DE4425711A1

DE4425711A1 - Oberflächenemittierendes Laserdiodenfeld, sowie Verfahren zum Betreiben hiervon, Photodetektor, Photodetektorfeld, optisches Verbindungssystem und optisches Mehrfachwellenlängen-Kommunikationssystem

Info

Publication number: DE4425711A1
Application number: DE4425711A
Authority: DE
Inventors: Takushi Itagaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-07-20
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 1995-02-02
Also published as: GB9414546D0; JPH0738205A; US5602863A; GB2283613A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein oberflächenemit tierendes Laserdiodenfeld nach dem Oberbegriff des An spruchs 1 bzw. 9 bzw. 13, sowie ein Verfahren zum Betreiben hiervon, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Photodetektor nach dem Oberbegriff des Anspruches 21 bzw. 22, ein Photodetek torfeld nach dem Oberbegriff des Anspruches 21, ein opti sches Verbindungssystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 25 und ein Mehrfachwellenlängen-Kommunikationssystem nach dem Oberbegriff des Anspruches 27.

Oberflächenemittierende Laserdioden (nachfolgend als oberflächenemittierende LDs bezeichnet) werden aufgrund der Formgebung der Hohlraumresonatoren in drei Grundsatztypen klassifiziert: oberflächenemittierende LDs mit vertikalem Hohlraum, oberflächenemittierende LDs mit horizontalem Hohlraum und oberflächenemittierende LDs mit gebogenem Hohlraum. Hierzu sei auch auf "Journal of Electronic Infor mation Communication Institute" C-I, Vol. J75-C-I, No. 5, Seiten 245-256 (Mai 1992) verwiesen. Diese oberflächen emittierenden LDs emittieren Laserlicht in einer Richtung senkrecht zu einer Hauptoberfläche des Substrates, wohinge gen herkömmliche LDs Laserlicht aus einer Facette oder Kri stallfläche des Substrates emittieren.

Von diesen drei Typen von oberflächenemittierenden La serdioden ist die oberflächenemittierende LD mit horizonta lem Hohlraum in einem vergleichsweise einfachen Verfahren unter Verwendung einer Technik herstellbar, bei der ein Diffraktionsgitter in einem optischen Wellenleiter herge stellt wird, wobei diese Technik für gewöhnlich bei der Herstellung einer DFB-Laserdiode (DFB = Distributed Feed back) oder einer DBR-Laserdiode (DBR = Distributed Bragg Reflector) verwendet wird. Genauer, die LD mit horizontalem Hohlraum wird so hergestellt, daß das Diffraktionsgitter in zweiter Ordnung ausgebildet wird, d. h. mit einer Periode, welche λ₀ (Wellenlänge des Laserlichts)/n(effektiver Bre chungsindex des Wellenleiters) erfüllt. In der nachfolgen den Beschreibung wird dieses Diffraktionsgitter zweiter Ordnung als sekundäres Diffraktionsgitter bezeichnet.

Fig. 15 ist eine perspektivische Darstellung eines oberflächenemittierenden DBR-Lasers nach dem Stand der Technik, wie er in "Applied Physics Letters", 50(24), 15. Juni 1987, Seiten 1705-1707 beschrieben ist. In der Dar stellung gemäß Fig. 15 beinhaltet ein oberflächenemittie render DBR-Laser 150 ein GaAs-Substrat 52 des n-Typs. Auf dem GaAs-Substrat 52 des n-Typs sind aufeinanderfolgend ei ne GaAs-Pufferschicht 53 des n-Typs, eine AlGaAs-Plattie rungsschicht 52 des n-Typs und eine Lichtleiterschicht 55 des MQW-Typs (MQW = Multiquantum Well = Mehrfachquanten- Wanne oder Übergitter). Die MQW-Lichtleiterschicht 55 weist abwechselnd GaAs-Wannenschichten und AlGaAs-Sperr- oder Barriereschichten auf. Eine AlGaAs-Plattierungsschicht 56 des p-Typs mit einem streifenförmigen sekundären Diffrakti onsgitter 58 ist auf der Lichtleiterschicht 55 angeordnet. Eine GaAs-Kontaktschicht 59 des p-Typs ist auf einem Teil des sekundären Diffraktionsgitters 58 in einem Laser-Oszil lationsbereich 150A angeordnet. Isolierende Filme 57 sind auf der Plattierungsschicht 56 auf einander gegenüberlie genden Seiten des streifenförmigen sekundären Diffraktions gitter 58 und auf der oberen Oberfläche des Diffrationsgit ters 58 mit Ausnahme des Laser-Oszillationsbereiches 150A und auf den gegenüberliegenden seitlichen Oberflächen des Diffraktionsgitters 58 und der Kontaktschicht 59 in dem La ser-Oszillationsbereich 150A angeordnet. Eine Seitenelek trode 61 des p-Typs ist auf dem isolierenden Film 57 und der Kontaktschicht 59 in dem Laser-Oszillationsbereich 150A angeordnet. Eine Facette des Laser-Oszillationsbereiches 150A ist mit einem hoch reflektierenden Film 60 beschich tet.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieser bekannten An ordnung beschrieben.

