DE2711293A1

DE2711293A1 - Diodenlaser

Info

Publication number: DE2711293A1
Application number: DE19772711293
Authority: DE
Inventors: Robert D Burnham; Donald R Scifres; William Streifer
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1977-03-15
Publication date: 1977-10-27
Also published as: FR2347802A1; NL7703815A; FR2347802B1; US4063189A; CA1071744A; JPS52123881A; JPS5931997B2; GB1549461A

Description

Xerox Corporation, Rochester» N.Y./USA

Diodenlaser

Die Erfindung betrifft einen elektrisch gepumpten Diodenlaser mit einem Mehrschichtlaserkörper aus Halbleitermaterialien, wobei eine der Schichten der aktive Bereich ist, und einem Gleichrichterübergang in dem Halbleiterkörper.

In den vergangenen Jahren sind beträchtliche Anstrengungen in der Erforschung des Diodenlasers gemacht worden. Vorteile der Diodenlaser sind die kleine Abmessung, die niedrigen Kosten, das niedrige Leistungserfordernis und die Fähigkeit, mit sehr hohen Datengeschwindigkeiten moduliert werden zu können. Darüberhinaus sind Diodenlaser außerordentlich stabil, da sie keine Glasgasentladungsröhre oder Außenspiegel, die dejustiert werden können, verwenden. Ferner ist die Leistung für den Lichtwirkungsgrad der Diodenlaser die höchste von allen Lasern bei Zimmertemperatur.

Zur Anwendung in weiten Bereichen müssen Diodenlaser die folgenden Merkmale aufweisen: sehr niedrige Ausgangsstrahldivergenz, Betrieb in der transversalen Eigenschwingung niedrigster Ordnung bei hohen Pumpstromniveaus, hohe Spitzenimpulsausgangsleistung, hoher Differentialquantenwirkungsguerschnitt und verhältnismässige Unabhängigkeit von der Seitenflächendegradation, die gewöhn-

709843/0613

lieh aus der hohen Leistungsdichte resultiert.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Diodenlaser mit einer niedrigen Ausgangsstrahldivergenz zu schaffen. Der Diodenlaser soll in der transversalen Eigenschwingung niedrigster Ordnung arbeiten können. Der Laser soll eine hohe Spitzenimpulsausgangsleistung bringen. Ferner soll der Diodenlaser einen hohen Differentialleistungswirkungsgrad besitzen und eine niedrige Seitenflächendegradation aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch einen Diodenlaser der eingangs beschriebenen Art gelöst, der gemäß der '. indung gekennzeichnet ist durch eine erste Einrichtung zum Vorspannen des Gleichrichterübergangs in Vorwärtsrichtung zum Erzeugen einer Trägerinjektion über den Gleichrichterübergang mit Trägerrekombination in der Schicht des aktiven Bereiches zum Erzeugen der Strahlung einer bestimmten Wellenlänge und eines bestimmten Eigenschwingungstyps, und eine zweite Einrichtung zum Erzeugen einer Ableitung eines Teils des Eigenschwingungstyps zu wenigstens einer zusätzlichen Schicht des Körpers aus Halbleitermaterialien, wobei der Absorptionskoeffizient der zusätzlichen Schicht so gewählt ist, daß dieser Teil des Eigenschwingungstyps durch diese zusätzliche Schicht nicht wesentlich gedämpft wird, und daß der Teil des Eigenschwingungstyps einen Winkel mit dem Gleichrichterübergang bildet und aus dem Körper entlang einer Fläche des Körpers emittiert wird, wobei die Fläche sich im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Gleichrichterübergangs erstreckt.

Bei dem Laser wird die Ableitungswellenkopplung verwendet. Die Ableitungswellenoperation wird dadurch erreicht, daß eine Lichtabschlußschicht zwischen dem laseraktiven Bereich und in einem Fall dem Lasersubstrat sehr dünn gemacht wird und die Zusammensetzung des Substrates so gewählt ist, daß die Leistungsabsorption der Laserwellenlänge niedrig ist. Wegen der geringen Dicke

709643/0613

der Abschlußschicht wird der Ableitungswellenausgang in das Lasersubstrat unter einem Winkel zu dem Gleichrichterübergang des Lasers emittiert. Diese Ableitungsstrahlung beleuchtet nach einer gewissen Absorption in dem Substrat die gespaltene Seitenfläche des Substrates und erzeugt ein Laserausgangssignal.

