DE3716191C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterlaser-Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die erfindungsgemäße Halbleiterlaser-Anordnung ist insbesondere für den Einsatz als Lichtquelle in einer Mehrfachstrahl-Abtastvorrichtung geeignet, mit der ein Aufzeichnungsmaterial zur Informationsaufzeichnung und dergleichen mit mehreren Strahlen abgetastet wird.

Eine Halbleiterlaser-Anordnung der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 43 09 667 bekannt. Dort ist ein Laser beschrie­ ben, mittels dem mehrere Laserstrahlen unterschiedlicher Fre­ quenz erzeugbar sind. Hierzu sind über einer Gitterstruktur mehrere längsgestreckte Elektrodenstreifen derart angeordnet, daß sie auf einen gemeinsamen Konvergenzpunkt gerichtet sind, an dem die erzeugten Laserstrahlen unterschiedlicher Frequenz zusammentreffen und über einen gemeinsamen Wellenleiter weitergeleitet werden. Die Anordnungswinkel der Elektroden­ streifen auf dem Gitter sind unterschiedlich; auf diese Weise sind unterschiedliche Laserstrahlfrequenzen erzeugbar.

Diese bekannte Anordnung weist im Hinblick auf deren Einsetz­ barkeit in einer Strahlabtastungsvorrichtung den Nachteil auf, daß die erzeugten Laserstrahlen nicht von einem gemein­ samen Punkt ausgehen bzw. auszugehen scheinen.

In der DE 34 11 191 A1 ist eine Halbleiterlaser-Anordnung beschrieben, mittels der ein Laserstrahl hoher Strahlungs­ dichte erzielbar ist. Zu diesem Zweck wird eines der an der Strahlerzeugung beteiligten Materialien in Form eines sehr dünnen, langgestreckten Drahts oder einer entsprechenden Schicht ausgebildet. Diese Schicht kann beispielsweise von einer ringförmigen, stark dotierten Zone umgeben sein, die zur Kontaktierung dient. Es wird hierbei jedoch lediglich ein Einzelstrahl erzeugt; die Ausbildung mehrerer divergierender Laserstrahlen ist nicht vorgesehen.

In der US-PS 42 77 762 ist ein mit Heteroübergängen arbeiten­ der Injektionslaser beschrieben, mittels dem zwei parallele Laserstrahlen erzeugbar sind. Um eine Kopplung der beiden optischen Pfade zu erreichen sowie selektiv im Longitudinal­ betrieb zu arbeiten, sind zwei streifenförmige Kontakt­ bereiche derart ausgebildet, daß sie einerseits jeweils unterschiedliche Gesamtlänge haben und andererseits einer der beiden Streifen so gekrümmt ist, daß sein mittlerer Abschnitt in geringem Abstand parallel zum anderen streifenförmigen Bereich verläuft. Bedingt durch die zumindest teilweise Über­ einstimmung der optischen Pfade ergibt sich eine optische Kopplung. Die Laserstrahlen treten jedoch stets parallel aus der Anordnung aus.

In der EP 01 12 076 A2 ist ein Mehrstrahl-Lasersystem be­ schrieben, bei dem die mehreren Laserstrahlen in eine optische Faser eingekoppelt werden. Um Störungen aufgrund von Kohärenzeffekten zu unterdrücken, werden inkohärente Laser­ strahlen unterschiedlicher Frequenz eingesetzt.

In "Appl. Phys. Lett." 48 (9), 3. März 1986, Seiten 561 bis 563, ist ein zur Aussendung eines einzelnen Laserstrahls die­ nender Potentialtopf-Laser beschrieben.

Ferner ist für die Gestaltung einer Lichtabtastvorrichtung mit mehreren Strahlern wie Laserdioden oder Leuchtdioden beispielswei­ se aus der US-PS 45 71 021 ein Verfahren bekannt, gemäß dem die Strahler derart angeordnet werden, daß gemäß Fig. 1 der Zeichnung die Richtungen der Lichtabstrahlung der Strahler einander an einem Punkt Po schneiden, und gemäß dem mehrere Abtastlichtpunkte in bezug auf eine abzutastende Fläche abge­ lenkt werden.