Wenn durch die p-Seitenelektrode 61 ein Strom in den Laser-Oszillationsbereich 150A eingebracht wird, erfolgt eine Laser-Grundschwingung. Wenn das Laserlicht in die Al- GaAs-Plattierungsschicht 56 des p-Typs inklusive des sekun dären Diffraktionsgitters 58, d. h. des optischen Wellenlei ters hineinreicht, wird eine maximale Reflektivität bei ei ner Wellenlänge erhalten, die durch die Periode des sekun dären Diffraktionsgitters 58 bestimmt ist und zwischen der Lichtleiterschicht 55 und dem hoch reflektierendem Film 60 wird ein Resonator erzeugt, wodurch der Laser in einer ein zigen und longitudinalen Mode oszilliert. Das sekundäre Diffraktionsgitter 58 wandelt das Laserlicht parallel zur Oberfläche des Substrates 52 in ein Laserlicht senkrecht zur Oberfläche des Substrates um und gibt das Laserlicht aus.

Wenn eine Mehrzahl von LDs mit horizontalem Hohlraum, beispielsweise wie die oben beschriebenen oberflächenemit tierenden DBR-LDs 150 zweidimensional auf dem gleichen Substrat integriert werden, wird ein oberflächenemittieren des DBR-LD-Feld realisiert.

Fig. 16 zeigt eine perspektivische Darstellung eines oberflächenemittierenden DBR-LD-Feldes, wie es in "Electronics Letters", Vol. 24, No. 5, 1988, S. 283 be schrieben ist. In der Fig. 16 bezeichnen gleiche Bezugs zeichen wie in Fig. 15 gleiche oder einander entsprechende Teile. Ein zweidimensionales oberflächenemittierendes DBR- LD-Feld 160 umfaßt drei oberflächenemittierende DBR-LDs mit jeweils sekundären Diffraktionsgittern 58a, 58b und 58c, welche parallel zueinander auf dem gleichen Substrat 52 an geordnet sind, wodurch die Ausgangsleistung des Laserlichts erhöht wird.

In diesem oberflächenemittierenden LD-Feld 160 nach dem Stand der Technik weist ein Ausgangslaserlicht von dem LD- Feld 160 Laserlichtanteile auf, welche von den entsprechen den Laserresonatoren emittiert werden, so daß im Vergleich zu der oberflächenemittierenden LD 150 mit dem einzigen La serresonator gemäß Fig. 15, (sekundäres Diffrationsgitter) eine höhere Ausgangsleistung erhalten wird. Da jedoch eine Mehrzahl von Laser-Oszillationsbereichen nahe aneinander angeordnet ist, wächst die Temperatur dieser Vorrichtung erheblich an, wenn die Laser kontinuierlich oszillieren, so daß der Brechungsindex in dem optischen Wellenleiter, d. h. in der Lichtleiterschicht und in der Plattierungsschicht sich in nachteiliger Weise ändert. Diese Änderungen in dem Brechungsindex bewirken eine Differenz zwischen der Bragg- Wellenlänge des sekundären Diffraktionsgatters, das in dem optischen Wellenleiter hergestellt wird und in der Laseros zillations-Wellenlänge, was zu einem unstabilen Strahlaus gangswinkel führt. Die Fig. 17(a) bis 17(c) zeigen ein oberflächenemittierendes DBR-LD-Feld mit einem kreisförmi gen Diffraktionsgitter wie es in der veröffentlichten japa nischen Patentanmeldung Nr. Hei. 3-257888 beschrieben ist, wobei Fig. 17(a) eine perspektivische Darstellung des DBR- LD-Feldes ist, Fig. 17(b) eine Schnittdarstellung entlang Linie 17b-17b in Fig. 17(a) ist und Fig. 17(c) eine Schnittdarstellung entlang Linie 17c-17c in Fig. 17(a) ist. In den Figuren beinhaltet ein oberflächenemittierendes DBR-LD-Feld 170 ein InP-Substrat 70 des n-Typs mit einander gegenüberliegenden vorderen und hinteren Oberflächen. Eine InGaAsP-Wellenleiterschicht 83 des n-Typs mit einer Band lückenenergie gleich einer Wellenlänge von 1.3 µm, eine In- GaAsP-Aktivschicht 82 mit einer Bandlückenenergie gleich einer Wellenlänge von 1.55 µm, eine InP-Plattierungsschicht 81 des p-Typs und eine InGaAsP-Kappenschicht 80 des p-Typs sind aufeinanderfolgend auf dem InP-Substrat des n-Typs an geordnet. Teile dieser Schichten 80, 81 und 82 in der Mitte der Struktur werden selektiv entfernt und ein kreisförmiges sekundäres Diffraktionsgitter 59 wird auf der freiliegenden Oberfläche der InGaAsP-Wellenleiterschicht 83 des n-Typs hergestellt. Weiterhin werden diese Schichten 80, 81, 82 und 83 in einer Mehrzahl von streifenförmigen Mesas über das Diffrationsgitter 79 hinweg ausgebildet. Genauer ge sagt, gemäß Fig. 17(a) werden vier streifenförmige Laser resonatoren 71, 72, 73 und 74, die jeweils den Querschnitt gemäß Fig. 17b haben, durch selektives Entfernen von Be reichen dieser Schichten 80 bis 83 hergestellt. Wie in Fi gur 17(c) gezeigt, ist eine halbisolierende InP-Schicht 84 auf dem Substrat 70 angeordnet und kontaktiert einander ge genüberliegende Seiten eines jeden Laserresonators. Eine Seitenelektrode 78 den n-Typs ist auf der rückwärtigen Oberfläche des Substrates 70 ausgebildet. Eine Seitenelek trode 75 des p-Typs ist auf den streifenförmigen Resonato ren 70 bis 74 und auf der halbisolierenden InP-Schicht 84 ausgebildet. Mit den Bezugszeichen 81a sind Facetten oder Kristallflächen bezeichnet, mit den Bezugszeichen 76 ein isolierender Film und dem Bezugszeichen 77 ein Metallfilm.