Da das Ableitungswellenausgangssignal über eine große Fläche der gespaltenen Seitenfläche des Substrates emittiert wird, ist die Ausgangestrahlkollimation ausgezeichnet, d.h. die Ausgangsstrahldivergenz ist sehr klein. Darüberhinaus arbeitet der Ableitungswellenträger in der Transversaleigenschwingung niedrigster Ordnung, weil die höheren Ordnungen der transversalen Eigenschwingung viel mehr Leistung an die Ableitungswelle verlieren als die Transversaleigenschwingung niedrigster Ordnung, und daher haben die Transversaleigenschwingungen höherer Ordnung wesentlich höhere Schwellwerte. Darüberhinaus besitzt der Ableitungswellenlaser eine hohe Ausgangsleistung, weil die Leistung über die ganze Länge der Lasersubstratoberfläche abgeleitet wird, und die Seitenflächenzerstörung wird minimalisiert, weil die Leistung über einen großen Flächenbereich der Substratoberfläche verteilt ist. Der Differentialquantenwirkungsgrad ist hoch, weil die Substratdotierung und -zusammensetzung so gewählt sind, daß die Ableitungswelle eine minimale Absorption in dem Substrat erfährt. Der Ableitungswellen-Heteroübergangsdiodenlaser erfüllt also die Voraussetzungen für die praktischen Anwendungen.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ableitungswellen-Heteroübergangsdiodenlasers;

Fig. 1a eine Seitenansicht eines Ableitungswellen-Heteroübergangsdiodenlasers mit der Darstellung der Schichtenzusammensetzungen und der Dicken;

709843/0613

Fig. 2 die Amplitude und Phase der TE -Eigenschwingungsfortpflanzung in dem in Fig. 1 gezeigten Laser;

Fig. 3 ein Vektordiagramm zum Ermitteln des Winkels des Ausgangssignals des in Fig. 1 gezeigten Lasers;

Fig. 4 eine Fernfeldabtastung des Lasers von Fig. 1a;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Ableitungswellen-Heteroübergangsdiodenlasers;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Ableitungswellen-Heteroübergangsdiodenlasers;

Fig. 7 die Feldstärke der Lasereigenschwingung, die durch den in Fig. 6 gezeigten Laser erzeugt wird;

Fig. 8 die Seitenansicht einer anderen Ausführungsform eines Ableitungswellenlasers;

Fig. 9 die Seitenansicht einer Laserausführung mit zwei Ableitungswellenausgangssignalen;

Fig. 10 die Seitenansicht eines Ableitungswellen-Heteroübergangsdiodenlasers mit anderen Zusammensetzungen;

Fig. 11 die Seitenansicht eines Ableitungswellenlasers mit einer Ableitung durch eine dotierte Schicht;

Fig. 12 eine Aufsicht und Endansicht eines Lasers mit Ableitung durch eine Schicht senkrecht zu dem Laser aktiven Bereich; und

Fig. 13 eine Aufsicht auf einen Ableitungswellenringlaser.

