DE2657640A1

DE2657640A1 - Guetegeschalteter injektionslaser

Info

Publication number: DE2657640A1
Application number: DE19762657640
Authority: DE
Inventors: Archibald W Smith
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1976-12-20
Publication date: 1977-07-07
Also published as: GB1523220A; JPS5280791A; JPS5827675B2; US4055815A

Description

pr/bm

Λ-

Anmelderini International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: YO 975 008

JGütegeschalteter Injektionslaser

Die Erfindung betrifft einen gütegeschalteten Injektionslaser mit einem emittierenden übergang, mit einem Emitter- und einem sättigbaren Absorberbereich.

Es sind Vielfachlaservorrichtungen bekannt, die aus einem Laser mit Emittereigenschaften und einem anderen Laser mit den Eigenschaften eines sättigbaren Absorbers bestehen. Werden die Laser einer solchen Kombination optisch gekuppelt und in einem Resonator untergebracht, ergibt sich eine gütegeschaltete Vorrichtung, die kurze optische Impulse mit einer relativ hohen Wiederholungsfrequenz erzeugt. Diese Impulse können bei geeigneter Gestaltung der Vorrichtung beispielsweise Bruchteile von Nanosekunden und Wiederholungsfrequenzen von mehreren GHz aufweisen. Derartige Vorrichtungen werden mit besonderem Vorteil in optischen Nachrichtenübertragungssystemen zur Erzeugung eines sogenannten "Trägers" verwendet, wobei die Informationsübertragung durch selektive Unterdrückung bestimmter Impulse durchgeführt wird. Derartige Halbleitervorrichtungen werden beispielsweise in den US-Patenten 3 270 291 und 3 303 431 beschrieben.

Die Nachteile der in den oben genannten Literaturste11en beschriebenen Vorrichtungen bestehen vor allen Dingen darin, daß der Emitterlaser und der sättigbare Absorberlaser getrennte Einheiten sind, so daß Lichtverluste beim Übergang der Strahlung

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von einem Bereich zum andern nicht vermieden werden können. Im US-Patent 3 427 563 und in der Literaturstelle "Investigations of GaAs Laser Radiation Pulsations", Soviet Physics - Semiconductors, Vol. 1 Nr. 10, April 1968, Seiten 1305 ff. werden ■Laserkombinationen beschrieben, die aus einem einzigen einkristallinen Halbleiter bestehen. Da die Emitter- und die Absorberjbereiche verschiedene Bereiche eines Einkristalls waren, wurden die unterschiedlichen Eigenschaften dieser.Bereiche durch Anwendung von Pumpströmen verschiedener Niveaus bestimmt. Um zu vermeiden, daß ein für den Emitterbereich bestimmter Pumpstrom in jden sättigbaren Absorberbereich leckt, werden zwei verschiedene ;Elektroden verwendet, von denen die eine den Emitterbereich und . die andere den sättigbaren Absorberbereich überdeckt. Zusatz- ; lieh wurde in den halbleitenden Körper zur gegenseitigen Iso- '. lation beider Bereiche ein Schlitz angebracht. In der Praxis ist es jedoch schwierig, diesen Schlitz richtig zu schneiden, da er einerseits genug tief sein muß, um ein Leiten zwischen den : beiden Bereichen zu verhindern, andererseits aber nicht so tief, daß die optischen Eigenschaften der Vorrichtung beeinträchtigt werden. Obwohl die Vorrichtung einen aktiven sendenden Bereich aufweist, auf den das optische Signal beschränkt ist, genügt es nicht, den Schlitz nur bis in die unmittelbare Nähe des aktiven Bereichs heranzuführen, da die Eigenschaften dieses Bereiches, beispielsweise auch von der Brechzahl der benachbarten Bereiche abhängen. Erstreckt sich der Schlitz bis unmittelbar an den aktiven Bereich, so kann Licht durch den Schlitz austreten, so daß Leckverluste auftreten. Wird der Schlitz jedoch um Leckverluste zu vermeiden nicht weit genug an den aktiven Bereich herangeführt, so können Leitungsleckverluste auftreten.

Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß eine Vielzahl von Kontakten erforderlich ist. Obwohl derartige Vorrichtungen hergestellt werden können, ist es doch vorteilhafter, wenn nur ein einziger Kontakt zur Übertragung des Pumpstromes von der Pumpquelle zum Laser erforderlich iat.