Bei diesem oberflächenemittierenden DBR-LD-Feld nach dem Stand der Technik werden Laserlichtanteile, die durch Laseroszillationen der jeweiligen Resonatoren 71 bis 74 er zeugt werden, von dem kreisförmigen Diffraktionsgitter 79 nach oben ausgegeben, so daß von der einzigen Apertur eine hohe Ausgangsleistung erhalten wird, die proportional zu der Anzahl der Laserresonatoren ist. Zusätzlich ist der Raum zwischen benachbarten Resonaten größer als bei dem LD- Feld gemäß Fig. 16. Von daher wird der unerwünschte Tempe raturanstieg in der Vorrichtung während einer kontinuierli chen Laseroszillation unterdrückt, wodurch die Instabilität in dem Strahlausgangswinkel auf einen bestimmten Betrag verringerbar ist.

Da das oberflächenemittierende DBR-LD-Feld nach dem Stand der Technik ein Laserlicht mit hoher Leistung in ei ner Richtung senkrecht zur Hauptfläche des Substrates aus sendet, wird es als lichtemittierendes Halbleiterelement zur optischen Kopplung von Signalen zwischen einer Mehrzahl von Computern oder zur optischen Kopplung in einem Compu ter, d. h. von Signalen zwischen einer Mehrzahl von Schalt kreiskarten oder auf einer jeden Schaltkreiskarte oder von Signalen zwischen einer Mehrzahl von Chips verwendet. Die ses optische Verbindungssystem macht Mittel notwendig, mit den elektrische Signale in Licht umwandelbar sind, Mittel zum Übertragen des optischen Signales und Mittel zum Wie dererhalt des elektrischen Signales aus dem optischen Si gnal. Ein lichtemittierendes Halbleiterelement (beispielsweise ein Halbleiterlaser), ein optischer Wellen leiter und ein lichtempfindliches Halbleiterelement sind die hierfür verwendeten Mittel. Fig. 18(a) ist eine sche matische Darstellung eines optischen Verbindungssystems, das einen optischen Wellenleiter verwendet (nachfolgend als optische Wellenleiterverbindung bezeichnet) und Fig. 18(b) ist eine schematische Darstellung eines optischen Verbin dungssystems, das keinen Wellenleiter verwendet (nachfolgend als optische räumliche Verbindung bezeichnet).