709843/0613

In Figur 1 ist ein Diodenlaser gemäß der Erfindung gezeigt, bei dem der Laser 2 eine Schicht 4 eines aktiven Bereiches, erste und zweite Strahlung und Träger einschließende Schichten 6 und 8, die die Schicht 4 begrenzen, eine Substratschicht 10 und eine Obersubstratschicht 11 aufweist. Der Brechungsindex des Materials der Schicht 4 des aktiven Bereiches ist größer als die Brechungsindizes der Materialien der Schichten 6 und 8. Die Dicke der Schicht 10 ist sehr groß im Vergleich zur Dicke der Schichten 4 und 8, und der Brechungsindex der Schicht 10 ist größer als der Brechungsindex des Materials der Schicht 8. Die Schichten 4, 6 und 11 sind p-gedopt, und die Schichten 8 und 10 sind η-gedopt, so daß ein Gleichrichterübergang 12 an der Grenzschicht zwischen den Schichten 4 und 8 und eine Nichtgleichrichtungsverbindung zwischen den Verbindungsschichten der Schichten 4 und 6, den Schichten 8 und 10 und den Schichten 6 und 11 gebildet ist. Alternativ dazu können die Schichten 8 und 10 vom p-Typ und die Schichten 4, 6 und 11 vom η-Typ sein und einen Gleichrichterübergang bei 12 bilden, oder die Schichten können auf andere Weise dotiert sein und einen Gleichrichterübergang an der Zwischenfläche zwischen den Schichten 4 und 6 oder anderswo bilden. Bei Vorwärtsspannung, wie es in Figur 1 gezeigt ist, bei der das an der Elektrode 14 angelegte Potential größer ist als das an der Elektrode 16 angelegte Potential, sind Träger in die Schicht des aktiven Bereiches 4 hineininjiziert und darin abgeschlossen und erzeugen eine Strahlung bei Trägerrekombination.

Bei herkömmlichen dualen Heteroübergangsdiodenlasern ist die Schicht des aktiven Bereiches dünn, etwa zwischen 0,1 und 0,5 Mikron, und die Abschlußschichten sind verhältnismäßig dick, d.h. größer als 1 Mikron, damit keine Leistung durch Leckstrahlung durch die Abschlußschichten in das Substrat verlorengeht, welches generell einen großen Verlst aufweist bei Wellenlängen, bei denen die Schicht des aktiven Bereiches emittiert. Wegen der

709843/0613

verhältnismäßig kleinen Dicke der Schicht des aktiven Bereiches ist die Strahldivergenz bei bekannten Diodenlasern verhältnismäßig groß.

Bei dem Diodenlaser nach der Erfindung ist die Schicht des aktiven Bereiches 4 verhältnismäßig dick im Vergleich zur Dicke der Abschlußschicht 8, d.h. die Schicht des aktiven Bereiches 4 kann in der Größenordnung von 0,1 bis 2,0 Mikron Dicke und die Abschlußschicht 8 in der Größenordnung von 0,5 bis 0,06 Mikron Dicke liegen. Wegen der geringen Dicke der Schicht 8 wird der totale optische Abschluß nicht durch die Schicht 8 gebildet, und ein Teil der in der Schicht des aki en Bereiches 4 erzeugten Strahlung wird bei Vorwärtsspannung derselben durch die Schicht 8 in das Substrat 10 unter einem sehr flachen Winkel Θ. in die Ebene des Überganges 12 emittiert. Der Teil der durch die Schicht 8 emittierten Strahlung (Ableitungswelle 18) beleuchtet, nachdem er in der sehr dicken Substratschicht 10 (25-1OO Mikron) eine gewisse Absorption erfahren hat, die gespaltene Seitenfläche oder Fläche 10* des Substrates 10, wobei die Ableitungswelle an der Substrat-Luftgrenzfläche zu dem grösseren Winkel θ erfährt, dem Winkel, den die Ableitungswelle 18 mit dem Gleichrichterübergang 12 bildet, wenn die Ableitungswelle in dem Substrat 10 existiert.

Wie ausgeführt, haben die Materialien der Schichten 6 und 8 einen niedrigeren Brechungsindex als das Material der Schicht des aktiven Bereiches 4, und das Material der Substratschicht 10 hat einen höheren Brechungsindex als das Material der Schicht 8, so daß der Winkel, den die Ableitungswelle 18 mit dem übergang 12 bildet, sehr flach ist. Der Äquivalentbrechungsindex für die gelenkte Welle der Schicht des aktiven Bereiches 4 und der Brechungsindex der Substratschicht 10 sind für die bevorzugte Laserwellenlänge im wesentlichen gleich mit der Schicht 10 mit einem etwas höheren Index. Beispielsweise können die Schichten 4, 6, 8 und 10 von den ternären Komponenten GaAlAs gebildet werden, wo-

709843/0613

bei die Schicht des aktiven Bereiches 4 und die Substratschicht 10 weniger Aluminium enthalten als die Schichten 6 und 8, so daß die Schicht 4 und die Substratschicht 10 einen höheren Brechungsindex haben als die Schichten 6 und 8. Beispielsweise können die Schicht des aktiven Bereiches 4 und die Substratschicht 10 Ga₁ Al As (0<z<0,3) und die Schichten 6 und 8 Ga₁ Al_As