Die Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Ansicht eines optischen Systems zwischen einer Lichtquelle und einer Ablenkeinheit in einer zu einer Abtastablenkungsebene senkrechten Richtung gesehen. In Fig. 1 sind mit 71a und 71b Strahler bezeichnet, die jeweils eine Laserdiode enthalten. Die Strahler 71a und 71b sind an einem Sockel 72 so angeordnet, als ob Mittelstrahlen ha und hb des von den Strahlern 71a und 71b abgegebenen Lichts durch den gleichen Punkt Po laufen würden. D. h., wenn zu den Abstrahlungsflächen der jeweiligen Strahler Senkrechte gezogen werden, werden diese Senkrechten so ausgerichtet, daß sie einander in dem Punkt Po schneiden. Ferner wird die Stelle, an der die Mittelstrahlen ha und hb durch den Punkt Po hindurchtreten, aus einer zu der Abtastablenkungsebene parallelen Richtung gesehen derart gewählt, daß sie in einer zu der Abtastablenkungsebene senkrechten Richtung geringfügig abweicht. Weiterhin werden der Punkt Po und ein Punkt P nahe einer Ablenkreflexionsfläche 73 der Ablenkeinheit durch eine Abbildungslinse 74 in optischer Konjugation gehalten.

Wenn andererseits als Lichtquelle eine monolithisch gebildete Laserdiodenanordnung oder dergleichen verwendet wird, ist es, wie eingangs als Nachteil erwähnt, zum Erzielen einer Wirkung ähnlich der in der Fig. 1 dargestellten erforderlich, zwischen die Lichtquelle und die Ablenkeinheit irgendein optisches System zu setzen. Gemäß einem in der US-PS 45 65 421 beschriebenen Beispiel wird vor einer Laserdiodenanordnung ein Prisma angeordnet. Dies ist in Fig. 2 der Zeichnung dargestellt.

Die Fig. 2 zeigt den Querschnitt des Prismas in dem Fall, daß die Laserdiodenanordnung fünf Leuchtelemente hat. In der Fig. 2 ist mit 81 eine Laserdiodenanordnung mit fünf Leuchtelementen 81a, 81b, 81c, 81d und 81e bezeichnet, während mit 82 das Prisma bezeichnet ist. Ein Mittelstrahl ha der Lichtstrahlen aus dem Leuchtelement 81a wird an einer Schrägfläche 82a gebrochen und dabei so abgeknickt, als ob er durch den Punkt Po hindurch gelaufen wäre. Ein Mittelstrahl hb aus dem Leuchtelement 81b, ein Mittelstrahl hd aus dem Leuchtelement 81d und ein Mittelstrahl he aus dem Leuchtelement 81e werden gleichfalls an Schrägflächen 82b, 82d und 82e so gebrochen, als ob sie durch den Punkt Po hindurch gelaufen wären. Ein Mittelstrahl hc aus dem Leuchtelement 81c läuft senkrecht durch eine ebene Fläche 82c hindurch, wobei der Punkt Po auf der Verlängerung dieses Mittelstrahls hc liegt. Auf diese Weise werden schräge ebene Flächen gebildet, deren Neigungswinkel entsprechend den jeweiligen Leuchtelementen festgelegt werden, wobei die Mittelstrahlen nach dem Austreten aus dem Prisma 82 hinsichtlich ihrer Richtungen so gesteuert sind, als ob sie von dem Punkt Po abgestrahlt wären. Dieser Punkt Po wird auf die vorstehend beschriebene Weise durch ein optisches System in Konjugation mit einem (nicht gezeigten) Zielpunkt P nahe der Ablenkungsreflexionsfläche gehalten.

Andererseits zeigt Fig. 3 der Zeichnung eine Anordnung, die einen ähnlichen Effekt mittels eines optischen Relaissystems 93 ergibt. Nach Fig. 3 ist das Relaissystem 93 zwischen eine Kollimatorlinse 92 für das Kollimieren und Abbilden von Licht aus Leuchtelementen 91a und 91b einer Laserdiodenanordnung und eine zylindrische Linse 95 zum Abbilden des Lichts auf einer Reflexionsfläche 94 eines umlaufenden Polygonalspiegels gesetzt, wobei das Licht in gutem Abbildungszustand auf einer (nicht gezeigten) abzutastenden Fläche abgebildet wird.

In diesem Fall besteht ein Problem hinsichtlich der Länge des optischen Weges, da nämlich der optische Weg des Relaissystems selbst länger als ungefähr 20 cm ist.

Andererseits wurde zum Beheben der vorstehend genannten Mängel auch von der Anmelderin schon eine Halbleiterlaser-Anordnung vorgeschlagen, bei der mehrere Halbleiterlaser als monolithische Anordnung mit jeweils unterschiedlichen Abstrahlungsrichtungen ausgebildet wurden.