Gemäß den Fig. 18(a) und 18(b) wird bei der opti schen Wellenleiterverbindung bzw. der optischen räumlichen Verbindung die Richtung, in der von einem Halbleiterlaser immitiertes Laserlicht geführt wird, durch einen optischen Wellenleiter bzw. einen Reflektionsspiegel geändert. Wenn daher gemäß Fig. 19 die Richtungen von Laserlichtanteilen 92a bis 92c, welche von oberflächenemittierenden LD-Feldern 90a bis 90c ausgegeben werden, die auf einem Übertragerchip 190a angeordnet sind, separat für jedes oberflächenemittie rende LD-Feld gesteuert werden, kann auf physische Mittel zum Ändern des optischen Pfades, also beispielsweise auf den Wellenleiter oder den Reflektionsspiegel verzichtet werden. Zusätzlich werden Informationen von den drei ober flächenemittierenden LD-Feldern 90a bis 90c von sechs Pho todioden 91a bis 91f empfangen, die auf einem Empfängerchip 190b angeordnet sind, so daß die Bauelementgröße erheblich verkleinert wird. In dem oberflächenemittierenden LD-Feld gemäß Fig. 16 ist jedoch eine Mehrzahl von Oszillations teilen der Laserresonatoren parallel und eng benachbart an geordnet und jeder Laserresonator wird durch Lecklicht von dem benachbarten Resonator nachteilig beeinflußt. Selbst wenn daher die jeweiligen Laserresonatoren mit unterschied lichen Treiberströmen oszilliert werden und eine phasenge mischte Welle erzeugt wird, arbeiten die jeweiligen Laser resonatoren nicht stabil, so daß die Ausgangsrichtung der erhaltenen phasengemischten Welle nicht beliebig gesteuert werden kann. Da andererseits in dem oberflächenemittieren den LD-Feld gemäß Fig. 17 eine Mehrzahl von Laserlichtan teilen von den Oszillatoren der jeweiligen Laserresonatoren 71 bis 74 miteinander an dem ringförmigen Diffraktionsgit ter 79 in Interferenz geraten bzw. einander stören oder be einflussen, wird keine phasengemischte Welle erhalten, so daß die Ausgangsrichtung des zusammengesetzten Ausgangs lichts mit den Laserlichtanteilen von den jeweiligen Laser lichtresonatoren nicht beliebig gesteuert werden kann.

In der Zwischenzeit wird mehr und mehr eine optische Mehrfachwellenlängen-Kommunikation angewendet, bei der Mehrfachwellenlängen-Licht mit Laserlichtanteilen unter schiedlicher Wellenlängen durch eine optische Faser geführt wird. Wenn bei dem oberflächenemittierenden LD-Feld gemäß Fig. 16 die Teilungen der jeweiligen sekundären Diffrakti onsgitter 58a bis 58c von einander unterschiedlich sind, werden Laserlichtanteile mit unterschiedlichen Wellenlängen gleichzeitig ausgegeben. Bei dem oberflächenemittierenden LD-Feld gemäß Fig. 16 sind jedoch die sekundären Diffrak tionsgitter 58a bis 58c zueinander parallel und eng benach bart angeordnet, so daß Laserlichtanteile von den jeweili gen Diffrationsgittern miteinander in Interferenz geraten, so daß ein Mehrfachwellenlängen-Laserlicht mit einer vorbe schriebenen Wellenlänge nicht stabil ausgegeben werden kann. Bei dem oberflächenemittierenden LD-Feld gemäß Fig. 17 geraten Laserlichtanteile mit unterschiedlichen Wellen längen miteinander an dem ringförmigen Diffraktionsgitter 79 in Interferenz, so daß ein Mehrfachwellenlängen-Laser licht mit einer bestimmten Wellenlänge nicht stabil ausge geben werden kann.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein oberflächenemittierendes LD-Feld zu schaffen, welches stabile Ausgangswinkel von Laserlichtanteilen von entspre chenden Laserresonatoren (Laserdioden) im kontinuierlichen Betrieb bei Raumtemperatur ermöglicht, bei dem die jeweili gen Laserresonatoren separat gesteuert werden und bei dem ein zusammengesetztes Laserlicht bestehend aus Laserlicht anteilen von Laserresonatoren mit hoher Steuerbarkeit in eine beliebige Richtung lenkbar ist.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen oberflächenemit tierenden LD-Feldes bereit zu stellen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein räumliches, optisches Verbindungssystem zu schaffen, welches das oberflächenemittierende LD-Feld verwendet.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein oberflächenemittierendes LD-Feld zu schaffen, bei dem eine Mehrzahl von Laserresonaten (Laserdioden) separat von einander steuerbar ist, und bei dem ein zusammengesetztes Laserlicht mit Laserlichtanteilen unterschiedlicher Wellen länge von den jeweiligen Laserresonaten in einer bestimmten Richtung ausgegeben wird, wobei die Ausgabe mit hoher Sta bilität erfolgt und keine gegenseitige Beeinflussung der Laserlichtanteile unterschiedlicher Wellenlänge erfolgt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Photodetektor zu schaffen, der nur Licht mit einer bestimmten Wellenlänge aus dem oben erwähnten Mehrfachwel lenlängen-Laserlicht erkennt.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Mehrfachwellenlängen-Kommunikationssystem zu schaffen, mit einem Übertrager aus dem oben beschriebenen oberflächenemittierenden LD-Feld und einem Empfänger, der das Mehrfachwellenlängen-Licht von dem Übertrager bei jeder Wellenlänge erkennt.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die im An spruch 1 bzw. 8 bzw. 9 bzw. 13 bzw. 21 bzw. 22 bzw. 23 bzw. 25 bzw. 27 angegebenen Merkmale.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen stand der jeweiligen Unteransprüche.