JL^-Z Z 1~Z Z

(0,15<z<0,8) sein. Soll der Laser im nahen Infrarot arbeiten, so können die Schicht 4 und die Substratschicht 10 sehr wenig Aluminium oder überhaupt kein Aluminium enthalten. Der Brechungsindex der Schicht des GaAs mit p-Dotierungen ist sehr wenig grosser als bei einer Schicht von GaAs mit η-Dotierungen, so daß in dem Fall, in dem die Schicht 4 und die Substratschicht 1O beide GaAs sind, die Schicht 4 einen höheren Brechungsindex hat.

Wenn der Heteroübergangsdiodenlaser 2 in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist und der Pumpstrom über den Schwellerfordernissen liegt (in der Größenordnung von 7 Ampere, J = 6.00O A/cm bei 300° Kelvin), dann stellt sich in dem Laser 2 ein TE -Schwingungsmuster ein, wie es in Figur 2 gezeigt ist, wobei der Schwingungstyp in der gezeigten Richtung fortschreitet. Der Schwingungstyp klingt in der Schicht 6 wegen des niedrigen Brechungsindex der Schicht exponentiell ab und widersteht dem niedrigen Brechungsindex der Schicht 8 nicht, klingt aber in der Schicht nur wenig ab, weil die Schicht 8 extrem dünn ist. Der Schwingungstyp strahlt jedoch in die Substratschicht 10 hinein und erzeugt die Ableitungswelle 18. Die Abstrahlung in die Substratschicht 10 erfolgt, weil der Brechungsindex der Substratschicht 10 größer ist als der Äquivalentbrechungsindex η des Lasers 2, der wie bekannt die Brechungsindizes aller den Laser 2 bildenden Materialien berücksichtigt. Insbesondere ist der Äquivalentbrechungsindex η = ^₂A /2ir , wobei p_z die S chwingungs typ fortpflanzungskonstante des Lasers ist.

Die Ableitungswelle 18 bildet einen Winkel von θ^ mit der Ebene des Obergangs 12 und beleuchtet die Seitenfläche 10* der Schicht

709843/0613

10 über einen sehr großen Bereich mit der Ausdehnung d, für die angenähert gilt d = L tan (Θ.), wobei L wie gezeigt die Länge der Diode 2 ist. Der außenseitige Winkel θ_ο der Strahlung ist gegeben durch sin θ = n-_o sin θ^, wobei n_1Q der Brechungsindex des Materials der Substratschicht 10 ist. Die Winkel θ und B₁ werden bestimmt durch Auflösen der Schwingungstypmuster und Fortpflanzungskonstante B unter Verwendung der Gleichung fi_ - 2 ~η__/χ_η, wobei n__ wie oben definiert ist und λ_ die optische Wellenlänge im freien Raum des Schwingungstyps ist. Die Ableitungswelle pflanzt sich in der Substratschicht 10 unter

^2;Cn10 dem Winkel ©_i und einer Fortpflanzungskonstanten/3 ₁₀ = —-r fort.

Wie durch das Vektordiagramm in Figur 3 gezeigt ist, gilt β = ß'_Q COS (Θ,) , wobei ß.. die Fortpflanzungskonstante der Strahlung in der Substratschicht 10 ist. Eine Substitution für β_χ und /J₁₀ ergibt sin O₁-(^₀ - n^_q) ^{1 /2}/h., _Q und

2 2 1/2
sin θ = (n_1o - η ) , was eine Bedingung für n^_Q für einen

speziellen Winkel Θ. ergibt und somit die Bestimmung von d unter Verwendung der oben erwähnten Beziehung d = L tan (θ^) ergibt.

