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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Halbleiterlaservorrichtung, die eine verkürzte Kohärenzlänge, zum Beispiel
für die Anwendung als Lichtquelle bei Videoplatten, bei der
analogen optischen Kommunikation, bei Glasfaser-Kreiseln usw.
erreicht und auf ein Verfahren zur Steuerung derselben.
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Im allgemeinen sind Halbleiterlaservorrichtungen, die nicht nur
für das Aufzeichnen von Signalen auf optischen Speicherplatten
bestimmt sind, sondern auch für das Lesen der Signale vom DRAW-
Typ (direktes Lesen nach dem Schreiben) bekannt. Diese
Halbleiterlaservorrichtungen sind erforderlich, um einen Betrieb mit
höchstmöglicher Ausgangsleistung zu ermöglichen, um das
Aufzeichnen von Signalen zu erleichtern. Zu diesem Zweck ist die
vordere Facette für das Aussenden von Licht von diesen
Halbleitervorrichtungen mit einer reflexionsarmen Schicht
bedeckt und die hintere Facette mit einer reflexionsreichen
Schicht, so daß eine große Lichtmenge von der vorderen Facette
ausgesendet werden kann und dadurch ein Betrieb mit hoher
Ausgangsleistung erreicht wird. Diese Methode ist in der
Hinsicht vorteilhaft, daß der Differentialwirkungsgrad der
vorderen Facette verbessert wird und eine hohe Ausgangsleistung
durch einen geringen Antriebsstrom erzeugt werden kann. Der
Reflexionsindex der lichtaussendenden Facette einer solchen
Laservorrichtung ist so gering, daß Licht, welches durch eine
optische Speicherplatte reflektiert wird, zur Laservorrichtung
zurückkehrt und eine optische Kopplung mit dem Licht erreicht
wird, das innerhalb der Laservorrichtung erzeugt wird, wodurch
ein äußerer Resonator entsteht, der zwischen der vorderen
Facette der Laservorrichtung und der Vorderseite der optischen
Speicherplatte angeordnet ist. Die Länge des äußeren Resonators
verändert sich in hohem Maße mit der Bewegung der Vorderseite
der optischen Speicherplatte und das verursacht ein durch das
reflektierte Licht induziertes Rauschen, das Fehler beim Lesen
der Signale erzeugt, was bei der praktischen Anwendung
ernsthafte Probleme mit sich bringt. Zur Verhinderung des durch das
reflektierte Licht induzierten Rauschens ist ein Verfahren
bekannt, durch das die Kohärenzlange einer
Halbleiterlaservorrichtung ausreichend verringert wird, daß sich kein äußerer
Resonator zwischen der Vorderseite der optischen Speicherplatte und
der Laservorrichtung bildet. Gemäß diesem Verfahren werden
verstärkungsgesteuerte Laservorrichtungen oder indexgesteuerte
Laservorrichtungen mit einem verringerten Brechungsindex
verwendet, so daß eine Laseroszillation in einer
Multi-Längsschwingungsart erhalten werden kann oder die Breite jedes Elementes
der Multi-Längsschwingungsart durch Selbstpulsation vergrößert
werden kann, um dadurch die Kohärenzlänge zu verringern. Das
ruft eine Instabilität der Querschwingungsart hervor, die einen
Betrieb mit hoher Ausgangsleistung schwierig macht.