Gemäß eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung weist ein oberflächenemittierendes LD-Feld eine Mehrzahl von oberflächenemittierenden LDs auf, welche jeweils sekun däre Diffraktionsgitter beinhalten, welche mit der gleichen Unterteilung erzeugt werden. Diese LDs werden radial auf einem Substrat mit einem bestimmten Punkt des Substrates als Mittelpunkt der radialen Anordnung angeordnet, so daß die sekundären Diffraktionsgitter in Richtung des Mittel punktes weisen. In dieser Anordnung sind die Laseroszilla tionsbereiche der benachbarten oberflächenemittierenden LDs voneinander beabstandet, so daß die jeweiligen oberfläche nemittierenden LDs jeweils individuell mit hoher Stabilität betrieben werden. Im Ergebnis wird, wenn diese oberflächen emittierenden LDs mit dem gleichen Treiberstrom oszilliert werden, ein Laserlicht mit hoher Leistung mit einer Mehr zahl von Laserlichtanteilen, die von den jeweiligen LDs ausgegeben werden, und gleiche Phase und Wellenlänge haben, stabil in einer bestimmten Richtung ausgesendet. Wenn ande rerseits diese oberflächenemittierenden LDs mit unter schiedlichen Treiberströmen oszilliert werden, wird eine phasenzusammengesetzte Welle, in der eine Mehrzahl von La serlichtanteilen mit gleicher Phase und unterschiedlicher Wellenlängen vorhanden sind, stabil in einer bestimmten Richtung ausgesendet.

Gemäß eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung sind in dem oben erwähnten oberflächenemittierenden LD-Feld die oberflächenemittierenden LDs so angeordnet, daß Vor sprünge der sekundären Diffraktionsgitter einander benach barte LDs nicht konzyklisch mit dem Mittelpunkt auf dem Substrat als Mitte sind. Wenn daher diese oberflächenemit tierenden LDs mit unterschiedlichen Treiberströmen oszil liert werden, um eine phasenzusammengesetzte Welle zu er zeugen, wird die gegenseiteige Interferenz von Lecklicht mit unterschiedlichen Phasen zwischen den benachbarten oberflächenemittierenden LDs aufgehoben, wodurch die pha senzusammengesetzte Welle stabil in einer bestimmten Rich tung ausgesendet wird.

Gemäß eines dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist bei dem oben erwähnten oberflächenemittierenden LD-Feld eine Mehrzahl von Kerben zur Wärmeabstrahlung zwischen ein ander benachbarten LDs angeordnet. Eine gegenseitige ther mische Beeinflussung einander benachbarter oberflächenemit tierender LDs wird hierdurch verhindert, wodurch die jewei ligen LDs mit hoher Zuverlässigkeit betrieben werden kön nen.

Gemäß eines vierten Aspektes der vorliegenden Erfindung werden bei dem Verfahren zum Betreiben eines oberflächene mittierenden LD-Feldes die jeweiligen oberflächenemittie renden LDs mit unterschiedlichen Betriebs strömen angesteu ert, um diese LDs individuell zu steuern, wodurch die Aus gangsrichtung eines zusammengesetzten Laserlichts mit La serlichtanteilen von den jeweiligen oberflächenemittieren den LDs in eine beliebige Richtung geändert werden kann, ohne einen Reflektionsspiegel oder einen optischen Wellen leiter benutzen zu müssen.

Gemäß eines fünften Aspektes der vorliegenden Erfindung werden bei dem oberflächenemittierenden LD-Feld die sekundä ren Diffraktionsgitter der jeweiligen LDs mit unterschied lichen Teilungen hergestellt. Die jeweiligen oberflächene mittierenden LDs werden daher mit unterschiedlichen Oszil lationswellenlängen oszilliert und ein Mehrfachwellenlän gen-Laserlicht bestehend aus einer Mehrzahl von Laserlicht anteilen mit unterschiedlichen Wellenlängen wird erhalten.

Gemäß eines sechsten Aspektes der vorliegenden Erfin dung ist ein oberflächenemittierendes LD-Feld vorgesehen mit einem Substrat, das eine Durchgangsbohrung hat, wobei eine Mehrzahl von oberflächenemittierenden LDs radial auf dem Substrat so angeordnet ist, daß die laseremittierenden Kristallflächen der entsprechenden LDs in Richtung der Durchgangsbohrung weisen, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um Laserlichtanteile von den jeweiligen LDs zu sammeln und das zusammengefaßte Laserlicht in Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates auszugeben. Die Vorrichtung zum Sammeln des Laserlichtes ist in der Durchgangsbohrung des Substrates angeordnet. Von daher kann der gleiche Be trieb wie bei dem oben beschriebenen oberflächenemittieren den LD-Feld ohne Verwendung von oberflächenemittierenden LDs erhalten werden.

