DE2643503A1

DE2643503A1 - Injektionslaser

Info

Publication number: DE2643503A1
Application number: DE19762643503
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka Furukawa; Hitoshi Kawaguchi
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1975-10-07
Filing date: 1976-09-28
Publication date: 1977-04-14
Also published as: DE2643503C3; GB1557061A; JPS5245296A; CA1072666A; DE2643503B2; FR2327657A1; FR2327657B1; US4128815A

Description

München, den

₂9/0l0

Nippon Telegraph and Telephone Public Corp., Tokyo / Japan

Injektionslaser

Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektionslaser zur Lichterzeugung in einem einzigen Transversalmodus, der mittels eines optischen Wellenleiters steuerbar ist.

Halbleiterlaser mit doppelter HeteroStruktur aus GaAs - Al Ga,_„As sind bemerkenswert, weil sie bei Zimmertemperatur im Dauerbetrieb erregt werden können. Deshalb kommen sie mit der Verbesserung ihrer Lebensdauer zunehmend in Gebrauch. Wenn man soihe Diodenlaser als Lichtquelle für optische Nachrichtenverbindungen unter Verwendung einer Faseroptik mit einem einzigen Ausbreitungsmodus einsetzen will, muß die Breite des Emissionsspektrums gering sein, damit die Pulsverbreiterung durch die Dispersion des Fasermaterials verringert wird; ferner ist die Stabilisierung eines einzigen Longitudinalmodus erforderlich. Wenn eine Kopplung mit der Faseroptik in Betracht gezogen wird, empfiehlt sich die Anregung des Diodenlasers im Transversalmodus, damit überall nur ein einziger Modus vorherrscht.

Durch die Einführung der doppelten Kterostruktur konnte eine stabile Schwingung im transversalen Grundmodus in Richtung vertikal zum ρ - η-Übergang (y-Richtung) erhalten werden; hinsichtlich des Transversalmodus in Richtung parallel zum ρ - n-Übergang (x-Richtung) konnten aber bisher keine zufrieden-

Dr.Hk/Me

709815/0794

stellenden Eigenschaften erzielt werden. Ein allgemeines Verfahren, um den Transversalmoäus in der zu diesem ρ - n-übergang parallelen Richtung als einzigen anzuregen, besteht darin, einen Pumpstrom in Form eines Streifens von etwa 10^m Breite im Schwingbereich fließen zu lassen. Ein solcher sog. Streifenlaser wurde in einem Artikel mit dem Titel "Mesa-Stripe-Geometry Double-Heterostructure Injection Lasers" von T. Tsukada et al in IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. QE - 9, Nr. 2, Februar 1973, Seite 356 - 361 vorgeschlagen. Diese Ausbildung zeigt einen sog. Ims-Laser Clow mesa stripe laser), bei dem die verschiedenen Epitaxialschichten rechts und links von dem streifenförmigen Mesabereich bis unmittelbar oberhalb der aktiven Schicht weggeätet sind und ein elektrischer Strom allein durch den Measbereich fließt. Durch diese übung verringert sich die Stromausbreitung, die Schwingung wird nur in der aktiven Schicht unmittelbar unterhalb des Mesastreifens stimuliert und in der Nähe der Schwellenstromstärke tritt nur der niedrigste Transversalmodus auf. Bei höheren Betriebsstromstärken erhält man aber auch Schwingungen in höheren Transversalmoden, so daß keine stabilen Eigenschaften erzielt werden können.

In der US-PS 3 883 821 wurde ein Injektionslaser mit doppelter HeteroStruktur vorgeschlagen, bei dem ein Teil der aktiven Schicht in Form eines Streifens verdickt ist, um so einen optischen Wellenleiter zu bilden. Es hat sich aber herausgestellt, daß bei diesem Laser durch die Bearbeitung der aktiven Schicht die Lebensdauer ungünstig beeinflußt wird und daß infolge der Stromausbreitung unter der Elektrode die Schwellenstromstärke erhöht wird.