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Weiterhin wird die Verwendung von Multi-Elektroden-Strukturen
für die Kohärenzlängensteuerung in den Proceedings der Neunten
Europäischen Konferenz über Optische Kommunikation, ECOC 83,
Genf, Schweiz, Seite 431 - 434 vorgeschlagen und diskutiert.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine
Halbleiterlaservorrichtung, die versucht, die vorher behandelten
und zahlreichen anderen Nachteile und Mängel des Standes der
Technik zu überwinden, einen optischen Wellenleiter zur
Laseroszillation bestehend aus einem lichtabsorbierenden
Steuerbereich und Hauptbereichen zur Laseroszillation, wobei der
Steuerbereich im Mittelbereich des optischen Wellenleiters liegt
und die Hauptbereiche sich an beiden Enden des Steuerbereiches
befinden und wobei die Laservorrichtung weiterhin eine
Nebenschlußeinrichtung einschließt, durch die das Verhältnis des
Stromes Ig, welcher in den Steuerbereich injiziert wird, zu dem
Gesamtstrom It, welcher in die Laservorrichtung injiziert wird,
so festgesetzt wird, daß die Ungleichung
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0,01< Ig/It< 2/3Lg/Lt
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erfüllt wird, wobei Lg die Länge des Steuerbereiches und Lt die
Länge des optischen Wellenleiters ist.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der Steuerbereich von den
Hauptbereichen durch flache Nuten, die sich über dem optischen
Wellenleiter befinden, getrennt, wobei die flachen Nuten mit
tiefliegenden Nuten verbunden sind, welche parallel zum
optischen Wellenleiter in einer bestimmten Entfernung vom optischen
Wellenleiter in Zickzack-Form bezüglich dem ersten
Hauptbereich, dem Steuerbereich und dem anderen Hauptbereich angeordnet
sind.
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In einer bevorzugten Ausführung ist die Nebenschlußeinrichtung
ein externer Nebenschlußwiderstand oder ein eingebauter
Nebenschlußwiderstand.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der
ebenfalls versucht, die vorher behandelten und zahlreiche andere
Nachteile und Mängel des Standes der Technik zu überwinden, ist
ein Verfahren zum Betrieb einer Halbleiterlaservorrichtung mit
einem laseroszillierenden optischen Wellenleiter, der aus einem
Steuerbereich, welcher lichtabsorbierend wirkt und
Hauptbereichen besteht, die Laseroszillationen bewirken, wobei
der Steuerbereich im Mittelbereich des optischen Wellenleiters
und die Hauptbereiche an beiden Enden des Steuerbereiches
liegen, wobei die Strommengen, welche in den Steuerbereich und
die Hauptbereiche injiziert werden, durch eine
Nebenschlußeinrichtung so gesteuert werden, daß, sobald die
Laservorrichtung einen Betrieb mit niedriger Ausgangsleistung
erreicht, der Strom, der zum Steuerbereich fließt, auf einem
niedrigen Niveau gehalten wird, wodurch der Steuerbereich ein
gesättigter Absorptionsbereich wird und, sobald die
Laservorrichtung einen Betrieb mit hoher Ausgangsleistung erreicht, der
Strom, der zum Steuerbereich fließt, auf einem hohen Niveau
gehalten wird.
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In einer bevorzugten Ausführung ist der Steuerbereich durch
flache Nuten, die sich oberhalb des optischen Wellenleiters
befinden, von den Hauptbereichen getrennt, wobei die flachen
Nuten mit tiefliegenden Nuten verbunden sind, die parallel zum
optischen Wellenleiter in Zickzack- oder Wellenform bezüglich
dem ersten Hauptbereich, dem Steuerbereich und dem anderen
Hauptbereich angeordnet sind.
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In einer bevorzugten Ausführung besteht die
Nebenschlußeinrichtung aus einer Mehrzahl von externen
Nebenschlußwiderständen, von denen einer durch eine Schaltvorrichtung ausgewählt
wird, um dadurch dem Steuerbereich den Strom zuzuführen.
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Somit ermöglicht es die hierin beschriebene Erfindung die
folgenden Ziele zu erreichen:
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(1) Vorsehen einer Halbleiterlaservorrichtung mit einer
verkürzten Kohärenzlänge, mit Steuerung des Stromes, der zu einem
gesättigten Absorptionsbereich fließt, der durch eine
Nebenschlußeinrichtung in einem Bereich des optischen Wellenleiters
gebildet wird;
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(2) Vorsehen einer Halbleiterlaservorrichtung mit einer
verkürzten Kohärenzlänge, in der das durch das reflektierte Licht
hervorgerufene Rauschen nicht auftritt, so daß, wenn die
Laservorrichtung als Lichtquelle in Videoplatten, in der analogen
optischen Kommunikation, Figuren-Kreiseln usw. verwendet wird,
stabile Abbildungen und/oder Signale erhalten werden können;
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(3) Vorsehen eines Verfahrens zum Betrieb der
Halbleitervorrichtung, bei dem die Laservorrichtung in einer stabilen
Querschwingungsform selbst bei hoher Ausgangsleistung und mit einer
verkürzten Kohärenzlänge bei niedriger Ausgangsleistung und
darüber hinaus ohne das Auftreten von durch reflektiertes Licht
verursachten Rauschens betrieben wird, so daß die
Laservorrichtung als Informationsverarbeitungslichtquelle von Nutzen
sein kann.