Gemäß eines siebten Aspektes der vorliegenden Erfindung weist ein Photodetektor eine optische Wellenleiterschicht, einen lichtempfindlichen Teil mit einem sekundären Diffrak tionsgitter, das Licht mit einer bestimmten Wellenlänge zu der optischen Wellenleiterschicht führt, und einen Lichtde tektionsteil zum Wandeln des Lichtes mit einer bestimmten Wellenlänge, das durch die optische Wellenleiterschicht wandert in einen photoelektrischen Strom und zum Ausgeben des photoelektrischen Stromes auf. Von daher wird Licht mit einer bestimmten Wellenlänge aus dem Mehrfachwellenlängen- Licht mit hoher Präzision herausdetektiert.

Gemäß eines achten Aspektes der vorliegenden Erfindung weist ein Photodetektorfeld eine Mehrzahl der erwähnten Photodetektoren auf. Diese Photodetektoren sind radial auf einem Substrat angeordnet, wobei eine bestimmter Punkt auf dem Substrat der Mittelpunkt der radialen Anordnung derart ist, daß die sekundären Diffraktionsgitter der jeweiligen Photodetektoren in Richtung des Mittelpunktes weisen. Wenn daher die sekundären Diffraktionsgitter der jeweiligen Pho todetektoren mit unterschiedlichen Teilungen erzeugt wer den, wird Mehrfachwellenlängen-Licht mit jeder Wellenlänge mit hoher Präzision ohne die Verwendung von Vorrichtungen zum Unterteilen des Mehrfachwellenlängen-Lichtes in Si gnallichtanteile der jeweiligen Wellenlänge erkannt.

Gemäß eines neunten Aspektes der vorliegenden Erfindung weist ein räumliches optisches Verbindungssystem als lich temittierendes Halbleiterelement zur Übertragung ein ober flächenemittierendes LD-Feld auf, bei dem die sekundären Diffraktionsgitter der jeweiligen oberflächenemittierenden LDs mit der gleichen Teilung erzeugt werden. Wenn daher die Treiberströme für die jeweiligen oberflächenemittierenden LDs gesteuert werden, wird ein zusammengesetztes Laserlicht mit Laserlichtanteilen von den jeweiligen LDs in einer be liebigen Richtung ausgesendet, wodurch Signallichtanteile zu einer Mehrzahl von lichtempfangenden Elementen übertra gen werden können.

Gemäß eines zehnten Aspektes der vorliegenden Erfindung weist ein optisches Mehrfachwellenlängen-Kommunikationssy stem ein oberflächenemittierendes LD-Feld auf, bei dem die sekundären Diffraktionsgitter der oberflächenemittierenden LDs mit unterschiedlichen Teilungen hergestellt sind, ein Photodektorfeld, bei dem die sekundären Diffraktionsgatter der jeweiligen Photodetektoren mit unterschiedlichen Tei lungen hergestellt werden und eine optische Faser, welche das LD-Feld und das Photodetektorfeld verbindet. Von daher wird Mehrfachwellen-Licht der optischen Faser mit hoher Stabilität übertragen und ein Signallicht mit einer be stimmten Wellenlänge wird aus dem übertragenen Mehrfachwel lenlängen-Licht mit hoher Präzision herausdetektiert und empfangen.

Weitere Einzelheiten und Aspekte und Vorteile der vor liegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be schreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1(a) eine Draufsicht auf ein oberflächen emittierendes LD-Feld gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1(b) eine perspektivische Darstellung einer LD in dem LD-Feld, das in dem strichpunktierten Bereich A in Fig. 1(a) angeordnet ist;

Fig. 2 und 3 schematische Schnittdarstellungen zur Erläuterung der Arbeitsweise des oberflächenemittieren den LD-Feldes von Fig. 1;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer oberflächenemittierenden LD gemäß Fig. 1(b) mit einer Pha sensteuerfunktion;

Fig. 5 eine Draufsicht zur Darstellung von Teilen sekundärer Diffraktionsgatter in einem oberflächenemittie renden LD-Feld gemäß einer zweiten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein oberflächenemit tierendes LD-Feld gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer oberflächenemittierenden LD in dem LD-Feld gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine Draufsicht auf ein oberflächenemit tierendes LD-Feld gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 und Fig. 10 Schnittdarstellungen des LD- Feldes von Fig. 8;

Fig. 11 eine Draufsicht auf ein oberflächenemit tierendes LD-Feld gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12(a) und Fig. 12(b) eine perspektivische Darstellung und eine Schnittdarstellung eines Photodetek tors gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine Draufsicht auf ein Photodetektorfeld gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 14 eine schematische Darstellung eines opti schen Mehrfachwellenlängen-Kommunikationssystems gemäß ei ner achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 eine perspektivische Darstellung einer oberflächenemittierenden LD nach dem Stand der Technik;

Fig. 16 eine perspektivische Darstellung eines oberflächenemittierenden LD-Feldes nach dem Stand der Tech nik;

Fig. 17(a) bis 17(c) perspektivische Darstellun gen bzw. Schnittdarstellungen eines oberflächenemittieren den LD-Feldes nach dem Stand der Technik;

Fig. 18(a) und 18(b) schematische Darstellungen von herkömmlichen optischen Verbindungssystemen; und

Fig. 19 eine schematische Darstellung eines räum lichen optischen Verbindungssystems mit einem lichtemittie renden Halbleiterelement, welches die Richtung des Aus gangslichtes ändern kann.

