DE3545896C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaservorrich­ tung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine Halbleiterlaservorrichtung dieser Art ist in der JP-OS 52-57 790 beschrieben. Bei dieser bekannten Halbleiterlaser­ vorrichtung, deren Aufbau schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, bilden auf einem Substrat 91 ausgebildete Laserelemente 92 eine Reihenanordnung, mittels der eine Vielzahl von Laser­ strahlen erzeugbar ist, die in der Darstellung der Fig. 1 nach rechts aus der Halbleiterlaservorrichtung austreten. Um einen Rückschluß auf die tatsächliche Lichtstärke der jeweils erzeugten Laserstrahlen und damit eine Lichtregelung zu ermöglichen, erzeugt jedes Laserelement einen weiteren Laserstrahl, der in einer zweiten Richtung, nämlich gemäß Fig. 1 nach links, aus dem betreffenden Laserelement austritt und von einem jeweils zugeordneten Fotodetektorelement 93 erfaßt wird. Das von den Fotodetektorelementen abgegebene Signal kann somit als Lichtstärken-Istwert einer Regelschal­ tung zugeführt werden.

Um eine möglichst präzise Regelung zu erreichen, ist es von wesentlicher Bedeutung, daß die Ausgangssignale der Fotode­ tektorelemente die jeweilige Lichtstärke der erfaßten Laser­ strahlen genau wiedergeben. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Ausgangssignale der Fotodetektorelemente bei der bekannten Halbleiterlaservorrichtung einer gewissen Schwan­ kung unterworfen sind, welche die erzielbare Regelungsquali­ tät entsprechend herabsetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterla­ servorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß die von den Fotodetektorele­ menten erzeugten Ausgangssignale der jeweiligen Lichtstärke der erzeugten Laserstrahlen genau entsprechen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeich­ nungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen ge­ löst.

Es wurde gefunden, daß die Schwankungen in den Ausgangssi­ gnalen der Fotodetektorelemente der bekannten Halbleiterla­ servorrichtung davon herrühren, daß die jeweiligen Fotode­ tektorelemente durch Streuung nicht nur das Licht des Laserstrahls des jeweils zugeordneten Laserelements, sondern auch einen Teil des Lichts der Laserstrahlen benachbarter Laserelemente erfassen. Indem nun erfindungsgemäß Licht­ abschirmelemente vorgesehen sind, die so angeordnet sind, daß der Empfang des Lichts benachbarter Laserelemente ver­ hindert ist, wird erreicht, daß die von den Fotodetektor­ elementen erzeugten Ausgangssignale die Lichtstärke des jeweils zugeordneten Laserelements höchst genau wiederspie­ geln. Erfindungsgemäß wird daher eine sehr genaue Regelung der Lichtstärke der erzeugten Laserstrahlen ermöglicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu­ tert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine herkömmliche Halbleiterlaservorrichtung;

Fig. 2 bis 4 eine Halbleiterlaservorrichtung ge­ mäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wo­ bei Fig. 2 eine Draufsicht, Fig. 3 eine Vorderansicht eines Schnitts längs einer Linie A-A′ in Fig. 2 und Fig. 4 eine Seitenansicht eines Schnitts längs einer Linie B-B′ in Fig. 2 zeigt; und

Fig. 5 bis 8 weitere Ausführungsbeispiele der Halbleiterlaservorrichtung.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen jeweils eine Draufsicht, eine Schnitt-Vorderansicht und eine Schnitt-Seitenansicht einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem ersten Ausführungs­ beispiel, bei dem eine Laserzeile 1 aus Laserelementen 1 a, 1 b, 1 c, . . . und eine Fotodetektorzeile 2 aus Fotodetektorelemente 2 a, 2 b, 2 c, . . . als in Form eines mono­ lithischen Aufbaus beispielsweise mittels eines fotolitho­ grafischen Prozesses in der Weise ausgebildet sind, daß gemäß Fig. 2 die Laserelemente 1 a, 1 b, 1 c, . . . jeweils genau mit den Fotodetektorelementen 2 a, 2 b, 2 c . . . über­ einstimmen bzw. mit diesen ausgerichtet sind. Auf diese Weise werden die Fotodetektorelemente zum Überwachen der Ausgangssignale der Laserelemente mit diesen in 1 : 1- Übereinstimmung gebracht. Zum Erzeugen von Licht bzw. Laserstrahlen ist eine aktive Schicht 8 vorgesehen. Das infolge eines zwischen Elektroden 11 und 13 fließenden Stroms in der aktiven Schicht 8 erzeugte Licht wird durch Resonanz in Schichten 15 und 16 in Form von Laserstrahlen abgegeben. Sogenannte Umkleidungsschichten 7 und 9 dienen dazu, das in der aktiven Schicht 8 erzeugte Licht in der Nähe derselben zu halten.