Die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebene Erfindung hat die Aufgabe, durch einfache Maßnahmen einen Injektionslaser der aus der erstgenannten Vorveröffentlichung bekannten Art in seinen wesentlichen Eigenschaften zu verbessern, nämlich insbesondere hinsichtlich der Abhängigkeit der Moden von Stromstärke-

änderungen, der Ausgangsleistung und der Lebensdauer.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Lichterzeugung in einem einzigen Transversalmodus in einem weiten Stromstärken bereich erzwungen werden kann, wenn zwischen den Brechungsindiees der verschiedenen epitaktischen Schichten bestimmte Beziehungen eingehalten werden. Wenn man die Brechungsindices der aktiven Schicht mit n,, der sie überdeckenden Pufferschicht mit n₂f der unter der aktiven Schicht befindlichen Sperrschicht mit n₃ und der streifenförmigen Mesaschicht mit n₆ bezeichnet, sollen erfindungsgemäß folgende Beziehungen gelten:

und

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert. Hierin sind

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Injektionslasers,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines dem Gebilde nach Fig. 1 äquivalenten optischen Wellenleiters,

Fig. 3 ein Diagramm der Beziehungen zwischen der Dicke

der Pufferschicht und der maximalen Wellenleiterbreite für Einfachmodenbetrieb,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lasers,

Fig. 5A-5G Darstellungen verschiedener Zwischenstufen der Herstellung dieses Lasers und

709815/0794

Fig. 6Ά u. 6B, Diagramme der Transversalmoduseigenschaften des sowie 7A U.7B Lasers nach Fig. 4 für verschiedene Betriebsstromstärken, wobei sich Fig. 6A und 6B auf das Nahfeld und 7A und 7B auf das Fernfeld beziehen.

Gemäß Fig. 1 ist auf der einen Seite einer aktiven Halbleiterschicht 1 vom p-Typ mit dem Brechungsindex n., die als optischer Wellenleiter wirkt, eine Pufferschicht 2 vom p-Typ mit dem Brechungsindex n₂ vorgesehen. Auf der Pufferschicht 2 befindet sich eine streifenförmige Halbleiterschicht 6 vom p-Typ mit dem Brechungsindex ng, die den Modus bestimmt. Die Schicht 6 ist mit einer zur Kontaktierung dienenden Deckschicht 8 vom ρ -Typ versehen, die ihrerseits einen ohmschen Kontakt IO trägt. Auf der anderen Seite der aktiven Schicht 1 befindet sich eine optische Sperrschicht 3 vom η-Typ mit dem Brechungsindex η,» die auf ein Substrat 7 vom η-Typ aufgewachsen ist. An dem Substrat 7 ist ein ohmscher Kontakt 9 ausgebildet. Ein optischer Resonator wird durch einander gegenüberliegende parallele Spaltflächen gebildet. Wenn der Brechungsindex der an die Pufferschicht 2 und die Modensteuerschicht 6 angrenzenden Luft 11 mit η., bezeichnet wird, ist n,^ =1. Zwischen den verschiedenen Brechungsindices sollen dann folgende Beziehungen gelten:

^S6 ^ ⁿ2 ^<
nl
n₃< H₁

Um die Eigenschaften des in dem beschriebenen Laser ausgebildeten optischen Wellenleiters klarzustellen, soll die näherungsweise äquivalente Anordnung der Fig. 2 betrachtet werden. Die optische Sperrschicht 3 und die Pufferschicht 2 wirken stark dämpfend auf das Licht, so daß das Substrat 7 und die Kontaktierungsschicht 8 der Anordnung nach Fig. 1 keinen wesentlichen optischen

Einfluß ausüben. Die Ausbreitungseigenschaften des optischen Wellenleiters nach Fig. 2 können näherungsweise nach einem Verfahren der äquivalenten Brechungsindexdifferenz berechnet werden, das in einem Artikel mit dem Titel "Novel Optical Waveguide for Integrated Optics" in "Applied Optics" JL3 (1974) VoI 13, 1974, Seite 322 in Anwendung auf dielektrische optische Wellenleiter beschrieben ist.

