DE3332398A1 - Multimodenlaser - Google Patents

Description

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R.Dorn-M.Schnei der 10-1

HuLt imodenLaser

Die Erfindung betrifft einen MuLtimodenLaser mit einem Substrat, mit einer epitaktisch aufgebrachten Zwischenschicht, einer epitaktisch aufgebrachten aktiven Schicht und einer epitaktisch aufgebrachten Deckschicht, bei dem der Leitfähigkeitstyp der Zwischenschicht gLeich dem des Substrats und entgegengesetzt dem der Deckschicht ist.

Für den Einsatz in G Lasfase machrichtensystemen mit Übertragungsraten bis ca. 200 Mbit/s werden orzugsweise Gradientenfasern benutzt. Für diesen Bereich kommen aLs LichtqueLLe vorzugsweise MuLtimoden Läser in Betracht, da Monomoden Laser infolge ihrer großen Kohärenz Länge durch Rückstreuung aus der Faser zu starkem Rauschen neigen. Entsprechende MuL ti moden laser wurden bisher insbesondere für den We Ilenlängenbereich um 850 nm nach dem "V-Nut-Prinzip" hergesteLlt. Dieses Prinzip wurde auch für den WeLlenlängenbereich über 1000 nm angewandt. Das Prinzip erfordert eine gut kontro L Ii erbare Diffusion, was nur mit großem experimentellem Aufwand erreicht werden kann.

ZT/P2-Bs/Gn

02.09.1983 - 4 -

R.Dorn 10-1

Gebrauch Li ehe Oxid-StreifenLaser mit 15 - 20 ym breiten Streifen Lassen sich nicht verwenden, da sie im StrompuLs zu Veränderungen des NahfeLdes und damit zu Intensität sschwankungen neigen. Ein Ausweg wurde von D.Renner und G.HenshaLL im Februar 1981 in der Zeitschrift IEEE JournaL of Quantum ELectronics, Band QE 17, Seiten 199 bis 202, vorgeschLagen, der vorsieht, die Breite des in der Oxid-Iso L i e rs chi cht ausgesparten Streifens auf wenige Mikrometer zu verringern. Dadurch wird zwar ein stabiLes MuLtimodenverhaLten erreicht, es treten jedoch thermische ProbLeme auf. Durch die schmalere KontaktfLäche wird der StromfLuß konzentriert. Bei KontaktfLachen mit weniger aLs 10 ym Breite steigt der SchweL Lenstrom des Lasers mit schmaLer werdendem Kontakt an. Durch den höheren Schwellenstrom und den konzentrierteren StromfLuß entsteht beim Betrieb mehr VerLustwärme. Die Abfuhr der VerLustwärme wird durch das schmalere Fenster im Oxid stärker behindert. Da die Eigenschaften von HaLbLeiterLasern stark temperaturabhängig sind, ist die als Folge der genannten Nachteile auftretende Temperaturerhöhung unerwünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Multimodenlaser der genannten Art die Wärmeabfuhr zu verbessern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein schmaLer epitaktisch aufgebrachter Kontaktstreifen vorhanden ist, daß der Leitfähigkeitstyp des Kontaktstreifens gLeich dem der Deckschicht ist, daß die Dotierung des Kontaktstreifens höher ist als die der Deckschicht, daß der Bandabstand im Kontaktstreifen geringer ist als in der Deckschicht, daß die Dotierung an der Oberfläche des Kontaktstreifens weiter gegenüber der der Deckschicht erhöht ist, daß eine Schottkykontaktschicht den Kontaktstreifen

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und die nicht von diesem bedeckten TeiLe der Deckschicht abdeckt und daß die Schottkykontaktschicht mittels eines Lots auf einer Wärmesenke aufgelötet ist.

Vorteilhafterweise besteht der Laser aus Materialien des InP/GalnAsP-HaLbleitersystems oder aus solchen des GaAs/GaAlAs-Systems, Die Schottkykontaktschicht besteht beispielsweise aus Titan und Gold.

Ein erfindungsgemäß aufgebauter MuItimoden läser hat außerdem den Vorteil, daß das den Stromfluß seitlich begrenzende Fenster näher an der aktiven Schicht angeordnet ist, so daß die Strompfadverbreiterung (current spreading) geri nger i st.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnung weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen MuItimoden läser nach dem Stand der Technik. Die Schnittebene liegt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung .

Fig. 2 zeigt in entsprechender Darstellung den Schnitt durch einen erfindungsgemäß aufgebauten Multimoden Iase r.

Anhand von Fig. 1 wird zunächst ein MuItimoden läser nach dem Stand der Technik beschrieben. Auf einem n-leitenden InP-Substrat 1 ist zunächst eine η-leitende InP-Zwischenschicht 2 mit gegenüber dem Substrat erhöhter Leitfähigkeit epitaktisch aufgebracht. Es folgt eine aktive Schicht 3 aus GaInAsP, eine p-leitende Deckschicht 4 aus InP und

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eine p-leitende Kontaktschicht 5 aus GaInAsP. Auch diese Schichten 3 , 4 , 5 sind epitaktisch aufgebracht. Es folgt eine Isolierschicht 9 aus Siliziumoxid, in der ein streifenförmiges Fenster 11 offengelassen ist. Eine darauf aufgebrachte Schottkykontaktschicht 6 hat im Bereich des Fensters 11 Verbindung zur Kontaktschicht 5 und ist im übrigen Bereich durch die Isolierschicht 9 von dieser getrennt. Die Schottkykontaktschicht 6 ist über ein Lot 7 mit einer Wärmesenke 8 elektrisch und thermisch leitend verbunden. Auf der der Zwischenschicht 2 abgewandten Seite des Substrats 1 ist eine weitere Kontaktschicht 10, beispielsweise aus AuSn, aufgebracht.