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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen aus einem Körper bestehenden Laser mit Güteschaltung anzugeben, bei dem ein Schlitz oder eine sonstige Ausnehmung zwischen Emitterbereich und Absorberbereich nicht erforderlich ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen Halbleiterlaser mit Güteschaltung anzugeben, bei dem die Emitter- und Absorberbereiche voneinander isoliert sind. Darüberhinaus soll der erfindungsgemäße, aus einem Körper bestehende Laser eine steuerbare Guteschaltbarkeit aufweisen und einfach in der Herstellung sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Gemäß der Erfindung wird ein Halbleiterinjektionslaser mit Güteschaltung vorgesehen, der aus einem aus einem Körper bestehenden und in einem Resonator untergebrachten Emitter- und Absorberbereiche aufweisenden einkristallinen Halbleiterkörper besteht. Der einkristalline Halbleiterkörper weist einen p-n Übergang auf, der parallel zu den Hauptflächen des Körpers liegt. Der Halbleiterkörper weist einen implantierten Bereich auf, durch den der Umfang der Emitter- und Absorberbereiche definiert wird. Dieser isolierende Bereich wird durch die Implantation von Ionen verwirklicht, deren Art und Menge so bemessen ist, daß im betreffenden Bereich eine Erhöhung des Widerstands eintritt. Die Art der Ionen wird ferner so ausgewählt, daß Energieniveaus erzeugt werden, deren Abstand von den Leitungs- und Valenzbändern genügend weit ist, um eine Übertragung von Ladungsträgern durch thermische Erregung vom Leitungsoder Valenzband zu oder von den Energienieveaus der implantierten Ionen zu verhindern. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird durch den implantierten Bereich ein Zwischenbereich zwischen den Emitter- und Äbsorberberexchen definiert. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Betrag der Ionenimplantation so gewählt, daß der Widerstand im Zwischenbereich stark erhöht wird, um im wesentlichen einen Stromfluß durch diesen Zwischenbereich zwischen den Emitter-? und Absorberbereichen zu verhindern.

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Bei einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung ist praktisch der
ganze Absorberbereich mit Ionen implantiert, bei dieser Ausfüh- ^: fungsform wird die Art und die Anzahl der Ionen so gewählt, daß
eine steuerbare Erhöhung des Widerstandes des Bereichs eintritt, ' um die gewünschten Absorbereigenschaften zu erhalten. Die Ionenart wird derart gewählt, daß die Energieniveaus weit genug von
den Leitungs- und Valenzbändern getrennt sind, um.im wesentlichen : eine übertragung von Ladungsträgern durch thermische Erregung von j oder zu den Leitungs- oder Valenzbändern und den Energieniveaus
der Ionen zu verhindern. Bei dieser Ausführungsform wird ein
einziger Kontakt zur Strominjektion auf dem Laser angeordnet, durchj den genügend Strom zum Emitterbereich des Lasers geführt wird, ί damit der entsprechende Gewinn erreicht wird. Die steuerbare Er- ι höhung des Widerstandes des Absorberbereiches hat zur Folge, daß | die gewünschten Eigenschaften eines sättigbaren Absorbers erreicht ! werden. Insbesondere bei mit Ge oder Si dotierte GaAs Halbleiter j verwendenden Ausführungsbeispielen werden zur Ionenimplantation O-, Cr- oder Fe-Ionen, insbesondere aber O-Ionen verwendet.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert
Es zeigen:

Fign. 1A bis 1C je eine Drauf-, Seiten- und Vorderansicht

ί eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

iFign. 2A bis 2C je eine Drauf-, Seiten- und Vorderansicht ' ; eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung,

jFign. 3A bis 3C je eine Drauf-, Seiten- und Vorderansicht

eines weiteren Ausführungsbeispiels der Er- j findung, ,

Fign. 4a bis 4C eine Schnitt-, Seiten- und Vorderansicht eines

weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

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Fig. 5 eine graphische Darstellung des zeitabhängigen

Amplitudenverlaufes eines gütegeschalteten, durch einen Laser gemäß der Erfindung erzeugten Impulszuges.

Die Fign. 1A, 1B und 1C stellen jeweils eine Drauf-, eine Seiten- und eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dar, das aus einem gütegeschalteten Festkörperlaser mit aus einem Körper bestehenden Emitter- und Absorberbereichen besteht.