Fig. 4 zeigt diese Anordnung mit jeweiligen Halbleiterlasern 11 bis 15, wobei mit 11a bis 15a Strominjektionszonen, nämlich Leuchtzonen der Halbleiterlaser bezeichnet sind. Diese Injektionszonen 11a bis 15a werden in der Weise ausgebildet, daß deren (nachstehend als Resonanzrichtungen bezeichnete) Verlängerungen jeweils Winkel Φa, Φb, Φc, Φd und Φe mit einer Senkrechten 18 zu Resonatorendflächen 16 und 17 bilden.

Die zwischen den Resonatorendflächen 16 und 17 schwingenden Lichtwellen werden bei dem Austreten über die Resonatorendfläche 16 als Laserstrahl annähernd gemäß dem Brechungsgesetz von Snellius gemäß der Darstellung durch 11c bis 15c abgeknickt. Gleichermaßen werden die aus der Resonatorendfläche 17 austretenden Strahlen jeweils parallel zu den Richtungen 11c bis 15c abgestrahlt. Infolgedessen ist bei jedem Halbleiterlaser der wechselseitige Winkel der austretenden Lichtstrahlen an einem Ende der Anordnung der gleiche wie an dem anderen Ende.

Bei dieser Halbleiterlaser-Anordnung mit schrägem Abstrahlungswinkel müssen die Winkel der Halbleiterlaser groß sein, wobei wegen einer gegenseitigen Überkreuzung der Injektionszonen gemäß Fig. 5 die Gestaltung der Anordnung beschränkt ist, wenn der Teilungsabstand der Laser kleiner wird. Im einzelnen muß eine Länge Lc eines Resonators eine bestimmte Abmessung für die Laserschwingung haben, so daß sie gewöhnlich im Bereich nahe von 300 µm gewählt wird. Daher überkreuzen sich die Injektionszonen bei einem Teilungsabstand l von 20 µm unvermeidbar, wenn der gegenseitige Winkel der Injektionszonen 3 bis 4° erreicht oder größer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterlaser- Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß der Aufbau einer Strahlabtastungs­ vorrichtung ohne lange optische Wege und ohne komplizierte optische Systeme ermöglicht wird.

Diese Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Demnach nimmt der Abstand benachbarter streifenförmiger Bereiche in Richtung von der Rückseite zur Frontseite des Halbleitersubstrats zu, wobei zumindest einer der streifen­ förmigen Bereiche in Richtung von der Rückseite zur Front­ seite des Halbleitersubstrats derart gebogen oder abgeknickt geformt ist, daß der zugehörige an der Frontseite emittierte Laserstrahl bezüglich der Flächennormalen der Frontseite einen von Null verschiedenen Austrittswinkel besitzt, der größer ist als der Austrittswinkel des zugehörigen an der Rückseite emittierten Laserstrahls bezüglich der Flächen­ normalen der Rückseite, so daß sich die rückwärtigen Ver­ längerungen der frontseitig emittierten Laserstrahlen in einem gemeinsamen Punkt schneiden.

Die von der erfindungsgemäßen Halbleiterlaser-Anordnung emittierten Strahlen scheinen von einem einzigen Punkt auszugehen und ermöglichen damit eine äußerst einfache opti­ sche Umsetzung der emittierten Strahlen. Bedingt durch die Tatsache, daß der vorstehend erwähnte Punkt, von dem die emittierten Strahlen auszugehen scheinen, außerhalb des Halbleitersubstrats liegt, wird eine gegenseitige Überkreuzung der Injektionszonen der Laseranordnung vermieden.

Auf diese Weise ist der Aufbau einer Strahlabtastungs­ vorrichtung möglich, welche geringe optische Wege aufweist und ohne komplizierte optische Systeme realisierbar ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 bis 3 sind schematische Darstellungen herkömmlicher Mehrfachstrahler.

Fig. 4 und 5 sind schematische Draufsichten auf eine bekannte Halbleiterlaser-Anordnung, die mehrere Strahlen in unterschiedlichen Richtungen abgibt.

Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht auf eine Halbleiterlaser- Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen einem Abstrahlungswinkel bei der Abstrahlung von einer Resonatorendfläche eines Halbleiterlasers und dem Reflexionsfaktor dieser Resonatorend­ fläche zeigt.

Fig. 8 ist eine schematische Draufsicht auf den Aufbau eines Halbleiterlasers, der zur Messung des in Fig. 7 dargestellten Zusammenhangs verwendet wird.

Fig. 9 bis 11 sind schematische Draufsichten auf Halbleiterlaser- Anordnungen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.