Von zwei aus einem jeweiligen Laserelement austretenden Strah­ len 17 und 18 überquert der erste Strahl 17 eine Nut 14 und tritt in das zugeordnete Fotodetektorelement ein, in welchem er mittels einer Spannung, die zwischen eine Elektrode 12 und die Elektrode 13 angelegt und gewöhnlich entgegengesetzt zu der zwischen die Elektroden 11 und 13 angelegten Spannung gepolt ist, in einen Aus­ gangs-Fotostrom umgesetzt wird. Durch Regelung der Spannung zwischen den Elektroden 11 und 13 entsprechend dem Ausgangs-Fotostrom kann ein geeignetes Lichtausgangs­ signal erzielt werden.

Zum Verhindern eines Übersprechens zwischen den Laserele­ menten 1 a, 1 b, 1 c, . . ., nämlich durch Empfang von Licht aus nicht zugeordneten Laserelementen durch ein jeweiliges Fotodetektorelement, sind in Bereichen, die jeweils zwi­ schen den Laserelementen 1 a, 1 b, 1 c, . . . und den Fotodetektorelementen 2 a, 2 b, 2 c, . . . liegen und jeweils der Breite der Nut 14 entsprechen, Lichtabschirmelemente 4 a, 4 b, . . . angebracht. Infolgedessen wird beispielsweise durch das Lichtabschirmelement 4 a verhindert, daß das Licht aus dem Laserelement 1 b zu dem Fotodetektorelement 2 a gelangt.

Zur Erläuterung des Verfahrens zur Herstellung der Halb­ leiterlaservorrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nun auf die Fig. 2 bis 4 Bezug genommen.

Auf einem Substrat 5 aus n-GaAs werden in Aufeinanderfol­ ge, beispielsweise durch Molekular-Epitaxie, eine Si- dotierte n-GaAs-Schicht 6 in einer Dicke von ungefähr 2 µm, eine n-AlGaAs-Schicht von 2 µm als Umkleidungsschicht 7, eine undotierte GaAs-Schicht von 0,1 µm Dicke als aktive Schicht 8, eine Be-dotierte p-AlGaAs-Schicht von 2 µm Dicke als Umkleidungsschicht 9 und eine p-GaAs-Schicht 10 von 0,2 µm Dicke ausgebildet.

In den auf diese Weise gebildten Schichten werden in Bereichen 3 gemäß Fig. 2 durch Trockenätzung, die durch Ionenbestrahlung erreicht wird, Vertiefungen in einer Tiefe von 4 µm ausgebildet.

Schließlich werden nach dem Ausbilden von Strombegren­ zungsbereichen mit SiO₂-Schichten 19, die den Strom zu den Laserelementen durchlassen, die Elektroden 11, 12 und 13 ausgebildet.

Das bei dieser Halbleiterlaservorrichtung gemessene Übersprechen hatte einen niedrigen Anteil von 5% oder weniger.

Die Abmessungen der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung sind z. B. folgende: die Laserelemente 1 a, 1 b, 1 c, . . . und die Foto­ detektorelemente 2 a, 2 b, 2 c, . . . sind in einem Teilungsab­ stand von 100 µm angeordnet, während die (in der Zeich­ nung vergrößert dargestellte) Nut 14 10 µm breit ist.

Jedes der Lichtabschirmelemente 4 a, 4 b, . . . ist 30 µm breit und 15 µm lang, wobei ihre Enden sich jeweils in den Zwischenraum benachbarter Fotodetektor­ elemente 2 a und 2 b bzw. 2 b und 2 c erstrecken.

Im folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele der Halbleiterlaservorrichtung beschrieben.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem im Gegensatz zu dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau zwischen benachbarten Laserelementen 41 a bis 41 c Ätznuten 43 aus­ gebildet und bei dem Lichtabschirmelemente 44 a und 44 b freistehend gebildet sind, wie es in Fig. 6 in perspektivischer Ansicht gezeigt ist. Fig. 6 zeigt Fotodetektorelemente 42 a bis 42 c und aktive Schichten 45 a bis 45 c zur Lichterzeugung.

Bei einem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Ätznutenbereich 63 wie bei der in Fig. 2 gezeigten Ge­ staltung auf den Bereich von Fotodetektorelementen 62 a bis 62 c beschränkt, während Lichtabschirmelemente 64 a und 64 b freistehend wie bei dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 5 ausgebildet sind. Mit 61 a bis 61 c sind Laserelemente bezeichnet.