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Durch ein Beispiel sollen nachfolgend spezifische Ausführungen
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden. Die Zeichnungen zeigen in:
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Fig. 1(A) eine Draufsicht, die eine Ausführung einer
Halbleiterlaservorrichtung mit verkürzter Kohärenzlänge und
drei Anschlußklemmen gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt,
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Fig. 1(B) einen Schnitt entlang der Linie X-X' der in Fig. 1(A)
gezeigten Halbleiterlaservorrichtung,
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Fig. 1(C) einen Schnitt entlang der Linie Y-Y' der in Fig. 1(A)
gezeigten Halbleiterlaservorrichtung,
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Fig. 2 eine äquivalente Schaltung der in Fig. 1(A) bis 1(C)
gezeigten Halbleiterlaservorrichtung,
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Fig.3(A), 3(B) bzw. 3(C) eine Draufsicht einer Ausführung einer
Inkohärent-Halbleiterlaservorrichtung mit zwei
Anschlußklemmen gemäß der vorliegenden Erfindung,
einen Schnitt entlang der Linie X-X' der in Fig. 3(A)
gezeigten Halbleiterlaservorrichtung und einen Schnitt
entlang der Linie Y-Y' der in Fig. 3(A) gezeigten
Halbleiterlaservorrichtung,
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Fig. 4 eine äquivalente Schaltung der in Fig. 3(A) bis 3(C)
gezeigten Halbleiterlaservorrichtung,
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Fig. 5 ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Breite einer
Längsschwingungsart auf das Stromverhältnis Ig/It in
Bezug auf die in Fig. 1(A) bis 1(C) dargestellten
Halbleiterlaservorrichtung zeigt,
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Fig. 6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen-dem Strom I
und der optischen Ausgangsleistung L in Bezug auf die
in Fig. 1(A) bis 1(C) dargestellte
Halbleiterlaservorrichtung zeigt,
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Fig. 7(A) ein Diagramm, das das Schwingungsspektrum in einer
Multi-Längsschwingungsform der in Fig. 3(A) bis 3(C)
darge-stellten Halbleiterlaservorrichtung zeigt,
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Fig. 7(B) ein vergrößertes Diagramm, das das Schwingungsspektrum
eines einzelnen Elementes der
Multi-Längsschwingungsform der in Fig. 3(A) bis 3(C) dargestellten
Halbleiterlaservorrichtung zeigt,
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Fig. 8(A), 8(B) bzw. 8(C) eine Draufsicht einer anderen
Ausführung der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung, ein Schnitt entlang der Linie
X-X' der in Fig. 8(A) gezeigten
Halbleiterlaservorrichtung und ein Schnitt entlang der Linie Y-Y' der in
der Fig. 8(A) gezeigten Halbleiterlaservorrichtung,
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Fig. 9 eine äquivalente Schaltung der in Fig. 8(A) bis 8(C)
gezeigten Halbleiterlaservorrichtung,
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Fig. 10 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Strom Im
und der optischen Ausgangsleistung L in Bezug auf die
in Fig. 8(A) bis 8(C) dargestellte
Halbleiterlaservorrichtung, und
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Fig. 11(A) bzw. 11(B) Diagramme, die das Schwingungsspektrum
beim Lesen von Signalen und beim Schreiben der Signale
der in Fig. 8(A) bis 8(C) dargestellten
Halbleiterlaservorrichtung zeigen.