Hierzu «lenkt man sich den optischen Wellenleiter 1 in Fig. 2 in eine Region A und zwei Regionen B unterteilt. Die Region A ist der Teil unterhalb der streifenförmigen Modensteuerschicht und die Regionen B sind die Teile unterhalb der Luft mit dem Brechungsindez n., = 1. Die Dicke des optischen Wellenleiters sei b , diejenige der Pufferschicht 2 d und die Breite der streifenförmigen Schicht _a. Die Dicke b des optischen Wellenleiters ist so gering (z.B. 0,2 bis 0,5 um) im Vergleich zur Streifenbreite a (z.B. 5 bis 10^m) , daß die Apertur als rechteckig angesehen werden kann. In diesem Falle kann der Modus in die Richtungen χ und y aufgeteilt werden. Wenn die Ausbreitungskonstanten ß und ß der Regionen A und B betrachtet werden, kann der Modus als TE-Modus behandelt werden.

ß_ ist die Ausbreitungskonstante eines flächenhaften optischen Wellenleiters mit vier Schichten in der Reihenfolge der Brechungs· indices n₃ - n, - n₂ - n,, während ß„ die Ausbreitungskonstante eines vierschichtigen flächenhaften Wellenleiters mit der Indexreihenfolge n- - n, - n, - n,, ist.

Die jeweiligen Ausbreitungskonstanten lassen sich durch die Einführung der Grenzbedingungen in die folgenden Maxwellschen Gleichungen bestimmen: _o„

■η χ η = t η at

hierin sind £, und jm die Elektrizitätskonstante und Permeabilität des Vakuums und η der Brechungsindex eines Mediums. Da die Abmessungen in Richtung χ als unendlich angesehen werden können, kann man ⁹/äx * 0 setzen und erhält

7Q9815/0734

-1^_η2(η_Ί2 - n^2) _ _χ

(2)

ν -1 Ao² (ηΐ² - n?y b χ δ _Β = tan / ^2 - 1

Ao²(ηΐ² - nil²)

hierin sind m^ = 0, 1, 2, . „ _a . _o und mg =

0, 1,. 2, .„.«,.. die Ordnungszahlen der Moden.

Ferner 77_A = (S4) ^{X + T}A ^ - (^B) ¹^ ^{+ T}B Ferner , q_A ^ ^; 1 - T_A ^ ^ V₁^ l - _Tß

_ ^6 - 2A _e25_2A xd ^A ^6 ⁺ ^"2A

CT₂B

70981S/O794

JO

Die Werte, die man durch Normieren von ß_A und ß„ mit der Ausbreitungskonstante k einer ebenen Welle in Luft erhält, sollen mit n, und n_ß bezeichnet werden:

^ßA ^ßB

ⁿA ⁼ TT ^{und n}B * IT ο ο

Wenn so die Ausbreitungskonstantal in den Regionen A und B verschieden sind, tritt an der Grenzfläche eine Reflexion auf. Die Reflexion zwischen den Grenzflächen A und B kann in Richtung y als gleichmäßig angesehen werden. Der Brechungsindex der Region A kann dann mit n, gleichgesetzt werden und der Brechungsindex der Region B ergibt sich zu

ⁿe ⁼v/ⁿl² " ⁿA^{2 + n}B²"

I 2 2

η, -n„ / η_Λ - n_c

(4)

η ΊΓ, ^λ "V¹

In einem optischen Wellenleiter mit einer solchen Brechungsindexdifferenz ergibt sich aus den Maxwellschen Gleichungen die Grenzbreite a. für den m-ten Modus zu

m max
wenn m = 1, gilt

^al max

^ko

^ χ/2 Δη

hierbei ist X die Wellenlänge des sich im freien Raum ausbreitenden Lichtes, n, ist der Brechungsindex der ersten Halbleiterschicht und bxi eine äquivalente spezifische Brechungsindexdifferenz .

709815/0794

Wenn also die Breite a des Streifens 6 geringer als a__„ gemäß

■■· Iu ei X

der Formal (5) ist, stellt der optische Wellenleiter einen Einfachwellenleiter dar, der nur die Fortpflanzung des Grundmodus zuläßt.

Die äquivalente Brechungsindexdifferenz η ändert sich mit der Dicke d und dem Brechungsindex n₂ der Pufferschicht 2, der Dicke b des optischen Wellenleiters 1 und dem Brechungsindex n_g des modesteuernden Streifens 6. Diese Verhältnisse sind in Fig. 3 dargestellt.