Fig. 12 bis 16 sind schematische Schnittansichten, die Ausführungsbeispiele streifenförmiger Strominjektionszonen in den Halbleiterlaser-Anordnungen zeigen.

Die Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht auf eine Halbleiterlaser- Anordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem eine Halbleiterlaser-Anordnung 21 mit zwei Halbleiterlaserelementen ausgestattet ist, die monolithisch auf dem gleichen Halbleitersubstrat ausgebildet sind. Streifenzonen 24 und 25 dieser Halbleiterlaser dienen dazu, mit einem nachfolgend beschriebenen Aufbau den in eine aktive bzw. lichtabgebende oder Leuchtschicht der Laser injizierten elektrischen Strom in der Streifenzone zu konzentrieren. Diese Streifenzonen dienen auch zum Einschließen des in den Leuchtschichten erzeugten Lichts in den Streifenzonen. Das auf diese Weise eingeschlossene Licht wird längs der Streifenzone übertragen, wodurch eine Laserschwingung zwischen Spiegelflächen 26 und 27 hervorgerufen wird, die an den beiden Enden des Halbleiterlasers ausgebildet sind, und als Laserstrahl an den Spiegelflächen 26 und 27 abgegeben wird. Auf diese Weise bilden die Spiegelflächen 26 und 27 einen Oszillator bzw. Resonator.

Eine Tangentialrichtung 28 der Streifenzone 24 an der Spiegelfläche 26 bildet mit einer Senkrechten 23 zur Spiegelfläche 26 einen Winkel R1 (≠0), so daß nach dem Brechungsgesetz von Snellius ein aus der Spiegelfläche 26 austretender Laserstrahl 22 in einer Richtung mit einem Winkel Φ1 zur Senkrechten 23 abgestrahlt wird. Daher gilt die Gleichung

n sin R1 = n₀ sin Φ1 (1)

wobei n der Brechungsindex der aktiven bzw. Leuchtschicht des Halbleiterlasers ist und n₀ der Brechungsindex von Luft ist. Gleichermaßen bildet die Tangente der Streifenzone 24 an der Spiegelfläche 27 mit der Senkrechten auf der Spiegelfläche 27 einen Winkel R2, wodurch von der Spiegelfläche 27 weg der Laserstrahl mit einem Winkel Φ2 zur Senkrechten abgestrahlt wird. Da die Streifenzone 24 gekrümmt ist, kann R1 verschieden von R2 gewählt werden (Φ1 ≠ Φ2). R2 (oder Φ2) kann als "0" gewählt werden. Die Streifenzone 25 ist symmetrisch zur Streifenzone 24 ausgebildet, so daß der aus der Spiegelfläche 26 austretende Laserstrahl um den Winkel R1 zur Senkrechten 23, aber in Gegenrichtung zum Laserstrahl 22 geneigt austritt. Infolgedessen sind die beiden aus der Spiegelfläche 26 dieser Halbleiterlaser-Anordnung austretenden Laserstrahlen gegeneinander um einen Winkel 2Φ1 geneigt. Gleichermaßen sind die beiden aus der Spiegelfläche 27 austretenden Laserstrahlen gegeneinander um einen Winkel 2Φ2 geneigt.

Diese Halbleiterlaser-Anordnung 21 erlaubt es auf ähnliche Weise wie gemäß der Darstellung in Fig. 4, eine Strahlabtastungsvorrichtung mit kurzer optischer Weglänge ohne zusätzliche optische Systeme aufzubauen. Ferner ist der gegenseitige Winkel der Strahlen aus den Halbleiterlasern an einem Ende der Anordnung von dem Winkel an dem anderen Ende verschieden, so daß selbst dann, wenn der Teilungsabstand der Streifenzonen 24 und 25 verringert wird und der Abstrahlungswinkel an der Spiegelfläche 26 größer gewählt wird, keine Überkreuzung der Streifenzonen gemäß Fig. 5 auftritt.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Halbleiterlaser-Anordnung ist der Winkel R1 beliebig wählbar, jedoch wird dieser Winkel vorzugsweise innerhalb eines vorbestimmten Bereichs gewählt, um eine stabile und wirkungsvolle Schwingung in dem lateralen bzw. transversalen Modus zu erreichen, was im folgenden näher erläutert wird.