Beispiel 1
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Fig. 1(A) bis 1(C) stellen eine erste Ausführung der
erfin-dungsgemäßen Halbleiterlaservorrichtung mit einem optischen
Wellenleiter
1 mit der inneren Resonatorlänge Lt, die den
Laserschwingungs-Betriebsbereich darstellt. Der optische Wellenleiter 1
besteht aus einem Steuerbereich (oder gesättigtem
Absorptionsbereich) 2 mit der Länge Lg im Mittelbereich und zwei
Hauptbereichen 3 an beiden Enden des Steuerbereiches 2. Der
Steuerbereich 2 ist von jedem der beiden Hauptbereiche 3 durch flache
Nuten 4 getrennt, die oberhalb des optischen Wellenleiters 1
gebildet sind. Die Halbleiterlaservorrichtung ist auch mit
tiefliegenden Nuten 5 versehen, welche parallel zum optischen
Wellenleiter 1 in einer bestimmten Entfernung vom optischen
Wellenleiter so angeordnet sind, daß eine Verbindung zu den Nuten 4
vorhanden ist. Diese Halbleiterlaservorrichtung besitzt
weiterhin ein p-Halbleitersubstrat 6, eine n-Strom-Sperrschicht 13,
eine p-Überzugsschicht 7 für das Begrenzen der darin enthaltenen
Träger, eine aktive p- (oder n- oder nichtdotierte) Schicht 8
für die Laserschwingung, eine n-Überzugsschicht 9 für die
Begrenzung der darin enthaltenen Träger und eine n-Abdeckschicht
10 um einen Ohmschen Kontakt in der Weise zu erhalten, das sich
ein Mehrschichtkristall mit Doppel-Heterostruktur ergibt. Eine
n-seitige Elektrode 11 und eine p-seitige Elektrode 12 sind auf
der oberen Stirnseite der Abdeckschicht 10 bzw. auf der hinteren
Stirnseite des Halbleitersubstrats 6 angeordnet und mit einem
äußeren Schaltkreis verbunden. Darüber hinaus ist ein V-Kanal-
Streifen 100 im Halbleitersubstrat 6 durch die
n-Stromsperrschicht 13 ausgebildet, um einen Stromweg zu öffnen, woraus sich
eine VSIS- (Innenstreifen mit V-Kanal im Substrat)
Halbleiterlaservorrichtung ergibt.
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Der optische Wellenleiter 1, der als
Laserschwingungs-Betriebsbereich arbeitet und deren beide Ende Facetten für das
Aussenden von Laserlicht davon, ist innerhalb des Bereiches der
aktiven Schicht vorhanden, die über dem V-Kanal 100 angeordnet
ist. Die Nuten 4 sind , wie in der Fig. 1(B) gezeigt, über dem
optischen Wellenleiter 1 angeordnet und setzen sich aus zwei
Bereichen mit flacher Nut zusammen, die die Schnittfläche
zwischen der Abdeckschicht 10 und die n-Überzugsschicht 9 über die
n-seitige Elektrode 11 und die Abdeckschicht 10 erreicht. Die
Nuten 5 befinden sich, wie in Fig. 1(C) gezeigt, außerhalb des
optischen Wellenleiters 1 und sind aus drei Bereichen mit
tiefliegenden Nuten zusammengesetzt, die die Schnittfläche
zwischen der p-Überzugsschicht 7 und der Stromsperrschicht 13 über
die n-seitige Elektrode 11, die n-Überzugsschicht 9, die aktive
Schicht 8 und die p-Überzugsschicht 7 erreichen. Zwei der drei
Bereiche mit den Nuten 5, angeordnet zwischen den Facetten und
den Nuten 4 und dem anderen Nutenbereich, der sich zwischen den
Nuten 4 befindet, sind in Bezug auf den optischen Wellenleiter
1 in Zickzack- oder Hin- und Her-Form angeordnet. Somit ist der
Steuerbereich 2 mit jedem der beiden Hauptbereiche 3 durch die
Bereiche der aktiven Schicht 8 und die Bereiche der
n-Überzugsschicht 9, die unterhalb der Nuten 4 angeordnet sind,
elektrisch verbunden. Die aktive Schicht 8 ist von der
n-Überzugsschicht 9 durch die Nuten 5 getrennt. Vorzugsweise ist der
Kopplungswiderstand im Verbindungsteil, an den der Steuerbereich
2 mit den Hauptbereichen 3 verbunden ist, hoch.