Die Kurven der Fig. 3 wurden an folgendem Ausführungsbeispiel gewonnen:

Optischer Wellenleiter 1 : GaAs, n, = 3,

62

Pufferschicht 2 : Al- ~Ga_ „As, n_o = 3,48

KJ f /L U, Ο ί

Optische Sperrschicht 3 : Al_{Q 3}Ga_{Q ?}As, n_ = 3,41

Hodensteuernde Schicht 6 : Al Ga, As

wobei, für y = 0,4, n_ß = 3,35 und

für y = 0,5, n₆ = 3,29

Luft 11 : n,^ - 1

In Fig. 3 sind die Dicke d der Pufferschicht 2 auf der Abszisse und die höchstzulässige Breite a^ des optischen Wellenleiters für einen einfachen Modus auf der Ordinate aufgetragen. Als Parameter ist die Breite b der aktiven Schicht 1 für vier verschiedene Werte b = 0,2 bis 0,5yLtm gewählt und zwar gelten die ausgezogenen Linien für einVAluminiumgehalt y = 0,4 in der Zusammensetzung Al Ga, _ As der Modussteuerschicht 6, während die gebrochenen Linien für den Fall y = 0,5 gelten. Es sei bemerkt, daß dieses Diagramm den E -Modus bei einer Emissionswellenlänge = 0,85^um des Injektionslasers darstellt.

700815/0734

Das Diagramm zeigt, daß z.B. für die Dicke b = 0,3^m des optischen Wellenleiters 1 und die Dicke d = 0,4xcm der Pufferschicht 2 nur der Grundmodus fortpflanzungsfähig ist, wenn die Breite des optischen Wellenleiters a < etwa 8^m-Um die 'Betriebsstromstärke des Injektionslasers zu verringern, muß man im allgemeinen die Dicke des optischen Wellenleiters 1 auf etwa 0, 2 bis 0,5 mm herabsetzen. Deshalb wäre ohne die Verwendung der Pufferschicht 2 der Lichtverlust auf dem optischen Wellenleiter 1 so stark, daß für den lms-Laser der eingangs erwähnten Art fl = 0 in Fig. 3)die Differenz zwischen ß_A und ß_ß groß würde und die äquivalente spezifische Brechungsindexdifferenz Δη etwa 3 χ 10 betragen würde. Um gemäß Formel (4) einen optischen Wellenleiter für Einfachmodusbetrieb zu bilden, müßte in diesem Falle die Breite des optischen Wellenleiters zu etwa Ιμτα gewählt werden; dies würde zu erheblichen Herstellungsund Betriebsschwierigkeiten führen.

Wenn dagegen die Dicke d der Pufferschicht 2 vergrößert wird, kann auch die Breite a des optischen Wellenleiters 1 erhöht werden, wie aus Fig. 3 hervorgeht. In diesem Falle wird allerdings, wie Formel (4) zeigt, die äquivalente Brechungsindexdifferenz geringer, die Wellenleiterwirkung nimmt ab und der Modus wird infolge der mangelnden Gleichmäßigkeit der epitaktischen Schicht und der Stromdichteschwankungen instabil. AlI-

von gemein werden die Moduseigenschaften so starkVDickeschwankungen der Pufferschicht beeinflußt, daß die Dicke derselben während des Aufwachsens des eptaktischen Films aus der flüssigen Phase genauestens geregelt werden muß.

In Anbetracht der Modusstabilität und der Betriebserleichterung empfiehlt es sich, die Dicke des optischen Wellenleiters zu 0,2 bis 0,5^m, die Dicke der Pufferschicht 2 ebenfalls zu 0,2 bis 0,5,Um und die Breite a des optischen Wellenleiters etwa zu 3 bis 8^m zu wählen. Als besonders vorteilhaft haben sich die Werte b = 0,3 ,/.cm, d = 0,4/Am und a = 5 pum. erwiesen.

709815/07^4

Für die aktive Schicht des optischen Wellenleiters kann statt GaAs auch Al„Ga, As (O «c χ < 0,1) verwendet werden. Der

X JL-X —

Grund, warum der Aluminiumanteil des aktiven Schicht höchstens 0,1 betragen soll, besteht darin, daß der Aluminiumgehalt der Pufferschicht bis auf 0,2 heruntergehen kann, so daß es vorkommen kann, daß der Brechungsindex der aktiven Schicht kleiner als derjenige der Pufferschicht gewählt wird.