Die Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, die den Zusammen­ hang zwischen dem Winkel R der Tangente der Streifenzone an der Resonatorendfläche zu der Senkrechten an der Resonatorendfläche und dem Leistungs-Reflexionsvermögen Rp an dieser Resonatorendfläche zeigt. Dieser Zusammenhang wurde gemäß Fig. 8 mit einem rippenförmigen Halbleiterlaser 41 mit einer aktiven GaAs-Schicht gemessen, an dessen rückwärtiger Resonatorendfläche durch Vakuumaufdampfen zwei λ/4-Schichten 40 aus SiO₂ und Si gebildet waren, wobei die Messung an der vorderen Resonatorendfläche ausgeführt wurde. Die Kurven in Fig. 7 zeigen die Ergebnisse bei der Veränderung einer zur Längsrichtung senkrechten Breite 2a der Streifenzone an. Für das Stabilisieren des transversalen Modus und für das Verringern des Schwellenstroms ist allgemein die Bedingung 2a≦3 µm bzw. a≦1,5 µm vorteilhaft.

Aus den in Fig. 7 dargestellten Messungen ist ersichtlich, daß das Leistungs-Reflexionsvermögen Rp im Bereich |R|<1° ausreichend hoch ist, aber in dem Bereich |R|≧1° steil abnimmt, was von einer beträchtlichen Steigerung des Schwellenstroms und einem beträchtlichen Abfall hinsichtlich des externen Quantenwirkungsgrads begleitet ist.

Andererseits tritt bei einem sehr kleinen Winkel R der Laserstrahl nicht stabil aus der Resonatorendfläche diagonal aus, so daß der laterale bzw. transversale Modus unstabil wird und die Strom/Lichtausgangsleistung-Kennlinie einen steilen Knick zeigt. Die Beobachtung dieses Verhaltens hat zu folgender vorzugsweise zu wählender Bedingung geführt:

|R| ≧ (90°- tan^-1L/d)

wobei d die Breite der Streifenzone parallel zu der Resonatorend­ fläche ist und L der Abstand zwischen den Resonatorendflächen ist. Beispielsweise gilt für L = 300 µm und d = 3 µm R ≧ 0,57°.

Auf diesen Ergebnissen beruhend sollte der Winkel R vorzugsweise die Bedingung

(90°- tan^-1L/d) ≦ |R| < 1° (3)

erfüllen, um eine stabile Laserschwingung bei niedrigem Schwellenwert und hohem Wirkungsgrad zu erzielen. Infolgedessen sollte der Winkel R1 bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel derart festgelegt werden, daß die Ungleichung (3) erfüllt ist. Ferner wird der vorangehend genannte Winkel R2 kleiner als der Winkel R1 und vorzugsweise so klein wie möglich gewählt, um das Leistungs-Reflexionsvermögen an der rückwärtigen Resonatorendfläche zu steigern. Auf diese Weise kann mit R2 = 0 ein Halbleiterlaser mit niedrigstem Schwellenwert und höchstem Wirkungsgrad erreicht werden.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Streifenzonen 24 und 25 bogenförmig, jedoch können sie auch gemäß Fig. 9 die Form abgeknickter gerader Linien haben. Ferner ist es gemäß Fig. 10 auch möglich, die Streifenzone 24 gerade und die andere Streifenzone 25 bogenförmig zu gestalten. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind die Resonatorendflächen 26 und 27 durch Spalten zueinander parallel gestaltet, jedoch können gemäß Fig. 11 Resonatorendflä­ chen 34 senkrecht zur Längsrichtung der Streifenzonen 24 und 25 gebildet werden. Bei dieser Gestaltung ist es nicht mehr erforderlich, den Winkel zwischen der Streifenzone und der Resonatorendfläche zu berücksichtigen, so daß daher der Zwischenwinkel zwischen den Laserstrahlen weiter vergrößert werden kann. Bei der in Fig. 11 gezeigten Halbleiterlaser-Anordnung kann die Resonatorendfläche 27 wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen durch Spalten gebildet werden, während aber die Resonatorendflächen 34 beispielsweise durch Trockenätzung geformt werden. In den Fig. 9 bis 11 sind gleiche Komponenten wie die in Fig. 6 gezeigten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, so daß sie nicht näher beschrieben werden.

Im folgenden wird die Herstellung der vorstehend beschriebenen Streifenzonen erläutert.