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Fig. 2 zeigt eine äquivalente Schaltung der in Fig. 1(A) bis
1(C) gezeigten Halbleiterlaservorrichtung, wobei Rs dem
Kontaktwiderstand zwischen den Elektroden 11 und 12 und der
Laservorrichtung (d.h. dem Reihenwiderstand der Laservorrichtung), Rh
dem oben genannten Kopplungswiderstand, a und b den
Elektrodenanschlußklemmen des Steuerbereiches 2 bzw. des Hauptbereiches 3
und c der gemeinsamen Anschlußklemme am Substrat 6 entspricht.
Diese Halbleiterlaservorrichtung ist auf einem Fuß mit drei
Anschlußklemmen montiert. Durch das Verbinden eines
Nebenschlußwiderstandes Rg mit der Anschlußklemme a, kann der in diese
Laservorrichtung injizierte Gesamtstrom It in Ig und It-Ig
aufgeteilt werden, die in den Steuerbereich 2 bzw. in den
Hauptbereich 3 fließen. Wenn der Nebenschlußwiderstand Rg im Fuß
angeordnet ist, kann ein Fuß mit zwei Anschlußklemmen als der Fuß
verwendet werrden, auf dem die Laservorrichtung angebracht ist.
Durch Veränderung des Widerstandes von Rg, um das
Stromverhältnis Ig/It zu verändern, bestimmten die Erfinder die
Längsschwingungsform
der Laservorrichtung und fanden, daß, wenn Ig/It und
Lg/Lt die Ungleichung (1) erfüllen, Selbstpulsation auftritt und
die Spektralbreite der Längsschwingungsform bis zu 0,02x10&supmin;&sup9;m
bis 0,3x10&supmin;&sup9;m (0,2 Å- 2 Å) vergrößert wird, was in der
Kohärenzlänge eine Verringerung von 30 mm bis 3 mm bedeutet.
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(1)
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0,01< Ig/It< 2/3Lg/Lt
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Obwohl der Schwingungs-Schwellenstrom Ith beim Minimalwert
liegen muß, wenn Ig/It = Lg/Lt, vergrößert er sich gemäß der
obigen Ungleichung nur um 5 - 15 mÅ. Eine solche Vergrößerung im
Schwingungs-Schwellenstrom besitzt keinen Einfluß auf die
Verringerung der Kohärenzlänge. Wenn Ig/It < 0,01 ist, wird der
Steuerbereich 2 zu einem vollständigen Absorptionsbereich, so
daß die Laservorrichtung nicht in Schwingung versetzt werden
kann.
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Fig. 5 ist eine charakteristische Kurve, die die Beziehung
zwischen dem Stromverhältnis Ig/It und der Breite der
Längsschwingungsform bei einer optischen Ausgangsleistung von 3 mW zeigt.
Das Verhältnis Ig/It variiert mit Veränderungen des Widerstandes
des äußeren Widerstandes Rg. Die Breite der Längsschwingungsform
variiert kontinuierlich von 0,2 bis 0,02 nm (2 bis 0,2 Å), wenn
Ig/It im Bereich von 0,02 bis 0,13 liegt. Die
Schwingungs-Wellenlänge λ dieser Laservorrichtung betrug 788 nm, der
Kopplungswiderstand Rh dieser Laservorrichtung - 500 O und der
Kontaktwiderstand Rs zwischen den Elektroden und dieser Laservorrichtung
betrug 5 O.
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Fig. 6 ist eine charakteristische Kurve, die die Beziehung
zwischen dem Strom I und der optischen Ausgangsleistung L bei
Werten von Ig/It von 0, 0,05 und 0,2 zeigt und die zeigt, daß der
dual-stabile Zustand nicht eintritt, wenn Ig/It > 0,01 ist.