Da der Ableitungswellenausgangsstrahl über einen sehr großen Bereich d der Substratoberfläche 10' emittiert wird, ist die KoI-limation des Strahls 18 ausgezeichnet, d.h. die Divergenz des Ausgangsstrahls 18 ist sehr klein. Der Laser 2 arbeitet in der transversalen Eigenschwingung niedrigster Ordnung (TE ), weil die Eigenschwingungen höherer Ordnung mehr Energie an die Ableitungswelle verlieren und daher wesentlich höhere Schwellen haben. Der Laser hat auch eine hohe Ausgangsleistung, weil die Leistung über die ganze Länge L des Lasers entzogen wird. Der differentielle Wirkungsgrad des Lasers ist hoch, weil die Ausgangskupplung wegen der dualen Ausgänge so groß ist, eine von der normalen Emission vom aktiven Bereich wie beim herkömmlichen Doppelheterostrukturlaser und die zweite infolge der Ableitungswellenemission. Die Seitenflächeneinbuße wird minimalisiert,

709643/0613

weil die Ausgangsstrahlleistung über einen großen Bereich wie bei d angezeigt verteilt ist.

Der Heteroübergangsdiodenlaser kann durch Anwendung der konventionellen Flüssigkeitsphasenepitaxie-Techniken gezüchtet werden, die dem Fachmann bekannt sind. Es können aber auch die Molekularstrahlepitaxie und die Dampfphasenepitaxie verwendet werden. Ein spezifischer Laser, der so gezüchtet ist und die Dimensionen und Zusammensetzungen wie in Figur 1a aufweist, kann einen Ausgangsstrahl mit zwei Grad Divergenz senkrecht zu dem übergang 12 liefern, kann in den Eigenschwingungen TE_Q plus TM_Q niedrigster Ordnung bei sehr hohen Pumpniveaus arbeiten, kann eine 3 Watt-Spitzenausgangsleistung bei 300° Kelvin erzeugen und kann eine Differentialwirkung von 35-40% haben. Für den Laser in Figur 1a ist 6_Q ungefähr 3 Grad, 6_Q ungefähr 10,5 Grad und L ungefähr 400 /um. Die Fernfeldauflösung des Lasers von Figur 1a ist in Figur 4 gezeigt. Die Schwellpumpniveaus des Lasers der Haupterfindung sind hoch (ungefähr das Doppelte von dem bei einem ähnlichen herkömmlichen Laser mit Abschlußschichten herkömmlicher Dicke), weil so viel der Eigenschwingungsleistung in dem nichtgepumpten Substrat ist. Natürlich können die Stromschwellen durch Verwendung von Streifengeometrien reduziert werden.

Wie in Figur 5 gezeigt ist, können die gespaltenen Seitenflächen an den Kanten des aktiven Bereiches 4 des Lasers in Figur 1 mit hoch lichtreflektierenden Beschichtungen 20 versehen werden, um die von dem aktiven Bereich transmittierte Leistung zu verkleinern. Solche Beschichtungen können nach den Verfahren der Schattenmasken, der Elektroplattierung einer Seite des Gleichrichterübergangs 12 oder durch Abtreiben des Bindermaterials von den Kanten der aktiven Schicht 4 in einer Goldplattierungslösung mit der Wärme von der aktiven Schicht (die Kanten der Substratschicht 10 sind nicht so warm wie die Kanten der Schicht 4, da die Leistung dort mehr diffus ist, und die Kanten des Sub-

709843/0613

strats werden nicht wesentlich erwärmt, um das Bindermaterial abzutreiben) hergestellt werden.