Die Fig. 12 ist eine schematische Schnittansicht der Halbleiterlaser- Anordnung im Schnitt durch die Streifenzone, wobei ein mittiger konvexer bzw. vorstehender Bereich die Streifenzone bildet. Es ist ersichtlich, daß nur eine Streifenzone dargestellt ist. Die dargestellte Struktur wurde in folgendem Prozeß ausgebildet:

Zuerst wurden auf einem n-GaAs-Substrat 51 eine n-GaAs-Pufferschicht 52 in einer Dicke von 1 µm und eine n- Al_0,4Ga_0,6As-Hüllschicht 53 in einer Dicke von 2 µm ausgebildet. Dann wurden abwechselnd viermalig eine undotierte GaAs- Schicht in einer Dicke von 10 nm und eine Al_0,2Ga_0,8As- Schicht in einer Dicke von 3 nm und schließlich darüber eine GaAs-Schicht in einer Dicke von 10 nm gebildet, um eine aktive Zone bzw. Schicht 54 mit Vielfach-Quantentopf-Struktur zu erzeugen. Darauffolgend wurden eine p-Al_0,4Ga_0,6As-Hüllschicht 55 in einer Dicke von 1,5 µm und eine GaAs-Deckschicht 56 in einer Dicke von 0,5 µm entwickelt. Alle diese Schichten wurden nach dem Molekülstrahl-Epitaxie-Verfahren hergestellt.

Zum Begrenzen der Strominjektionszone wurde eine Ätzung bis zu einem Abstand von 0,4 µm vor der aktiven Schicht 54 nach Fig. 12 vorgenommen, wonach durch chemische Plasma-Dampfablagerung eine Siliciumnitrid-Schicht 57 aufgebracht wurde, die nur im oberen Teilbereich einer Rippe weggeätzt wurde, um die Injektionszone zu erhalten.

Es wurden zwei Streifen mit der Biegung gemäß Fig. 6 und mit einer Breite von 3 µm der jeweiligen Injektionszone hergestellt.

Darauffolgend wurden durch Aufbringen einer ohmschen Cr-Au- Schicht und Trennen dieser Schicht durch Ätzen zwei voneinander getrennte obere Elektroden ausgebildet.

Das GaAs-Substrat 51 wurde auf eine Dicke von 100 µm poliert, wonach durch Vakuumaufdampfen eine n-Au-Ge-Elektrode 59 aufgebracht wurde.

Nach einer Wärmebehandlung für die Diffusion wurden die in Fig. 6 gezeigten Resonatorendflächen 26 und 27 durch Spalten geformt. Die Seitenflächen der Anordnung wurden durch Anreißen voneinander getrennt. Der Teilungsabstand der Laser an der Resonatorendfläche 26 betrug 100 µm. Die jeweiligen Elektroden wurden über nicht dargestellte Drahtverbindungen mit der Außenseite verbunden. Die Länge des Resonators, nämlich der Abstand zwischen den Resonatorendflächen 26 und 27 betrug 300 µm.

Es wurde festgestellt, daß zum gleichförmigen und hinsichtlich des Kristallwachstums reproduzierbaren Erzielen einer außerordentlich dünnen Schichtenstruktur das Molekülstrahl- Epitaxie-Verfahren (MBE) oder das organometallische chemische Aufdampfungs-Verfahren (MOCVD) geeignet war und daß ein mit diesen Verfahren erzielter Halbleiterlaser mit Übergitter- Struktur zum Erzielen mehrerer Laser mit schräger Abstrahlung geeignet war.

Ein gleichermaßen zufriedenstellender Lichtabgabe-Wirkungsgrad wurde auch mit einem Mono-Quantentopf-Aufbau aus einer n-Al_0,4Ga_0,6As-Schicht mit 2 µm Dicke, einer n- Al_0,2Ga_0,8As-Schicht mit 200 nm Dicke, einer undotierten GaAs-Schicht mit 8 nm Dicke, einer p-Al_0,2Ga_0,8As-Schicht mit 200 nm Dicke und einer p-Al_0,4Ga_0,6As-Schicht mit 1,5 µm Dicke als Begrenzungen der Umgebung der aktiven Schicht erreicht.

Ferner wurde ein gleichermaßen zufriedenstellendes Ergebnis mit einem Gradationsindex-Aufbau erreicht, bei dem der Al- Gehalt beiderseits der undotierten GaAs-Schicht mit der Dicke von 8 nm allmählich von 0,2 auf 0,4 geändert wurde.

Ein verbessertes Ergebnis wurde dadurch erzielt, daß einige Übergitter von GaAs in einer Dicke von ungefähr 5 nm in einem Abstand von 10 nm in die n-Al_0,4Ga_0,6As-Hüllschicht eingelagert wurden.