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Im vorher erwähnten Beispiel wurde als Halbleitersubstrat 6 ein
p-GaAs-Substrat, als Stromsperrschicht 13 ein n-GaAs-Substrat,
als p-Überzugsschicht 7 ein p-Ga0,5Al0,5As-Substrat, als aktive
Schicht 8 ein Ga0,85Al0,15As-Substrat, als Überzugsschicht 9 ein n-
Ga0,5Al0,5As-Substrat, als Abdeckschicht 10 ein n-GaAs-Substrat und
als n-seitige Elektrode 11 und p-seitige Elektrode 12 ein Au-
Ga/Al- bzw. ein Au-Zn-Substrat verwendet. Die
Innenresonatorlänge Lt betrug 250 µm und die Länge des Mittelbereiches (d.h. des
Steuerbereiches 2) des optischen Wellenleiters 1 - 50 µm. Um die
Ungleichung (1) zu erfüllen, wurde Ig/It auf größer als 0,01,
jedoch kleiner als 0,13 (d.h. 0,01 < Ig/It < 0,13) festgelegt.
Beispiel 2
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Fig. 3(A), 3(B) und 3(C) zeigen eine andere Ausführung der
Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Fig. 4
zeigt eine äquivalente Schaltung der in Fig. 3(A) bis 3(C)
dargestellten Halbleiterlaservorrichtung, die mit der Schaltung im
Beispiel 1 übereinstimmt, mit der Ausnahme, daß der Widerstand
Rg aus einer eingebauten Widertstandsbrücke 14, angeordnet in
der Laservorrichtung besteht. Der Strom wird dem Steuerbereich
2 über die schmale und lange Widerstandsbrücke 14 zugeführt, die
auf der n-Abdeckschicht 9 angeordnet ist. Die Widerstandsbrücke
14 wird durch eine Nut gebildet, die die gleiche Tiefe wie die
Nuten 4 besitzt und die die Schnittfläche zwischen der
Abdeckschicht 10 und der n-Überzugsschicht 9 erreicht. Der Widerstand
der Widerstandsbrücke 14 (d.h. der Widerstand des Widerstandes
Rg) kann durch die Einstellung der Breite und Länge der
Widerstandsbrücke 14 und/oder durch die Dicke der n-Überzugsschicht
9 gewählt werden. Um das Stromverhältnis zu erreichen, das durch
die Ungleichung (1) ausgedrückt wird, wird der Widerstand Rg so
gewählt, daß er die Ungleichung (2) erfüllt.
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100Rs> Rg> 3/2 Lt/Lg×Rs
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Als Fuß, auf dem diese Halbleiterlaservorrichtung, angebracht
ist, kann ein gewöhnlicher Fuß mit zwei Anschlußklemmen
verwendet werden, wenn die Drähte 15 und 16, durch die der Strom dem
Steuerbereich 2 und den Hauptbereichen 3 zugeführt ist,
elektrisch mit einer gemeinsamen Anschlußklemme des Fußes verbunden
sind.
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Wenn die Breite der Widerstandsbrücke 14 und ihre Länge 7µm bzw.
10µm betrugen und die n-Überzugsschicht 9 2µm dick war, betrug
der Widerstand Rg 150 O. Der Schwingungs-Schwellenstrom der
Halbleiterlaservorrichtung betrug 65 mA und eine Schwingung mit
mehreren Schwingungsformen mit einer vergrößerten Breite der
Längsschwingungsform von 0,2 nm (2 Å) wurde bei einer optischen
Ausgangsleistung von 3 mW erhalten. Das in Fig. 7(A) gezeigte
Schwingungsspektrum und das vergrößerte Schwingungsspektrum
eines Einzelelementes der Multi-Längsschwingungsform sind in
Fig. 7(B) gezeigt.
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Im obigen Beispiel sind die Materialien, die für das Substrat 6,
die Stromsperrschicht 13, die p-Überzugsschicht 7, die aktive
Schicht 8, die n-Überzugsschicht 9, die Abdeckschicht 10 und die
n- und p-seitigen Elektroden 11 und 12 verwendet wurden, die
gleichen, die im Beispiel 1 zur Anwendung kamen. Die Längen Lt
und Lg betrugen 250 µm bzw, 50 µm. Ig/It wurde auf 0,01 < Ig/It
< 0,13 festgelegt, um die Ungleichung (1) zu erfüllen.