In einer ausgeführten Laseranordnung nach Fig. 1 besteht außer den ohmschen Kontakten 9 und 10 auch die Kontaktierungsschicht aus GaAs vom p-Typ, die Modensteuerschicht 6 besteht aus Al Ga₁ As vom p-Typ (y = 0,4 oder 0,5), die Pufferschicht besteht aus Al- _oGa_{n Q}As vom p-Typ, die aktive Schicht 1 des optischen Wellenleiters ist aus GaAs oder AlGaAs vom n-Typ, p-Typ oder Kompensationstyp, die optische Sperrschicht 3 besteht aus Al- ,Ga» .,As vom η-Typ und das Substrat 7 besteht aus GaAs vom η-Typ. Die p- und η-Typen können hierbei vollständig miteinander vertauscht werden.

Ein Laser benötigt außerdem reflektierende Flächen an den Enden des Lichtweges, die durch vertikales Spalten oder üzen bis auf die optische Wellenleiterschicht und den p-n-übergang gebildet wird. Wenn an diese Anordnung eine Spannung in Durchlaßrichtung angelegt wird, erhält man Laserlicht im Grundmodus .

Nachstehend wird die praktische Herstellung eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

Fig. 4 zeigt den fertigen Laser. Außer den bereits früher besprochenen Schichten erkennt man eine Diffusionsschicht 14 vom p-Typ, den Mesabereich 11, die Jtzbereiche 13, zwei Stützbereiche 12 und eine Oxidschicht 15.

709815/0794

Die Stützbereiche 12 werden beiderseits des stromdurchflossenen Mesabereichs Ii ausgebildet, so daß der Laser mit der p-Seite nach unten leicht auf einer Unterlage befestigt werden kann. Die einzelnen Herstellungsschritte dieser Anordnung werden anhand der Figuren 5A bis 5G erläutert.

Gemäß Fig. 5A wird auf dem GaAs-Substrat 7 vom η-Typ ein epitaktischer Film aus fünf Schichten in der flüssigen Phase nach bekanntem Verfahren aufgebracht. Diese fünf Schichten sind in der angegebenen Reihenfolge die Schicht 3VAl₀ 3Ga_{0 7}As vom η-Typ mit einer Dicke von 5 μτΛ, die Schicht 1 aus GaAs vom p-Typ mit einer Dicke von O,3yu.m, die Schicht 2 aus A1_{Q 2} ^Gao 8^ ^vom P~^TvP ^Itl^^t einer Dicke von 0,4 um, die Schicht 6 aus Al- 4Ga_{0 g}As vom p-Typ mit einer Dicke von lttm und die Schicht 8 aus GaAs vom η-Typ mit einer Dicke von O₁T um.

Dann wird eine Oxidschicht aus SiO₃ in einer Dicke von 0,1 bis O,2jULva. als Diffusionsmaske mittels eines Hochfrequenzspritzverfahrens aufgebracht (nicht dargestellt).

II In die dritte und fünfte Schicht wird Zink durch die Maske selektiv eindiffundiert, um die Diffusionsschicht 14 zu bilden. Die Diffusion von Zn wird an der Grenzfläche zwischen der dritten Schicht 2 und der vierten Schicht unterbrochen (siehe Fig. 5B).

III In nichtdargestellter Weise werden streifenförmige Fenster in einer Diffusionsmaske aus SiO2 durch Photoäzen gebildet, durch welche das GaAs vom η-Typ in der fünften Schicht 8 mit einer Lösung von H₃O₂ + NH₄OH weggeätzt wird. Hierbei wird die Zinkdiffusionsschicht 14 nicht geätzt (siehe Fig. 5C).

70981S/07Ö4

IV Die vierte Schicht aus Al_{Q 4}Ga_ _gAs vom p-Typ wird mit HF geäfet. Die dritte Schicht 2 aus Al_ ₂ ^Gan 8^{As vom} P""^TvP wird nicht geätet (siehe Fig. 5D).

V Der isolierende Oxidfilm 15 wird mit H-O₂ am Boden der ausgeäfcten Furchen gebildet (siehe Fig. 5E).