Die in den Fign. 1A bis 1C dargestellte Vorrichtung besteht aus einem einkristallinen Halbleiter, der zur Erzeugung mehrerer Bereiche unterschiedlichen Leitungstyps dotiert ist. Die Anordnung ist so getroffen, daß mindestens ein aktiv sendender Bereich entsteht. Wie aus den oben genannten Fign. weiter ersichtlich, besteht der Halbleiter aus fünf verschiedenen Bereichen. Die Bereiche: 20, 21 und 22 sind p-dotiert, während die Bereiche 23 und 24 ndotiert sind. Eine derartige Vorrichtung ist an sich bekannt und wird beispielsweise in der Literaturstelle "Oxygen Implanted Doubly ■Heterojunction GaAs/GaAlAs Injektionslaser " von Blum, IEEE J. ! Iof Quantum Electronics, Juli 1975, Vol. 11, Seiten 413 bis 420 'beschrieben. Bei der in den Fign. 1A bis 1B beschriebenen Vorrich-

itung besteht die oberste Schicht 20 aus mit Ge dotierten GaAs, die i
Schicht 21 aus Ge dotierten GaAlAs, die den aktiv sendenden Bereich bildende Schicht 22 aus mit Si dotierten GaAlAs, die Schicht 23 aus Te dotierten GaAlAs und die Schicht 24 aus mit Si dotierten GaAs, wobei die Schicht 24 normalerweise als Substrat dient, auf dem die anderen Schichten aufgebaut werden. Nähere Einzelheiten iüber die Herstellung derartiger Vorrichtungen als auch die relativen Trägerkonzentrationen der einzelnen Schichten sind ebenfalls aus der oben genannten Literaturstelle zu entnehmen. Es ist dem Durchschnittsfachmann bekannt, daß für die vorliegenden Aufgaben kein aus fünf Schichten bestehender Halbleiterlaser erforderlich ist. Bekanntlich genügen zwei Bereiche, durch die ein p-n übergang !erzeugt wird. Außerdem ist es möglich, die Vorrichtung auch aus

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ianderen als den oben genannten Substanzen herzustellen. Die aktive Schicht enthält eine Substanz mit zwei Energiezuständen, deren _; Abstand der charakteristischen durch das Material erzeugten Sende-

frequenz entspricht. Das sendende Material kann zur Umkehrung sei-■ner Besetzungsdichten erregt werden, d.h., in einem seiner höheren Energiezustände kann eine Überschußbesetzung erzeugt werden. Beim !übergang der atomaren Teilchen aus dem höheren Energieniveau in |das niedere Energieniveau wird eine in hohem Grade kohärente S tr ah-+ lung erzeugt.

Wie aus den Fign. 1A bis 1C weiterhin ersichtlich, weist die Laservorrichtung ein Kontaktpaar 10, 15 an einer Hauptfläche des Kristalls auf, das über Leiter 17 bzw. 18 mit einer Pumpenergiequelle, oder Quellen verbunden ist, um die Moleküle oder Ionen im aktiven [ sendenden Bereich aus einem niederen Energieniveau in eines oder '.. mehrere der gewünschten höheren Energieniveaus zu überführen. Der Pumpenergiekreis wird über einen Kontkat 16 an einer anderen Hauptfläche des Kristalls ergänzt,, der über einen Leiter 25' geerdet werden kann. Um die Erzeugung einer kohärenten Strahlung zu ermöglichen, wird die Vorrichtung in einem optischen Resonator untergebracht. Dieser Resonator kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß am Halbleiterkörper zwei zueinander parallel^ und hochreflektierende Endflächen erzeugt werden, während die anderen Flächen zweckmäßigerweise diffusstreuend ausgebildet sind. Normalerweise werden die hochreflektierenden Endflächen durch Spal ten des Kristalls entlang bestimmter kristallographischer Ebenen hergestellt. Bei GaAs ist eine solche Ebene die (110) Ebene.

Die Vorrichtung ist in an sich bekannter Weise weiterhin so ausgebildet, daß die mit den Leitern 17 und 18 verbundenen Pumpenergiequellen das aktive sendende Material erregen, um eine Inversion der Besetzungsdichten zu erzeugen. Bei einem übergang der atomaren Teilchen zu einem niedrigeren Energieniveau wird Licht erzeugt, dessen Wellenlänge im sichtbaren oder im unsichtbaren Bereich liegen kann. Das Licht kann dann die teilreflektierenden Flächen

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durchsetzen und austreten.

