. F i g. 2 zeigt eine N-n-p'-P Struktur, bei der die n-Al«Gai_,As Schicht ib.2 die Verstärkungszone ist, die p'-Ai_,Gai-,As Schicht 18.2 (y>x) die Dämpfungszone ist und der pn-Heteroübergang an der Grenzfläche 17.2 gebildet ist. Andererseits zeigt Fig.3 eine N-n'-n-P Struktur, bei der die n'-AI,Gai_«As Schicht 16.3 die Dämpfungszone ist,die n-ALGai-^As Schicht 18.4 (y< x) die Verstärkungszone ist und der pn-Heteroübergang an der Grenzfläche 19.3 gebildet ist. In ähnlicher Weise zeigt Fig.4 eine N-p-p'-P Struktur, bei der die p-AI<Gai_xAs Schicht 16.4 die Verstärkungszone ist, die p'-Al,Gai__yAs Schicht 18.4 die Dämpfungszone ist und der pn-Heteroübergang an der Grenzfläche 15.4 gebildet ist. Die Bauelemente gemäß den F i g. 1 und 4 arbeiten in erster Linie auf der Grundlage einer Elektroneninjektion in die Verstärkungszone, während die Bauelemente gemäß den F i g. 2 und 3 in erster Linie auf der Grundlage einer Löcherinjektion betrieben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Halbleiterlaser mit zwei, einen optischen Wellenleiter bildenden HeteroÜbergängen (15,19) und einer zwischen den beiden HeteroÜbergängen gelegenen Einrichtung zum Unterteilen des Wellenleiters in zwei benachbarte Zonen, von denen unter Bedingungen für stimulierte Emission die eine eine Dämpfungszone (16) und die andere eine Verstärkungszone (18) darstellt, wobei die Verstärkungszone dicker als die Dämpfungszone ist, dadurch gekennzeichnet, daß