VI Zur Bildung der ohmschen Kontakte 9 und 10 werden Au - Cr auf der p-Seite und Au-Ge- Ni auf der η-Seite des Gebildes in einer Dicke von etwa 0,5 ixm aufgedampft.

Auf der p-Seite ist der ausgeätete Teil durch den Oxidfilm gegen den Kontakt isoliert. Ferner bestehen die Stützteile 12 aus n-GaAS. Wenn eine Spannung in Durchlaßrichtung des p-n-übergangs zwischen dem Mesabereich und dem Substrat angelegt wird, kann wegen des Sperrwiderstandes des p-nübergangs zwischen der vierten Schicht 6 und fünften Schicht 8 kein elektrischer Strom fließen. Deshalb kann, wie Fig. 5F zeigt, der Kontakt 10 ohne weiteres über die gesamte Oberfläche gezogen werden.

VII Senkrecht zu der Streifenrichtung und den p-n-tibergängen werden Stirnflächen durch Spaltung ausgebildet.

VIII Das fertige Gebilde wird mit Indium 17, das die Zwischenräume ausfüllt, mit der p-Seite nach unten auf eine diamantene Wärmesenke 16 aufgeklebt und an den Kontakt 9 wird eine Zuleitung 18 angelötet, so daß ein elektrischer Strom in Durchlaßrichtung zugeführt werden kann (siehe Fig. 5G).

In diesem Ausführungsbeispiel bestehen die Pufferschicht 2 und die Modussteuerschicht 6 aus verschiedenen Verbindungen. Sie können aber auch aus der gleichen Verbindung hergestellt werden, wenn die !^geschwindigkeit entsprechend gesteuert wird.

709815/0734

In Fig. 6 und 7 sind Meßergebnisse d=r Emissionseigenschaften des Injektionslasers nach Fig. 4 im Transversalmodus wiedergegeben. Das Probestück hatte folgende Eigenschaften:

Aktive optische Wellenleiterschicht: GaAs 0,3 χχΐη dick.

Pufferschicht : Al

Modussteuernde Schicht

^AlO,4^GaO,6^As'

Optische Sperrschicht

Substrat

Kontaktierende Deckschicht Wellenleiterbreite

Abmessungen über dies:

Abstand der Spaltflächen Dicke

Breite in der Richtung vertikal zu p-n-übergang und
Streifen : etwa 300

lyttm dick, 1 n.m breit.

^_n ,v,,i_ -As, 5 um dick. : GaAs etwa 70/xm dick. : GaAs 0,7,6cm dick. : 10 am.

: etwa 25ο μτα.. i etwa 7'

Aun«

Die Schwellenstromstärke für den Schwingunqseinsatz des Lasers betrug etwa 12OmA. Fig. 6A und 6B zeigen die Nahfeldverteilung in der Richtung χ der Spiegelflächen. Die Messung wurde nach einem bekannten Verfahren mit Hilfe eines Galvanometerspiegeis durchgeführt; dieses Verfahren ist beschrieben in dem Aufsatz "Optical Waveguiding in Proton-Implanted GaAs" von E. Garmire et al in Appl. Phys. Letters, Vol. 21, 1972, Seite 87. Die Abszisse stellt den Abstand in der Richtung χ und^Ordinate die Leistungsverteilung, d.h. die Nahfeldverteilung dar. Fig. 6A gilt für eine Betriebsstromstärke von 300mA und Fig. 6B für eine Stromstärke von 125mA.

70981 5/0794

/f

Fig. 7A und 7B zeigen die Fernfeldverteilung, und zwar gilt Fig. 7A für eine BetriebsStromstärke von 30OmA und Fig. 7B für eine solche von 20OmA. Der Winkel ist in Abszissenrichtung und die Leistung in OidLnatenrichtung aufgetragen. Die Schwellenstromstärke für den Schwingungseinsatz betrug 12OmA.