Fig. 1(a) ist eine Draufsicht auf ein oberflächenemit tierendes LD-Feld gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 1(b) ist eine perspektivi sche Darstellung einer LD, die in diesem LD-Feld in dem strichpunktierten Bereich A in Fig. 1(a) angeordnet ist. Gemäß den Fig. 1(a) und 1(b) weist ein oberflächenemit tierendes LD-Feld 100 ein InP-Substrat 10 des n-Typs auf. Eine Mehrzahl von oberflächenemittierenden LDs 101a bis 101l des DBR-Typs (DBR = Distributed Bragg Reflector) mit je einem sekundären Diffraktionsgitter 16 ist radial auf dem InP-Substrat 10 angeordnet, wobei ein bestimmter Punkt auf dem Substrat 10 der Mittelpunkt der radialen Anordnung ist, so daß die sekundären Diffraktionsgitter 16 in Rich tung des Mittelpunktes weisen. Die sekundären Diffraktions gitter 16 der LDs 101a bis 101l werden mit gleicher Teilung oder Unterteilung hergestellt. Obgleich in Fig. 1(a) nicht dargestellt, sind die oberflächenemittierenden LDs 101a bis 101l so angeordnet, daß die Vorsprünge einander benachbar ter sekundärer Diffraktionsgitter 16 nicht konzyklisch mit dem Mittelpunkt der radialen Anordnung als Mitte sind.

Die oberflächenemittierenden LDs 101a bis 101l weisen die gleichen Halbleiterschichten auf. Genauer gesagt, gemäß Fig. 1b ist auf dem Substrat 10 des n-Typs eine InP-Plat tierungsschicht 11 des n-Typs mit einer Dicke von 1 µm an geordnet. Eine InGaAsP Lichtleiterschicht 12 mit einer Dicke von 300 Å ist auf der Plattierungsschicht 11 angeord net. Eine aktive MQW-Schicht 13 (MQW = Multiquantum Well) ist auf der Lichtleiterschicht 12 angeordnet. Die MQW- Schicht weist abwechselnd angeordnet fünf bis zehn 100 Å dicke InGaAsP-Barriereschichten und fünf bis zehn 70 Å dicke InGaAsP-Wannenschichten auf. Eine InGaAsP-Lichtlei terschicht 14 mit einer Dicke von 300 Å ist auf der MQW- Schicht 13 angeordnet. Eine InP-Plattierungsschicht 15 des p-Typs mit einer Dicke von 0,5 µm ist auf der Lichtleiter schicht 14 angeordnet. Ein sekundäres InGaAsP-Diffraktions gitter 16 ist auf der Plattierungsschicht 11 angeordnet. Die Schichten 11 bis 16 sind in einer streifenförmigen Me sastruktur 30 ausgebildet. Eine Fe-dotierte InP-Schicht 17 ist auf der Paltierungsschicht 11 des n-Typs angeordnet und kontaktiert die einander gegenüberliegenden Seiten der Me sastruktur 30 mit Ausnahme des Diffraktionsgitters 16. Eine InGaAsP-Kontaktschicht 18 des p-Typs ist auf einem Teil des Diffraktionsgitters 16 in einem Laseroszillationsbereich 101A vorgesehen. Ein isolierender Film 19 ist aufeinander gegenüberliegenden Seiten des Diffraktionsgitters 16 und der Kontaktschicht 18 in dem Laseroszillationsbereich 101A und auf einem Teil der Fe-dotierten Schicht 17 im Nahbe reich des Diffraktionsgitters 16 angeordnet. Eine Seiten elektrode 20 des p-Typs mit Cr/Au ist über dem isolierenden Film 19 und der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 18 an geordnet. Laserlicht wird von dem sekundären Diffraktions gitter 16 in dem Laserlicht-Emissionsbereich 101B in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates 10 ausge geben. Eine Seitenelektrode 22 des n-Typs mit AuGe/Ni/Au ist auf der rückwärtigen Oberfläche des Substrates 10 ange ordnet. Ein hoch reflektierender Film 21 ist an einem Ende des sekundären Diffraktionsgitters 16 und einem Teil der Plattierungsschicht 15 des p-Typs angeordnet, der von der Seitenelektrode 20 des p-Typs vorragt. Der hoch reflektie rende Film 21 kann über der Fe-dotierten Schicht 17 ange ordnet sein.

Ein Herstellungsverfahren für das oberflächenemittie rende LD-Feld 100 gemäß den Fig. 1(a) und 1(b) wird nun beschrieben.