Einstückig mit dem E bezeichneten emittierenden Bereich der Laservorrichtung, der durch einen Verstärkungsfaktor charakterisiert ist, ist ein sättigbarer Absorberbereich A vorgesehen. Da der sättigbare Absorberbereich A aus demselben halbleitenden Körper wie der Bereich E besteht, muß die in diesem Bereich erzeugte Strahlung auch den sättigbaren Absorberbereich durchsetzen, der so ausgebildet ist, daß er bis zu seiner Sättigung einen hohen Anteil des Lichtes absorbiert. Im gesättigten Zustand ist der Absorber nicht mehr in der Lage, weiteres Licht zu absorbieren. Das hat zur Folge, daß die Durchlässigkeit des Absorberbereiches bei Sättigung außerordentlich stark ansteigt. Der Anfangsbetrag der Absorbtion wird durch die über den Leiter 18 verbundene Pumpenergiequelle gesteuert; d.h., daß bei mehr durch den Bereich A fließenden Strom die Absorbtion herabgesetzt wird. Im Betrieb wird der Emitterbereich durch die mit ihm verbundene Pumpenergiequelle relativ stark erregt, um den Absorberbereich zu sättigen. Bis zur Sättigung des Absorberbereiches wird die Entstehung einer stimulierten Emission verhindert. Hört der Absorberbereich auf zu absorbieren, so schaltet der Laser plötzlich und schnell in einen Zustand um, der weit über dem Schwellenwert für stimulierte Emission liegt. Das hat zum Ergebnis, daß eine stimulierte Emission eintritt und ein optischer Impuls erzeugt wird. Während der Erzeugung dieses Impulses und um ihn zu erzeugen, findet ein Übergang der invertierten Besetzung zu einem niedrigeren Energiezustand statt. Werden die Emitter- und Absorberbereiche weiterhin erregt, so wiederholt sich der ganze Zyklus, wobei zuerst der Absorberbereich in den gesättigten Zustand übergeht.

Nachdem der Laserkörper aus einer einkristallinen Substanz besteht, weisen der Emitter- und der Absorberbereich praktisch die gleiche physikalische Struktur auf. Somit sind es die Amplituden der einzelnen Pumpenergiequellen, die bestimmen, ob der betreffende Bereich als Emitter oder als Absorber arbeitet und welche beson-

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deren Eigenschaften er in diesem Zustand aufweist. Es ist daher einleuchtend, daß eine Isolierung oder eine andere Abschirmung erforderlich ist, und einen Stromfluß zwischen den Emitter- und Absorberbereichen zu verhindern, wenn steuerbare Eigenschaften der gütegeschalteten Vorrichtung gewährleistet sein sollen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird diese Isolation durch einen mit I bezeichneten isolierenden Bereich gebildet. Dieser isolierende Bereich wurde nach Beendigung des Aufwachsens des Laserkörpers durch Implantation von Ionen erzeugt. Die Art der implantierten Ionen und ihre Menge hängen von den gewünschten Eigenschaften des isolierenden Bereiches und von dem Umfang in dem der Körper vorher dotiert wurde ab. Um eine wirksame Isolierung zu erhalten, sollte die Dotierungsdichte der implantierten Ionen mindestens einige Mal größer als die höchste Dotierungsdichte des zum Isolator zu machenden Bereiches sein. Weiterhin sollten die Ionen so gewählt werden, daß nach der Implantation das Energieniveau oder die Energieniveaus genügend weit von den Leitungs- oder Valenzbändern der Ladungsträger entfernt sind, um eine Übertragung von Ladungsträgern von oder zu den Leitungs- und Valenzbändern und zu den Energieniveaus der implantierten Ionen durch thermische Erregung zu verhindern. Da die Aufgabe der Ionenimplantation darin ; liegt, das Fließen von Leckströmen zwischen den Emitter- und Absor+ berbereichen zu verhindern, braucht die Implantation nicht über den oberen Teil des aktiven sendenden Bereiches, nämlich der Schich- \ ten 20 bis 22 hinauszugehen (siehe die in Fig. 1C den Umfang des !