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Obwohl die angeführten Beispiele 1 und 2 nur eine GaAs-GaAlAs-
Halbleiterlaservorrichtung betreffen, können sie auch auf
Halbleiterlaservorrichtungen von InGaAsP-Systemen und auf andere
Halbleitermaterialien angewendet werden. Die Struktur des
optischen Wellenleiters ist nicht auf den VSIS-Typ beschränkt,
sondern es kann jede Strukturart eines optischen Wellenleiters
in dieser Erfindung verwendet werden. Darüber hinaus sind Lage,
Länge usw. des Steuerbereiches nicht auf die Bedingungen
beschränkt, die in den Beispielen 1 und 2 beschrieben werden.
Beispiel 3
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Dieses Beispiel zeigt ein Verfahren zum Betrieb von
Halbleiterlaservorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei die
in Fig. 8(A), 8(B) und 8(C) dargestellte
Halbleiterlaservorrichtung verwendet wurde. Diese Halbleiterlaservorrichtung ist die
gleiche, wie die in Fig. 1(A) bis 1(C) dargestellte, mit der
Ausnahme, daß die vordere Facette für die Aussendung von Licht
von ihr mit einer dielektrischen Schicht 44 von Al&sub2;O&sub3;Si&sub3;N&sub4; oder
ähnlicher Zusammensetzung bedeckt ist, die eine Dicke von etwa
λ/4 (λ ist die Wellenlänge der Schwingung) und einen
Reflektionsindex von 2-8% besitzt und daß die hintere Facette mit
einer dielektrischen Schicht 55 bedeckt ist, die aus
abwechselnden Schichten mit niedrigem Brechungsindex aus
Al&sub2;O&sub3;.Si&sub3;N&sub4; oder etwas Ähnlichem besteht (wobei die Dicke jeder
Schicht etwa λ/4 beträgt) und Schichten mit hohem Brechungsindex
aus Si oder etwas Ähnlichem zusammengesetzt ist (wobei die Dicke
jeder Schicht etwa λ/4 beträgt. Der Reflektionsindex der
dielektrischen Schicht 55 liegt in der Größenordnung von 70 bis 75%.
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Fig. 9 zeigt eine äquivalente Schaltung und einen
Betriebsstromkreis der in Fig. 8(A) bis 8(C) gezeigten
Halbleiterlaservorrichtung, wobei Rs, Rh, a, b und c gleich denen sind, die in
Fig. 2 des Beispiels 1 angeführt sind. Diese Laservorrichtung
ist auf einem Fuß mit drei Anschlußklemmen angebracht. R&sub1; und R&sub2;
sind die Widerstände für das Steuern eines Stromes, der zum
Steuerbereich 2 fließt und R&sub1; ist kleiner als R&sub2; festgesetzt
(d.h. R&sub1; < R&sub2;). R&sub1; und R&sub2; sind Nebenschlußwiderstände, die durch
einen Schalter Sw so an die Anschlußklemme angeschlossen sind,
daß der Gesamtstrom It in Ig und Im (= It- Ig) aufgeteilt werden
kann, der zum Steuerbereich 2 bzw. zum Hauptbereich 3 fließt. R&sub1;
kann natürlich aus einem variablen Nebenschlußwiderstand Rg
bestehen, um die in Beispiel 1 beschriebene Kohärenzlänge zu
erhalten. In diesem Falle entfällt R&sub2;.