Ein anderer Weg zum Erreichen einer optimalen Wirkungsweise besteht in der vollständigen Spiegelbeschichtung einer Seitenfläche des Lasers von Figur 1, wie in Figur 6 gezeigt, wobei die Beschichtung 22 hochlichtreflektierend ist. Die Beschichtung 22 bewirkt, daß die Wanderwelle, die sich in dem Laser von der reflektierenden Seitenfläche wegbewegt, größer ist als die Wanderwelle zu der reflektierenden Seitenfläche, und dadurch wird eine wesentlich stärkere Ableitungswelle in einer Richtung als in der anderen erzeugt. Die andere Se: iflache kann eine Gegenlichtreflektionsbeschichtung 24 darauf haben. Figur 7 zeigt den Feldintensitäts-vs-Abstand der Lasereigenschwingung, wie er durch den in Figur 6 gezeigten Laser erzeugt wird. Die Antireflektionsbeschichtung 24 kann eine Einrichtung zum vorzugsweisen Reflektieren der Normalemission der Schicht des aktiven Bereiches 4 und der vorzugsweisen Transmission der Ableitungswelle 18 bilden. Das wird dadurch erreicht, daß die Beschichtung 24 so hergestellt wird, daß sie eine Dicke hat, die gleich ^Ableitungswelle^^{4 (oder} ungerade ganzzahlige Vielfache davon) ist, wobei die Ableitungswelle unter dem Winkel Θ. emittiert wird. Eine Beschichtung der Dicke λAbi_eitungswelle^{/4 ist nicht} ein Vielfaches der Viertelwellenlänge der Normalemission von der Schicht des aktiven Bereiches 4, da die Normalemission normal auf die Beschichtung 24 auftrifft. Die Welle, die die Λ/4-Weglänge erfährt (die Ableitungswelle 18), erfährt eine niedrigere Reflektion als die Welle (die Normalemissionswelle), die die λ/4-Weglänge nicht erfährt.

In Figur 8 ist eine andere Ausführungsform eines Lasers mit einem Ableitungswellenausgangssignal gezeigt. Die Schicht 8 des Lasers von Figur 8 weist einen Teil 8a auf, der die herkömmliche Dicke (größer als 1 Mikron) und einen sehr dünnen Teil 8b (0,5

7098U/0613

bis 0,06 Mikron) hat. Das Ableitungswellenausgangssignal tritt nur entlang des dünnen Teils 8b auf, wodurch die Vorrichtungsschwelle herabgesetzt und die Ableitungswellendämpfung durch
die Substratschicht 10 erniedrigt wird.

Bei den oben beschriebenen Lasern ist nur eine Abschlußschicht sehr dünn gemacht, und das Ableitungswellenausgangssignal kommt nur von einer Seite der Schicht des aktiven Bereiches. Figur 9 zeigt einen Laser gemäß der Erfindung, bei dem beide Abschlußschichten 6 und 8 sehr dünn ausgebildet sind (0,5 bis 0,06
Mikron) und beide Schichten 6 und 8 die oben genannten Relativbrechungsindizes-Voraussetzungen erfüllen, d.h. das Material
der Schicht des aktiven Bereiches 4 und die Materialien der
Schichten 10 und 11 haben einen höheren Brechungsindex als die Materialien der Schichten 6 und 8, wobei der Äquivalentbrechungsindex für die Ieitungsgebundene Welle in der Schicht des aktiven Bereiches 4 und der Brechungsindex der Schichten 10 und 11 vorzugsweise im wesentlichen gleich sind, wobei aber der Brechungsindex der Schichten 10 und 11 ein wenig höher als der Äquivalentbrechungsindex ist. Da die Schicht 10 einen anderen Brechungsindex als die Schicht 11 haben kann infolge verschiedener Materialien oder infolge von Dotierung, können die beiden Ableitungswellen unter ungleichen Winkeln zum übergang 12 emittiert werden.

Die Schicht des aktiven Bereiches der oben beschriebenen Laser ist GaAs. Der aktive Bereich kann aus anderen Materialien gebildet sein, die gewöhnlich in Halbleiterlasern verwendet werden, und Figur 10 zeigt einen Laser gemäß der Erfindung mit einem aktiven Bereich 4, Abschlußschichten 6 und 8 und einer Obersubstratschicht 15, die alle aus GaAlAs gebildet sind, wobei die
Schichten 4 und 15 niedrigere Brechungsindizes als die Schicht 8 infolge eines geringeren Aluminiumgehalts haben. Der Laser
gemäß Figur 10 kann aus zahlreichen Kompositionen von Materia-

70980/0813

■λ-,

lien zusammengesetzt sein, so lange wie der aktive Bereich durch wenigstens eine dünne Abschlußschicht begrenzt ist und die Brechungsindizes die oben genannten richtigen Relationen erfüllen. GaAlAsP ist ein Beispiel einer geeigneten Materialzusammensetzung mit anderen, die Zusammensetzungen aus üblicherweise verwendeten Festkörperlasermaterialien wie beispielsweise Ga, Al, As, P, In, Sb, Pb, Sn und Te sind. Wie in Figur 11 gezeigt ist, kann die Abschlußschicht dadurch geschaffen werden, daß ein Teil des Substrats stark dotiert wird, wobei der stark dotierte Substratteil 8d eine dünne Abschlußschicht mit dem richtigen Brechungsindexverhältnis bildet.