isolierenden Bereiches anzeigenden gestrichelten Linien). Mit den zur Verfügung stehenden Verfahren wird der implantierte Bereich über die angezeichnete Grenze hinausgehen, selbst wenn die Dosiejrung allmählich kleiner gewählt wird. Diese Ausdehnung des implanjtierten Bereiches ist jedoch für das Arbeiten der erfindungsge- ;mäßen Vorrichtung nicht schädlich. Für den beispielsweise beschrie·¹-ibenen GaAs-Laser können zur Implantation Ionen von O, Cr oder Fe genommen werden. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Implantation mit O-Ionen erweisen. Das Ausführungsbeispiel ist eine Vier-'schichten-Doppelheterostruktur, die epitaktisch aus der flüssigen

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,Phase auf einen η-leitenden, siliciumdotierten, in <1θφ -Richtung orientierten GaAs-Substrat gewachsen wurde und eine Trägerkonzen-

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tration von 1 - 2 χ 10 cm aufweist. Zunächst wird eine 8 um dicke, nicht dargestellte Pufferschicht zum Ausgleich des oft im Grenzbereich zwischen dem Substrat und der folgenden Schicht ,auftretenden Störungen auf dem Substrat aufgewachsen, die aus mit Zinn oder Tellur dotierten GaAs mit einer Trägerkonzentration von

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1 x 10 cm besteht. Die folgenden vier Schichten werden, wie laus der Figur ersichtlich, mit Hilfe eines an sich bekannten epitaktischen Verfahrens aus der flüssigen Phase gewachsen. Die beiden GaAlAs-Schichten über und unter der mit Silicium dotierten aktiven Schicht enthalten 30 % Aluminium. Die aktive Schicht enthält bis zu 10 % Aluminium.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Lasers der oben beschriebenen Art kann aus den gleichen Verfahrensschritten bestehen, wie sie !in der oben beschriebenen Literaturstelle von Blum und Mitarbeiter! beschrieben werden. Vor der Anbringung der Kontakte 10 und 15 wird; auf die obere Hauptfläche des Kristalls eine Implantationsmaske (aufgebracht. Diese Maske ist so ausgebildet, daß sie eine Implan-

Ration in den Emitter- und den Absorberbereichen verhindert. Nach Anbringung dieser Maske erfolgt im Bereich I eine Implantation mit nach den oben besprochenen Anforderungen ausgewählten Ionen. Nach der Implantation kann die Maske entfernt und die Kontakte 10 und 15, wie aus den Fign. 1A und 1B ersichtlich, angelbracht werden. Nach der Ablagerung der Kontakte 10 und 15 werden ,diese mit geeigneten Leitern mit den Pumpenergiequellen verbunden. |Die Sauerstoffimplantation kann erforderlichenfalls auch mit einer {anderen Dosierung erfolgen, um die in Fig. 1A mit 12 und 13 bezeichneten Grenzen des sendenden Bereiches zu definieren (auch als j "Stripe" Kontakt bezeichnet). Mit Hilfe einer derartigen Sauerstoff !implantation kann ein kleiner sendender Bereich in einen Halblei- ·■ terkristall geeigneter Größe eingebettet werden. Nachdem die Ionen-r implantation ein bekanntes Verfahren ist, wird auf nähere Einzelheiten nicht eingegangen.

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;In diesem Zusammenhang wird auf die US-Patentschrift 3 655 457 iund auf die Literaturstelle 'Compensation of GaAs bei Oxygen {implantation"/ Ion Implantation in Semiconductors and Other Materials, von Favennec et al/ herausgegeben von Billy L. Crowder, !Plenum Press, N.Y. 1973, Seiten 621 bis 630 hingewiesen.