Das Fenster 11 in der Isolierschicht 9 ist im Hinblick auf den elektrischen Stromfluß dimensioniert. Aber auch die Verlustwärme kann zwangsläufig nur durch dieses Fenster abfließen. Es wäre günstiger, wenn die Verlustwärme großflächiger abfließen könnte.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten erfindungsgemäßen Multimodenlaser kann die Verlustwärme großflächig abfließen. Der Aufbau aus Kontaktschicht 10, Substrat 1, Zwischenschicht 2, aktiver Schicht 3 und Deckschicht 4 ist weitgehend gleich wie beim Laser nach dem Stand der Technik. Die epitaktisch aufgebrachte p-leitende Kontaktschicht 5 aus GaInAsP ist jedoch bis auf einen schmalen Streifen wieder abgeätzt.

Die Schottkykontaktschicht 6 hat damit, wie beim Laser nach dem Stand der Technik, eine streifenförmige Verbindung zur Kontaktschicht 5, grenzt im übrigen aber direkt an die Deckschicht 4 an. Der übergangswiderstand zwischen Kontaktschicht 5 und Schottkykontaktschicht 6 ist durch eine flache Zink-Di ffusion in die Kontaktschicht 5 stark reduziert. Dadurch entsteht wiederum ein streifenförmiges

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Fenster 11 für den elektrischen Strom, da die elektrische Leitfähigkeit von der Deckschicht 4 über die Kontaktschicht 5 in die Schottkykontaktschicht 6 wesentlich besser ist als von der Deckschicht 4 direkt zur Schottkykontaktschicht 6. Der thermische übergangswiderstand ist jedoch im Bereich des Fensters 11 nicht wesentlich anders als im übrigen Bereich. Die VerLustwärme kann damit über die gesamte Breite der Deckschicht 4 an die Schottkykontaktschicht und damit über das Lot 7 an die Wärmesenke 8 abgegeben werden.

Das Fenster 11, durch das die elektrische Stromverteilung bestimmt wird, liegt nun näher an der aktiven Schicht 3 und kann deshalb breiter sein als beim Stand der Technik. Damit wird auch, bei vorgegebenen Strom, die Stromdichte und damit die Verlustleistung geringer. Dadurch werden die thermischen Eigenschaften eines erfindungsgemäßen MuI ti moden läse rs weiter verbessert.

Da die Deckschicht 4 geringer dotiert ist und eine größere Energielücke aufweist als die Kontaktschicht 5 und durch die zusätzliche Zinkdiffusion in die Kontaktschicht 5 ist erreicht, daß im Bereich der Kontaktschicht 5 der elek-. trische Kontakt zwischen Deckschicht 4 und Schottkykontaktschicht 6 wesentlich besser ist als im übrigen Bereich. Dieselben Eigenschaften können auch bei MuItimodenlaser aus anderen Materialien erreicht werden; der erfindungsgemäße Aufbau mit den erfindungsgemäßen Vorteilen kann auch bei MuItimodenlasern aus anderen Materialien erreicht werden, beispielsweise aus solchen des GaAs/GaAlAs-HaIbleitersystems.

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Claims (3)

1. Standard Elektrik Lorenz
   Aktiengesei Ischaft
   Stuttgart

   R. Dorn-M .Schnei der 10-1

   Pat entansprüche

   MuLtimodenlaser mit einem Substrat, mit einer epitaktisch aufgebrachten Zwischenschicht, einer epitaktisch aufgebrachten aktiven Schicht und einer epitaktisch aufgebrachten Deckschicht, bei dem der Leitfähigkeitstyp der Zwischenschicht gleich dem des Substrats und entgegengesetzt dem der Deckschicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein schmaler epitaktisch aufgebrachter Kontaktstreifen (5) vorhanden ist, daß der Leitfähigkeitstyp des Kontaktstreifens (5) gleich dem der Deckschicht (4) ist, daß die Dotierung des Kontaktstreifens (5) höher ist als die der Deckschicht (4), daß der Bandabstand im Kontaktstreifen (5) geringer ist als in der Deckschicht (4), daß die Dotierung an der Oberfläche

   15' des Kontaktstreifens (5) weiter gegenüber der der Deckschicht (4) erhöht ist, daß eine Schottkykontaktschicht (6) den Kontaktstreifen (5) und die nicht von diesem bedeckten Teile der Deckschicht (4) abdeckt und daß die Schottkykontaktschicht (6) mittels eines Lots (7) auf einer Wärmesenke (8) aufgelötet ist.

   ZT/P2-Bs/Gn

   02.09.1982 - 2 -

   R. Dorn 10-1
2. 2. MuLtimoden Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser aus MateriaLien des InP/GalnAsP-HaLbLeitersystems besteht.
3. 3. MuLtimodenLaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Laser aus MateriaLien des GaAs/GaALAs-HaLbLeitersystems besteht.