In allen oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Schicht, die die Ableitungswellenkopplung bewirkt, parallel zu dem laseraktiven Bereich. Da sich die Laserwellen in einer Richtung ausbreiten, sind zwei Seiten da, auf denen die dünne Schicht angebracht werden kann, die eine Ableitungswellenkopplung bewirkt. In dem Laser von Figur 12, von dem in den Figuren 12a und 12b Aufsicht und Endansicht gezeigt sind, ist die dünne Schicht 30 mehr senkrecht zu der Ebene 12 des Lasergleichrichterübergangs als parallel zu dem Übergang vorgesehen, um ein Ableitungswellenausgangssignal durch die Schicht 30 zu bilden. Der Aufbau von Figur 12 ist anwendbar auf abgedeckte bzw.verdeckte bzw. Erd-Heteroübergangslaser.

Figur 13 zeigt die Verwendung eines Ableitungswellenausgangssignals in einem Ringlaser. Die Lichtableitungsschicht 40 ist senkrecht zur Ebene des Lasergleichrichterübergangs angeordnet. Der Strahl, der in der Schicht des aktiven Bereiches wandert, wird vollständig durch die gespaltenen Seitenflächen innen reflektiert, aber die Ableitungswelle (der?§missionswinkel durch Variation der BrechungsIndizes eingestellt werden kann) kann so gebildet werden, daß sie unter nahezu senkrechtem Winkel (wie gezeigt) auf die Seitenflächen auftrifft, so daß das Ableitungs-

709843/0613

ausgangssignal nicht vollsSndig reflektiert wird. Da der Strahl in dem aktiven Bereich eine vollständige Reflektion erfährt, ist die Schwelle des Lasers von Figur 13 verhältnismäßig niedrig, obwohl ein Ableitungswellenausgangssignal auftritt.

709843/0613

Claims

Patentansprüche

)Elektrisch gepumpter Diodenlaser mit einem Mehrschichtlaserkörper aus Halbleitermaterialien, wobei eine der Schichten der aktive Bereich ist, und einem Gleichrichterübergang in dem Halbleiterkörper, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung zum Vorspannen des Gleichrichterübergangs in Vorwärtsrichtung zum Erzeugen einer Trägerinjektion über den Gleichrichterübergang (12) mit Trägerrekombination in der SALcht des aktiven Bereiches zum Erzeugen der Strahlung einer bestimmten Wellenlänge und eines bestimmten Eigenschwingungstyps, und

eine zweite Einrichtung (8) zum Erzeugen einer Ableitung (18) eines Teils des Eigenschwingungstyps zu wenigstens einer zusätzlichen Schicht (1O) des Körpers aus Halbleitermaterialen, wobei der Absorptionskoeffizient der zusätzlichen Schicht (10) so gewählt ist, daß dieser Teil des Eigenschwingungstyps durch diese zusätzliche Schicht (1O) nicht wesentlich gedämpft wird, und daß der Teil des Eigenschwingungstyps einen Winkel (Θ.) mit dem Gleichrichterübergang (12) bildet und aus dem Körper entlang einer Fläche (10*) des Körpers emittiert wird, wobei die Fläche sich im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Gleichrichterübergangs (12) erstreckt.
2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine sehr dünne Halbleiterschicht (8) zwischen der Schicht des aktiven Bereiches (4) und der zusätzlichen Schicht (10) ist.
3. Laser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (8} aus einem Material mit einem niedrigeren Brechungsindex als der der Materialien der Schicht des aktiven Bereiches (4) und der zusätzlichen Schicht (10) gebildet ist.