Bei einem in Fig. 8 gezeigten weiteren Ausführungsbei­ spiel sind Ätznuten 73 a und 73 b nur zwischen jeweils einander gegenüberstehenden Laserelementen 71 a bzw. 71 b und Fotodetektorelementen 72 a bzw. 72 b ausgebildet sowie, gemäß der Darstellung durch gestrichelte Linien, Isolier- bzw. Trennschichten 74 und 75 gebildet, die als Lichtabschirmelemente dienen. Diese Isolierschichten 74 und 75 werden durch Ionenimplantation geformt. Die Licht­ abschirmelemente werden allgemein so hoch wie die epita­ xial gewachsenen Schichten gebildet, müssen aber minde­ stens ungefähr so hoch wie die aktive Schicht sein.

Bei der erfindungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung be­ steht ein beträchtlicher Spielraum hinsichtlich des Zu­ sammenhangs zwischen dem Laserelement und dem Fotodetek­ torelement, jedoch muß die obere Elektrode 12 auf jedem Fotodetektorelement irgendwo von der n-Umkleidungs­ schicht 7 getrennt sein, um sie elektrisch von der oberen Elektrode 11 auf dem jeweiligen Laserelement zu trennen. Eine gleichartige elektrische Trennung ist auch zwischen den verschiedenen Fotodetektorelementen anzustreben, je­ doch müssen an den Laserelementen nur die Speiseelektro­ den voneinander getrennt werden.

Die vorstehende Beschreibung ist zwar auf GaAs be­ schränkt, jedoch sind auch andere III-II-Verbindungs-Halbleiter, wie z. B. in GaAsP, anwendbar.

Der Teilungsabstand der Laserelemente oder der Fotodetek­ torelemente wird üblicherweise in einem Bereich von 10 bis 300 µm gewählt, jedoch ist eine gleichartige Wirkung auch bei einem kleineren oder größeren Teilungsabstand zu erwarten.

Wie vorangehend erläu­ tert wurde, werden die Lichtabschirmelemente vorteilhafter­ weise zur Erleichterung der mechanischen Bearbeitung aus einem Material gebildet, das demjenigen der Laserelemente oder Fotodetektorelemente gleichartig ist; die Lichtab­ schirmelemente können jedoch im Prinzip aus irgendeinem für Laserlicht undurchlässigem Material gebildet werden.

Claims (10)

1. Halbleiterlaservorrichtung mit mehreren Laserelementen, die in einer Reihe angeordnet sind und mittels denen jeweils zwei in zwei unterschiedlichen Richtungen austretende Laser­ strahlen erzeugbar sind, sowie mit einer gleichen Zahl von Fotodetektorelementen, die jeweils einem Laserelement zuge­ ordnet sind und einen der von dem betreffenden Laserelement erzeugten Laserstrahlen erfassen, gekennzeichnet durch Lichtabschirmelemente (4; 44; 64; 74, 75), die derart angeordnet sind, daß der Eintritt von Laser­ strahlen in ein jeweiliges Lichtdetektorelement (2; 42; 62; 72), welches dem den betreffenden Laserstrahl erzeugenden Laserelement (1; 41; 61; 71) nicht zugeordnet ist, verhin­ dert ist.

2. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen den Laserelementen (1; 41; 61; 71) und den Fotodetektorelementen (2; 42; 62; 72) eine nut­ förmige Ausnehmung (14; 43; 63; 73) ausgebildet ist, welche die Laserelemente von den zugeordneten Fotodetektorelementen trennt und den Eintritt der Laserstrahlen in die Fotodetek­ torelemente gestattet.

3. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtabschirmelemente (4; 44; 64; 74, 75) auf dem Boden der Ausnehmung (14; 43; 63; 73) ausgebil­ det sind.

4. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lichtabschirmelemente (4; 44; 64; 74, 75) - bezogen auf den Boden der Ausnehmung (14; 43; 63; 73) - die gleiche Höhe wie die Laserelemente aufweisen.

5. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Laser­ elementen (41) Ausnehmungen (43) ausgebildet sind, die be­ nachbarte Laserelemente voneinander trennen.

6. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Fotode­ tektorelementen (2; 42; 62) Ausnehmungen (3; 43; 63) ausge­ bildet sind, die benachbarte Fotodetektorelemente voneinan­ der trennen.

7. Halbleiterlaservorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die die Laser- bzw. die Fotode­ tektorelemente voneinander trennende Ausnehmung mit der zwischen den Laser- und den Fotodetektorelementen ausgebil­ deten Ausnehmung (14) eine Einheit bildet.

8. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserelemente (1; 41; 61; 71) und die Fotodetektorelemente (2; 42; 62) monolithisch ausgebildet sind.

9. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserelemente (1; 41; 61; 71), die Fotodetektorelemente (2; 42; 62) und die Lichtabschirmelemente (4; 44; 64; 74, 75) jeweils die gleiche Halbleiterschichtstruktur aufweisen.

10. Halbleiterlaservorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserelemente (1; 41; 61; 71), die Fotodetektorelemente (2; 42; 62) und die Lichtabschirmelemente (4; 44; 64; 74, 75) aus dem gleichen Halbleitermaterial bestehen.