Die Hauptvorteile des beschriebenen Injektionslasers sind die folgendent

1. Durch die Modussteuerung mittels der äquivalenten Brechungsindexdifferenz wird ein stabiler Dauerbetrieb in einem einzigen Transversalmodus ermöglicht;

2. Da dieser Betrieb selbst dann möglich ist, wenn die Streifenbreite groß (etwa 10um) ist oder die Betriebsstromstärke ein Mehrfaches des Schwellenwertes beträgt, läßt sich ein Laser für Einzelmodus mit großer Ausgangsleistung herstellen.

3. Die Herstellung wird durch Verwendung solcher Maßnahmen wie selektive Szung der einzelnen Schichten, Isolierung mit einem Oxidfilm von AlGaAs und dergleichen erleichtert.

4. Da die aktive Schicht keinerlei Bearbeitung unterliegt, kann ein Injektionslaser mit hoher Lebensdauer erzeugt werden.

Statt der beschriebenen Werkstoffe aus der GaAs - AlGaAs-Serie kann das vorgeschlagene Prinzip in gleicher Weise auf jede doppelte HeteroStruktur der Werkstoffserien InGaAs, InGaAsP, AlGaAsP oder AlGaAsSb angewandt werden, so lange die Brechungsindices der verschiedenen Halbleiterschichten der Formel (1) genügt.

709815/0794

Leerseite

Claims

Patentansprüche

( 1.1 Injektionslaser zur Lichterzeugung in einem einzigen Transversalmodus, bestehend aus einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps, auf dem die folgenden Halbleiterschichten in der angegebenen Reihenfolge ausgebildet sind: Eine optische Sperrschicht des gleichen Leitungstyps mit dem Brechungindex n~ι eine aktive optische Wellenleiterschicht mit dem Brechungsindex n,, eine Pufferschicht des zweiten Leitungstyps mit dem Brechungsindex n~r eine zur Modussteuerung dienende streifenförmige Schicht des zweiten Leitungstyps mit der Breite a und dem Brechungsindex ng und eine zur Kontaktierung dienende Deckschicht vom zweiten Leitungstyp, sowie mit auf der Deckschicht und an der Rückseite des Substrats vorgesehenen ohmschen Kontakten, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechungsindices der aktiven Schicht (1), der Pufferschicht (2), der Sperrschicht (3)und der zur Modussteuerung dienenden Schicht (6) folgende Beziehungen erfüllen:

TXf- < n_o c η_Ί und n_ < n,.
2. Injektionslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite a der zur Modussteuerung dienenden Schicht (6) der Formel

_a - *o

max ~

70981 S/0794

ORIGINAL INSPECTED

genügt, wobei λ. die Wellenlänge des emittierten Lichtes im freien Raum, n. der Brechungsindex der aktiven Schicht und Δη eine äquivalente spezifische Brechungsindexdifferenz sind.
3. Injektionslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische SperrschichtVaus Al ,Ga_rt -As besteht, daß die aktive optische Wellenleiterschicht (1) aus

(2)

GaAs besteht, daß die Pufferschicht»aus Al_ _oGa_. o^As besteht

und daß die modussteuernde SchichtVaus Α1_Λ „Ga- ,As oder

U, 4 U,b Al-. _cGa_n ,-As besteht.

U, D «J, j
4. Injektionslaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Sperrschicht (3) aus Al_ 3Ga_{0 ?}As vom η-Typ besteht, daß die aktive optische Wellenleiterschicht

(1) aus Al Ga, As vom p-Typ ( 0<.x<0,l) besteht, daß die Pufferschicht (2) aus Al,» _oGa_ _QAs vom p-Typ besteht

UfZ U, O

und daß die modussteuernde Schicht (6) aus Al_ .Ga_{n c}As

0,4 0,0

oder Al_{Q 5}Ga_{Q 5}As vom p-Typ besteht.
5. Injektionslaser nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive optische Wellenleiterschicht (1) eine Dicke von 0,2 - 0,5 um, vorzugsweise 0,3 um hat, daß die Modus steuernde Schicht (6) eine Breite von 3 bis 8 ju.m, vorzugsweise 5^m hat und daß die Pufferschicht (2) eine Dicke von 0,2 - 0,5 nxa, vorzugsweise 0,4^m hat.

709815/0794
6. Injektionslaser nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungstyp der aktiven optischen Wellenleiterschicht (1) vom p-Typ_f η-Typ oder vom Kompensationstyp ist,

709815/0794