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Fig. 10 zeigt eine charakteristische Kurve, die die Beziehung
zwischen dem Strom Im und der optischen Ausgangsleistung
darstellt, wobei die Kurve l&sub1; die I-L-Charakteristik ist, die
erhalten wird, wenn eine große Menge Ig mittels des Schalters Sw
über R&sub1; in den Steuerbereich 2 geflossen ist und die Kurve l&sub2; die
I-L-Charakteristik darstellt, die erhalten wird, wenn eine
kleine Menge Ig mittels des Schalters Sw über R&sub2; in den Steuerbereich
geflossen ist. Wenn die Strommenge Ig klein ist, wird der
Steuerbereich zu einem Lichtabsorptionsbereich, was ein Ansteigen
des Schwellenstromes Ith bewirkt, woraus sich eine
Selbstpulsation in der Laservorrichtung ergibt. Somit ist die
Längsschwingungsform, die durch die Laservorrichtung erhalten wird, eine
Multi-Schwingungsform, bei der die Breite jedes
Schwingungselementes 0,01 - 0,2 nm (0,1 - 2 Å) beträgt. Diese Erscheinung ist
in Fig. 11(A) gezeigt, in der das Schwingungsspektrum beim Lesen
von Signalen dargestellt ist. In diesem Falle wird, da die
Kohärenzlänge der Halbleiterlaservorrichtung 3 mm - 90 mm kurz wird,
ein äußerer Resonator zwischen der Halbleiterlaservorrichtung
und der optischen Speicherplatte nicht gebildet, selbst nicht,
wenn die Halbleiterlaservorrichtung als Mittel für das Lesen von
Signalen einer optischen Speicherplatte verwendet wird und
daher tritt niemals ein Rauschen infolge des von der optischen
Speicherplatte reflektierten Lichtes auf. Andererseits tritt
fast nie Rauschen infolge des reflektierten Lichtes auf, wenn
das Aufzeichnen von Signalen, bei dem ein Hochleistungs-Betrieb
erforderlich ist, durchgeführt wird. Fig. 11 (B) zeigt das
Schwingungsspektrum beim Aufzeichnen von Signalen.
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Diese Halbleiterlaservorrichtung wird wie folgt betrieben: Der
Strom Im, der zu den Hauptbereichen 3 fließt, wird auf einer
konstanten Höhe (Imo) gehalten und der Strom Ig wird über einen
der Nebenschlußwiderstände R&sub1; und R&sub2;, deren Wahl leicht durch den
Schalter Sw durchgeführt werden kann, in den Steuerbereich 2
injiziert, so daß die Betriebsbedingungen, die für das
Aufzeichnen und das Lesen von Signalen geeignet sind, leicht
hergestellt werden können.
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Für den Betrieb der Halbleiterlaservorrichtung ist es nicht
unbedingt erforderlich, daß der Strom Im auf einem festen Niveau
gehalten wird. Wie im Beispiel 1 beschrieben, versuchten die
Erfinder die Längsschwingungsform dieser
Halbleiterlaservorrichtung durch Veränderung des Nebenschlußwiderstandes zwecks
Veränderung des Stromverhältnisses Ig/It zu bestimmen und
beobachteten, daß, wenn Ig/It und Lg/Lt die Ungleichung (1)
erfüllen, Selbstpulsation auftritt und die Spektralbreite auf 0,01
bis 0,2 nm (0,1 bis 2 Å) vergrößert wird, was eine Verkürzung
der Kohärenzlänge von 3 mm bis 90 mm hervorruft. Obwohl der
Schwingungs-Schwellenstrom bei einem Minimum liegen muß, wenn
Ig/It = 1 ist, wird er nach der Ungleichung (1) nur etwa 5 bis
15 mA. Ein solcher Anstieg beim Schwingungs-Schwellenstrom
besitzt keinen Einfluß auf die Verringerung der Kohärenzlänge.
Wenn Ig/It < 0,01, wird der Steuerbereich 2 zu einem
vollständigen Absorptionsbereich, so daß die Laservorrichtung keine
Laserschwingung aufweisen kann.
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Obwohl das vorher beschriebene Beispiel nur eine GaAs-GaAlAs-
Halbleiterlaservorrichtung offenbart, können auch InGaAsP/InP-
Systeme verwendet werden. Darüber hinaus ist die Struktur des
optischen Wellenleiters nicht auf den VSIS-Typ beschränkt,
sondern bei der vorliegenden Erfindung kann jede Art einer
optischen Wellenleiterstruktur verwendet werden. Die Lage, Länge
usw. des Steuerbereiches sind nicht auf die im Beispiel 3
beschriebenen Bedingungen beschränkt.