709843/0613

ORIGINAL INSPECTED
4. Laser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Schicht (8) eine Dicke zwischen 0,5 und 0,06 Mikron aufweist.
5. Laser nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des aktiven Bereiches (4) zwischen 0,1 und 2,0 Mikron dick ist.
6. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung eine Ableitung eines Teils der Eigenschwingung zu Schichten des Körpers auf beiden Seiten des aktiven Bereiches (4) bewirkt.
7. Laser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung aus einem Paar dünner Halbleiterschichten gebildet ist, von denen jeweils eine auf jeder Seite der Schicht des aktiven Bereiches (4) vagesehen ist und die jeweils eine Dicke zwischen 0,5 und O,06 Mikron aufweisen.
8. Laser nach einem der Ansprüche 2-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht zwischen der Schicht des aktiven Bereiches und der zusätzlichen Schicht einen sehr dünnen Teil aufweist, durch den ein Teil der Eigenschwingung abgeleitet wird, und einen Teil, der dicker als dieser dünne Teil ist, aufweist.
9. Laser nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein Bereich neben dem aktiven Bereich (4) mit einer wesentlich höheren Dotierungskonzentration als in dem aktiven Bereich (4) oder der zusätzlichen Schicht (10) ist.
10. Laser nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß hoch lichtreflektierende Schichten (20) an den Rändern der Schicht des aktiven Bereiches (4) vorgesehen sind.

709843/0813
11. Laser nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungen (20) im wesentlichen hundertprozentig lichtreflektierend sind.
12. Laser nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Rand des Körpers eine hoch-lichtreflektierende Beschichtung und auf seinem anderen Rand eine Antireflektionsbeschichtung aufgebracht ist, so daß der Teil der Eigenschwingung durch die Antireflektionsbeschichtung aus dem Körper austritt, und daß die Ränder im wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Schicht des aktiven Bereiches (4) ausgebildet sind.
13. Laser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Antireflektionsschicht eine Dicke aufweist, die gleich einem ungeraden ganzzahligen Vielfachen einer Viertelwellenlänge des Ableitungsteils der Eigenschwingung ist.
14. Elektrisch gepumpter Heteroübergangsdiodenlaser mit einem Festkörper aus einer Mehrzahl von benachbarten Schichten, gekennzeichnet durch

die Ausbildung einer der Schichten als aktiver Bereich aus einem Halbleitermaterial,

eine sehr dünne Abschlußschicht auf wenigstens einer Seite der Schicht des aktiven Bereiches, wobei diese Abschlußschicht aus Halbleitermaterial gebildet ist und einen Brechungsindex aufweist, der kleiner ist als der Brechungsindex des Halbleitermaterials der Schicht des aktiven Bereiches, eine zusätzliche Schicht aus Halbleitermaterial auf der Seite der Abschlußschicht abseits der Schicht des aktiven Bereiches, wobei das Material der zusätzlichen Schicht einen höheren Brechungsindex als das Material der Abschlußschicht aufweist, einen Gleichrichterübergang in dem Halbleiterkörper, eine Einrichtung zum Vorspannen des Gleichrichterübergangs zum Erzeugen einer Trägerinjektion über den Gleichrichterübergang mit Trägerrekombination in der Schicht des aktiven Bereiches

709843/0613

zum Erzeugen der Strahlung einer gegebenen Wellenlänge und Eigenschwingung, wobei die Abschlußschicht so dünn ist, daß ein Teil der Eigenschwingung der erzeugten Strahlung in die zusätzliche Schicht austritt und eine zu der zusätzlichen Schicht gehenden Ableitungswelle bildet, die einen Winkel mit dem Gleichrichterübergang bildet, wobei der Absorptionskoeffizient der zusätzlichen Schicht so gewählt ist, daß die Ableitungswelle der Eigenschwingung durch die zusätzliche Schicht nicht wesentlich gedämpft wird.
15. Laser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine sehr dünne Abschlußschicht auf beiden Seiten der Schicht des aktiven Bereiches vorgesehen ist, die beide aus Halbleitermaterial gebildet sind und deren Brechungsindex niedriger ist als der Brechungsindex des Materials der Schicht des aktiven Bereiches, und daß jede Abschlußschicht zwischen 0,5 und 0,06 Mikron dick ist.
16. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der Eigenschwingung aus dem Körper abseits von den Seiten der Schicht des aktiven Bereiches emittiert wird.

709843/0613