Die Fig. 13 ist eine schematische Querschnittsansicht der Streifenzone gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei mit 107 ein n-GaAs-Substrat bezeichnet ist. Auf diesem Substrat wurde zuerst eine n-Al_0,3Ga_0,7As-Hüllschicht 101 in einer Dicke von 1,5 µm ausgebildet, wonach eine nicht dotierte aktive GaAs-Schicht 102 in einer Dicke von 0,1 µm gebildet wurde, wobei mittels der Hüllschicht 101 die Träger und das Licht in der aktiven Schicht 102 konzentriert wurden. Auf dieser aktiven Schicht 102 wurden eine Al_0,3Ga_0,7As-Hüllschicht 103 in einer Dicke von 1,5 µm und eine p-GaAs-Deckschicht 104 in einer Dicke von 0,5 µm ausgebildet. Die Fig. 14 zeigt den Zustand nach dem Ausbilden dieser Schichten. Darauffolgend wurde eine Rippe gemäß der Darstellung in Fig. 13 geformt. Außerhalb der Rippe wurde gemäß der Darstellung durch 109 die p-Al_0,3Ga_0,7As-Hüllschicht 103 auf eine Dicke von normalerweise im Bereich von 0,05 bis 0,8 µm und vorzugsweise im Bereich von 0,2 bis 0,5 µm verdünnt. Diese Schicht sollte so dünn wie ohne Beeinträchtigung der aktiven Schicht 102 möglich sein, da bei einer größeren Dicke die Trägereinschließungswirkung verschlechtert ist. Die Breite der Rippe sollte vorzugsweise nicht 10 µm übersteigen.

Nach diesem Formen der Rippe wurde eine n-Al_0,3Ga_0,7As-Einbettungsschicht 105 mit einer derartigen Dicke ausgebildet, daß die Rippe nicht eingebettet war. Darauffolgend wurden nach einem üblichen fotografischen Prozeß eine Isolierschicht 106 und eine Strominjektionszone 111 ausgebildet. Dann wurden eine p-Elektrode 110 und eine n-Elektrode 108 beispielsweise aus Au-Zn oder Au-Ge-Ni gebildet.

Bei einem auf diese Weise hergestellten Laser kann ein niedriger Schwellenstrom erreicht werden, da ein Strom 112 durch die Einbettungsschicht 105 eingegrenzt wird. Ferner wird infolge der Änderung hinsichtlich des Brechungsindex das Licht in der aktiven Schicht der Streifenzone eingeschlossen.

Der vorstehend erläuterte Aufbau beruht zwar auf einem n- GaAs-Substrat, jedoch kann ein gleichartiger Laseraufbau durch Umkehren der Leitfähigkeitsart der auf dem Substrat gezogenen Schichten auf einem p-GaAs-Substrat hergestellt werden.

Die Fig. 15 zeigt ein nächstes Ausführungsbeispiel für die Streifenzone, bei dem auf einem n-GaAs-Substrat 120 eine n- Al_0,3Ga_0,7As-Hüllschicht 121 in einer Dicke von 1,5 µm, eine undotierte aktive GaAs-Schicht 122 in einer Dicke von 0,1 µm, eine p-Al_0,3Ga_0,7As-Hüllschicht 125 in einer Dicke von 1,5 µm und eine p-GaAs-Deckschicht 126 in einer Dicke von 0,5 µm ausgebildet wurden. Darauffolgend wurden die Schichten 126 und 125 zum Teil derart abgeätzt, daß eine dünnere Schicht 123 mit einer Dicke im Bereich von 0,05 bis 0,7 µm gebildet wurde. Danach wurden eine SiO₂-Isolierschicht 124, eine p-Au- Zn-Elektrode 127 und eine n-Au-Ge-Ni-Elektrode 128 aufgebracht.

Die vorstehend beschriebene rippenförmige Streifenzone bietet folgende Vorteile:

• 1. Für die Lichtabgabe ist ein geringerer Injektionsstrom erforderlich, was zu einer geringeren Wärmeentwicklung und einer niedrigeren Betriebstemperatur führt;
• 2. die Temperatureigenschaften sind verbessert, wobei selbst bei höherer Temperatur geringere Abweichungen hinsichtlich der Lichtausgangsleistung auftreten;
• 3. die Leistungsfähigkeit ist zwischen benachbarten Elementen gleichförmig.