Die Fign. 2A, 2B und 2C stellen jeweils eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine Vorderansicht eines anderen Ausführungsbeispiels dar, das eine Reihe von Gemeinsamkeiten mit dem in den 'Fign. IA bis 1C dargestellten Ausführungsbeispiels hat. Auch im !zuletzt genannten Fall enthält die Laservorrichtung Emitter- und Absorberbereiche. Anstelle der im vorliegenden Ausführungsbeispiel angebrachten leitenden Kontakte 15 und 16 ist ein einziger leitender Kontakt 19 vorgesehen, der mit einem einzigen Leiter 25, beispielsweise mit einer Pumpenergiequelle zum Pumpen des Injektionslasers verbunden ist. Wie im zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht der Körper des Injektionslasers aus einer Vielzahl von Bereichen mit entgegengesetzter Leitfähigkeit. Im einzelnen ist aus den Fign. 2B und 2C zu entnehmen, daß fünf verschiedene Bereiche vorliegen. Wie im Falle des ersten Ausführungsbeispieles kann die Anzahl der einzelnen Bereiche von entgegengesetzter Leitfähigkeit entweder vergrößert oder verkleinert werden, solange ein aktiver sendender Bereich gebildet wird, in dem Elektronen durch eine Pumpenergeiquelle durch Erregung auf ein höheres Energieniveau gebracht werden, um eine Inversion der Besetzungsdichten zu erhalten.

Im Gegensatz zum erstgenannten Ausführungsbeispiel wird der ganze sättigbare Absorberbereich A mit Ionen einer bestimmten Art und einer bestimmten Zahl implantiert. In Fig. 2C wird dieser Bereich mit gestrichelten Linien angegeben. Die erforderlichen Eigenschaften der implantierten Ionen sind die gleichen, wie sie beim ersten Ausführungsbeispiel benötigt werden. Die Implantationsmenge wird jedoch aufgrund anderer Gesichtspunkte definiert.

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Im Zusammenhang mit der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels wurde darauf hingewiesen, daß das Niveau des Pumpstromes festlegt, ob ein bestimmter Bereich des Lasers als Emitter oder ; als Absorber funktioniert. Im in den Fign. 2A bis 2C dargestellten I Ausführungsbeispiel ist nur eine einzige Pumpenergiequelle vorgesehen. Das hat zur Folge, daß bei einheitlichem spezifischem Widerstand des Laserkörpers auch ein einheitlicher Strom durch den pn-übergang in der Nachbarschaft des sendenden Bereiches fließen würde. Um jedoch die Eigenschaften eines sättigbaren Absorbers zu erhalten, wurde der Absorberbereich einer Ionenimplantation ausgesetzt, durch deren Menge der spezifische Widerstand in diesem Bereich in der gewünschten Weise beeinflußt wurde. Im Aasführungsbeispiel ist daher ein implantierter Bereich vorgesehen, durch den die Ausdehnung der Emitter- und der Absorberbereiche definiert wird. Gleichzeitig stimmt die Ausdehnung und Lage des implantierten Bereiches mit der Lage und Ausdehnung des sättigbaren Absorberbereiches überein. Nachdem ein einziger leitender Kontakt den Pumpstrom sowohl an den Emitter als auch an den Absorberbereich ; leitet, werden beide Bereiche die gleiche Potentialdifferenz aufweisen. Indes ist der durch diese Bereiche fließende Strom, insbesondere aber die Stromdichte vom spezifischen Widerstand des Materials in den betreffenden Bereichen abhängig. Um dem Absorberbereich die gewünschten Eigenschaften zu geben, wird sein spezifischer Widerstand in einem Verhältnis vergrößert, das dem Ver- ; hältnis der Pumpströme entspricht, die zur Verwirklichung der gewünschten Emitter- und Absorbereigenschaften erforderlich sind. Um diesen Wert des spezifischen Widerstands zu erhalten, wird die Implantationsdosis annähernd gleich oder gleich der Dotierung des > Materials vor der Implantation sein. Aufgrund der oben gemachten Angaben und Ausführungen ist es dem Durchschnittsfachmann ohne weiteres möglich, die erforderlichen Werte im Einzelfall zu bestimmen.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Implantationsdosis so hoch gewählt wie im ersten Ausführungsbeispiel, d.h. bis zu einem Niveau, bei dem ein spezifischer Widerstand

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■entsteht, bei dem praktisch kein Strom durch den implantierten

Bereich fließt. In diesem Fall ist die Implantationsdosis minde- ι

stens einigemal höher als die Dotierungsdichte des Bereiches vor ;

jder Implantation. In diesem Ausführungsbeispiel, das ebenfalls I

jaus den Fign. 2A bis 2C zu entnehmen ist, ist der gesamte Injek- I

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■tionslaserkörper mit Elektroden versehen. Wegen des hohen spezifischen Widerstands fließt jedoch praktisch kein Strom im Absorber-j bereich A, so daß keinerlei Ladungsträger in diesem Bereich erregt werden. Nur durch im Emitterbereich E emittierte Photonen können die Ladungsträger im Absorberbereich erregt werden, wodurch idie Absorbtion durch Fehlstellenauffüllungseffekte vermindert wird. j ι

Ist der Absorberbereich gesättigt so tritt, wie vorher im einzelnen¹

erläutert, Senden ein. .

Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird in den Fign. 3A bis 3C dar- I gestellt, dessen Arbeitsweise im wesentlichen die gleiche wie die ; Arbeitsweise des in den Fign. 2A bis 2C dargestellten Ausführungs- j Beispiels ist, in dem der spezifische Widerstand des Absorbtionsjbereiches so hoch ist, daß praktisch kein Injektionsstrom fließt. In diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch nur ein Teil des Injektionslaserkörpers mit Elektroden versehen, nämlich der Teil der jmit der in den Fign. 3A bis 3C dargestellten Elektrode 26 räumlich Übereinstimmt. Wenigstens ein Teil des Absorbtionsbereich.es A wurde einer Ionenimplantation unterzogen, deren Niveau genügend ihoch ist, um ein Fließen von Leckströmen vom Emitterbereich zum ?üjsorberbereich zu verhindern. Um dies zu erreichen, kann der ganze Absorberbereich A einer Implantation unterzogen werden, deren Dosierung den spezifischen Widerstand des Bereiches wesentlich erhöht. Es kann aber auch nur ein dem Emitterbereich benachbarter Teil des Absorberbereiches mit einer ähnlich hohen Dosierung implantiert werden. In beiden Ausführungsformen wird das Fließen eines Leckstromes vom Emitterbereich zum Absorberbereich verhindert. Die Implantationsdosis im gesamten Absorberbereich oder in einem unmittelbar in der Nachbarschaft des Emitterbereiches liegenden Bereich ist vorzugsweise mehrere Male höher als die Dotierungsdichte im Bereich vor der Implantation.

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In den Fign. 4A bis 4C wird eine besonders vorteilhafte Ausfühirungsform der Erfindung dargestellt. In dieser Ausfuhrungsform !ist ein absorbierender Bereich 30 mit hohem spezifischem Wider- j stand durch Implantation von 0 in der Nähe des einen Endes eines "Stripe"-Kontaktes in einem GaAs/GaAlAs Doppel-Heterostrukturlaser vorgesehen.Der implantierte Bereich ist bei einer Länge des Lasers von 250 um, 25 um lang. Der sendende Streifen (Stripe) 32 wurce ebenfalls durch Sauerstoffimplantation gebildet, um den spezifischen Widerstand der Seitenbereiche 31 hoch zu machen, wie bei- j ,spielsweise in der obengenannten Literaturstelle von Blum und Mitverfassern beschrieben. Der Einfachheit halber werden beide Berei- ! 14 ο

ehe 30 und 31 einer Ionenimplantation mit 1 χ 10 0 Atomen/cm bei einer Energie von 2,5 MeV unterzogen, wobei eine das Auftreffen vor 0-Atomen auf den Bereich 32 verhindernde Maske verwendet wurde.

Die zur Bildung des Doppel-Heterostrukturlasers verwendete Struktur der Schichten wird in den Fign. 4B und 4C wie folgt dargestellt;

p-dotierte GaAs Kontaktschicht 32 (1,4 um dick), p-dotierte GaAlAs Begrenzungsschicht 33 (0,5 tun dick), p-dotierte GaAs aktive Schicht 34 (0,3 um dick), η-dotierte GaAlAs Begrenzungsschicht 35 (1,5 um dick) und η-dotiertes GaAs Substrat 36. Das Laserlicht ■wird von der aktiven Schicht 34 in die durch in Fig. 4A mit L bezeichneten Pfeile angegebenen Richtungen emittiert. Die Fig. 4A stellt die Struktur entlang einer Ebene 4A-4A in Fig. 4C dar.