Die Streifenzone kann auch gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 16 durch eine Nut gebildet werden, wobei an einem Substrat 116 eine bogenförmige Nut 119 in der in Fig. 6 gezeigten Form der Streifenzone gebildet wird. Ein Halbleiterlaser wird dadurch hergestellt, daß auf diesem Substrat eine Hüllschicht 115, eine aktive Schicht 114, eine Hüllschicht 113 und eine Deckschicht 112 gezogen werden und daß Elektroden 111 und 118 ausgebildet werden. Das in der aktiven Schicht 114 erzeugte Licht wird durch die Einschlußwirkung der Nut längs der in Fig. 6 gezeigten Streifenzone übertragen. Auf diese Weise werden mehrere Laserstrahlen mit endlichen Abstrahlungswinkeln an den Stirnflächen der Laseranordnung erhalten.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern auf vielerlei Weise veränderbar. Beispielsweise besteht hinsichtlich der Materialien für den Aufbau der Halbleiterlaser- Anordnung keine Einschränkung auf das GaAs/AlGaAs-System, so daß vielmehr dieses auch durch das InP/InGaAsP-System ersetzt werden kann. Ferner ist die Anzahl der monolithisch in einer Anordnung ausgebildeten Halbleiterlaserelemente nicht auf zwei begrenzt, sondern kann drei oder mehr betragen. In diesem Fall bedeutet der Ausdruck "Laser" mit voneinander verschiedenen Lichtabstrahlungsrichtungen" nicht unbedingt, daß alle Abstrahlungsrichtungen voneinander verschieden sind, sondern daß mindestens zwei voneinander verschiedene Abstrahlungsrichtungen vorliegen.

Eine Halbleiterlaser-Anordnung enthält mehrere Halbleiterlaserelemente, von denen jedes an zwei Resonator-Stirnflächen Licht abgibt und die monolithisch derart auf dem gleichen Halbleitersubstrat ausgebildet sind, daß der Winkel zwischen den Abstrahlungsrichtungen der Laserelemente an einer Stirnfläche von demjenigen an der anderen Stirnfläche verschieden ist und daß dieser Abstrahlungswinkel zumindest an einer Stirnfläche einen von "0" verschiedenen endlichen Wert hat.

Claims (4)

1. Halbleiterlaser-Anordnung mit mindestens zwei Laser­ elementen, die monolithisch auf demselben Halbleitersub­ strat (51; 107; 116; 120) als schmale streifenförmige Be­ reiche (24, 25) ausgebildet sind, wobei jedes Laserele­ ment eine Resonatorendfläche (26; 34) an der Frontseite und eine Resonatorendfläche (27) an der Rückseite des Halbleitersubstrats (51; 107; 116; 120) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand benachbarter streifenförmiger Bereiche (24, 25) in Richtung von der Rückseite zur Frontseite des Halbleitersubstrats (51, 107; 116; 120) zunimmt, wobei zumindest einer der streifenförmigen Bereiche (24, 25) in Richtung von der Rückseite zur Frontseite des Halbleiter­ substrats (51; 107; 116; 120) derart gebogen oder ab­ geknickt geformt ist, daß der zugehörige an der Front­ seite emittierte Laserstrahl (22) bezüglich der Flächen­ normalen der Frontseite einen von Null verschiedenen Aus­ trittswinkel besitzt, der größer ist als der Austritts­ winkel des zugehörigen an der Rückseite emittierten La­ serstrahls bezüglich der Flächennormalen der Rückseite, so daß sich die rückwärtigen Verlängerungen der frontsei­ tig emittierten Laserstrahlen (22) in einem gemeinsamen Punkt schneiden.

2. Halbleiterlaser-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangentialrichtung des zumindest einen der streifenförmigen Bereiche (24, 25) am Ort der Resonatorendfläche (26) an der Frontseite des Halbleiter­ substrats (51; 107; 116; 120) einen Winkel R bezüglich der Flächennormalen der Frontseite besitzt, der der Beziehung {90° - tan^-1 (L/d)} |R| < 1°genügt, wobei d die Breite des zumindest einen der strei­ fenförmigen Bereiche (24, 25) in der Richtung parallel zur Frontseite und L den Abstand zwischen der Frontseite und der Rückseite des Halbleitersubstrats (51; 107; 116; 120) bezeichnen.

3. Halbleiterlaser-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von den rückseitigen Re­ sonatorendflächen (27) der streifenförmigen Bereiche (24, 25) abgegebenen Lichtstrahlen parallel zueinander verlau­ fen.

4. Halbleiterlaser-Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangentialrichtung des zumindest einen der streifenförmigen Bereiche (24, 25) an der Rück­ seite des Halbleitersubstrats (51; 107; 116; 120) senk­ recht zu dieser orientiert ist.