^!Das Halbleiterplättchen wird mit Vollelektroden 37 und 38 versehen, die mit einem Pumpimpulsgenerator verbunden sind. In diesem Ausführungsbeispiel wird ähnlich wie bei der in Fig. 2 dargestelliten Vorrichtung ein Absorberbereich 30 mit hohem spezifischem Widerstand verwendet, jedoch mit der Ausnahme, daß der Absorberbereich I in der Nähe der Mitte des sendenden Streifens 32 ist und nicht wie in Fig. 2 an einem Ende desselben. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden nur unwesentlich über den Schwellenwert von angenähert 1220 mA liegende Treiberströme verwendet, wobei regelmäßige Impulszüge (wie in Fig. 5 dargestellt) mit Frequenzen im Bereich von

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i3OO bis 600 MHz erzeugt. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel friit einem 50 um langen Absorberbereich können Frequenzen von 500 bis 850 MHz erzeugt werden. Die Impulswiederholungsfrequenz war, wie aufgrund theoretischer Überlegungen zu erwarten, proportional dem Ausdruck d , wobei I, der Arbeitsstrom und

I der Schwellenwert ist. T (Siehe beispielsweise die Veröffentlichung von N. G. Basov et al, Soviet Physics Uspekhi, Vol. 12, Okotber 1969, Seiten 219 bis 240).

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Gütegeschalteter Injektionslaser mit einem emittierenden ; übergang, mit einem Emitter- und einem sättigbaren Absorbtionsbereich, gekennzeichnet durch einen durch Ionenimplantation veränderten, die Ausdehnung der besagten Emitter- und Absorberbereiche (E, A) definierenden Bereich (1,30).
2. Gütegeschalteter Injektionslaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Medium aus einkristallinem GaAs und die Ionenimplantation aus 0-, Cr- oder Fe-Ionen besteht.
3. Gütegeschalteter Injektionslaser nach Anspruch 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterbereich (E) vom Absorberbereich (A) durch einen durch Ionenimplantation definierten und einen höheren spezifischen Widerstand aufweisenden Bereich (I) getrennt ist.
4. Gütegeschalteter Injektionslaser nach den Ansprüchen

1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberbereich (A) mit dem durch Ionenimplantation definierten und einen höheren spezifischen Widerstand aufweisenden Bereich identisch ist.
5. Gütegeschalteter Injektionslaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine den spezifischen Widerstand derartig erhöhende Ionenimplantation nach Art und Menge, daß ein Lecken des Injektionsstromes vom Emitter- zum Absorberbereich (E, A) verhindert wird.
6. Gütegeschalteter Injektionslaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine thermische Beeinflussung des Absorberbereiches (A) durch

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den Emitterbereich (E) verhindert wird.
7. Gütegeschalteter Injektionslaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Implantation mit Ionen erfolgt, bei denen die Energieniveaus genügend weit von den Leitfähigkeits- und Valenzbändern des einkristallinen Mediums entfernt sind.
8. Gütegeschalteter Injektionslaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine derartige Ionenimplantation nach Art und Menge, daß durch thermische Anregung keine Ladungsträger vom Leitungsband oder Valenz-

. band von oder zu den Energieniveaus der implantierten Ionen übertragen werden.
9. Gütegeschalteter Injektionslaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch gesonderte Pumpelektroden (10, 15) für den Emitterbereich (E) und für den Absorberbereich (A).
10. Gütegeschalteter Injektionslaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine für den Emitterbereich (E) und den Absorberbereich gemeinsame Pumpelektrode (19) , sowie durch eine die elektrische Leitfähigkeit des Absorberbereiches beeinflussende Ionenimplantation .
11. Gütegeschalteter Injektionslaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Ionenimplantation definierte Absorberbereich keine Pumpelektrode aufweist.
12. Gütegeschalteter Injektionslaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch je eine Pumpenergiequelle für den Emitterbereich (E) und den berbereich (A).

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13. Gütegeschalteter Injektionslaser nach einem oder mehreren, der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine gemeinsame Pumpenergiequelle für den Emitterbereich (E) und den Absorberbereich (A). j
14.. Gütegeschalteter Injektionslaser nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine derartige Ionenimplantation des Absorberbereiches, daß die die j beiden Bereiche durchfließenden Ströme im gewünschten '. Verhältnis stehen.
15. Gütegeschalteter Absorbtionslaser nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß '. der durch Ionenimplantation einen erhöhten spezifischen ; Widerstand aufweisende Bereich innerhalb des Absorber- j

bereichs in unmittelbarer Nähe des Emitterbereichs (E) ! liegt. I

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