Der Herstellungsprozeß für die LDs 101a bis 101l in dem LD-Feld 100 ist im wesentlichen gleich dem Herstel lungsprozeß einer oberflächenemittierenden LD nach dem Stand der Technik. In dem Herstellungsprozeß des sekundären Diffraktionsgitters inklusive abscheiden und aushärten ei nes Photoresist-Films in Form eines Diffraktionsgitters mit bestimmter Teilung unter Verwendung eines zweistrahl-Inter ferenzbelichtungsverfahrens einer Laserquelle und Ausbilden des sekundären Diffraktionsgitters als Halbleiterschicht unter Verwendung des Photoresist-Musters als Maske erzeugt ein Belichtungsprozeß jedoch nur ein Diffraktionsgitter- Photoresistmuster in einer Richtung. Daher wird in der vor liegenden Erfindung unter Verwendung der Tatsache, daß das oberflächenemittierende LD-Feld 100 eine rotationssymmetri sche Struktur bezüglich des Mittelpunktes der Vorrichtung hat, das Substrat 10 nur teilweise maskiert, so daß die oberflächenemittierenden LDs, auf denen die sekundären Dif fraktionsgitter in gleicher Richtung verlaufen, belichtet werden und das Substrat wird einer Mehrfachstrahl-Interfe renzbelichtung unterworfen. Das Substrat 10 oder die opti sche Quelle für die Interferenzbelichtung (nicht darge stellt) wird um den Mittelpunkt der Vorrichtung herum ge dreht und sekundäre Diffraktionsgitter, welche in die glei che Richtung verlaufen, werden aufeinanderfolgend durch Mehrfachstrahl-Interferenzbelichtung erzeugt. Alternativ hierzu kann der Photoresist-Film in einer radialen Diffrak tionsgitterung unter Verwendung einer Elektronenstrahlbe lichtung gemustert werden, oder das Diffraktionsgittermu ster kann direkt auf der Halbleiterschicht unter Verwendung einer FIBE-Technik (Focused Ion Beam Etching) ohne Verwen dung des Photoresist-Filmes gebildet werden.

Bei dem LD-Feld 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die entsprechenden LDs 101a bis 101l voneinander durch Mesa-Ätzen getrennt. Bei dem Me sa-Ätzvorgang für herkömmliche InGaAsP-InP LDs wird ein Naß-Ätzverfahren unter Verwendung einer basischen Br-Lösung verwendet. Dieses Naß-Ätzen hängt jedoch sehr stark von der Oberflächenausrichtung des Substrates ab, so daß unter schiedliche Ebenen und Formen abhängig von den Richtungen erzeugt werden, in welchen die Muster erzeugt werden. Das bevorzugte Verfahren zum Trennen der LDs voneinander ist daher nicht das Naß-Ätzen. In der dargestellten Ausfüh rungsform in der vorliegenden Erfindung wird ein Trocken- Ätzvorgang - beispielsweise RIE (Reactive Ion Etching) oder FIBE (Focus Ion Beam Etching) - verwendet, um die Element trennung unabhängig von der Oberflächenausrichtung zu er möglichen.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise der beschriebenen und dargestellten Ausführungsform erläutert.

Wenn die jeweiligen LDs 101a bis 101l in dem oberflä chenemittierenden LD-Feld 100 mit Strömen der gleichen Größe oszilliert werden, wie in Fig. 2 dargestellt, werden Laserlichtanteile 23a und 23b von den sekundären Diffrakti onsgittern 16 der oberflächenemittierenden LDs 101a bis 101l emittiert, wobei diese Lichtanteile gleiche Wellen länge und gleich Phase haben und diese Lichtanteile geraten im Mittelpunkt der Vorrichtung miteinander in Interferenz, was zu einem Laserlicht 23 mit hoher Energie führt. Fig. 2 zeigt eine Schnittdarstellung entlang den gegenüberliegen den LDs 101a und 101g und es sind nur Laserlichtanteile 23a und 23b in der Figur gezeigt. Es versteht sich, daß Laser lichtanteile gleicher Wellenlänge und gleicher Phase von allen LDs 101a bis 101l emittiert werden.

Wenn andererseits die jeweiligen LDs 101a bis 101l in dem oberflächenemittierenden LD-Feld 100 mit Strömen unter schiedlicher Größe oszilliert werden, wird, da die Laser lichtanteile 24a und 24b von den sekundären Diffraktions gittern 16 der entsprechenden LDs 101a bis 101l gleiche Wellenlänge aber unterschiedliche Phasen haben, wie in Fi gur 3 gezeigt, ein Weitfeld-Laserlicht 24 (far-field laser light), das vom Mittelpunkt des LD-Feldes ausgegeben wird, eine phasenzusammengesetzte Welle der jeweiligen LDs. Daher ist es möglich, den Intensitätsspitzenwinkel R zu variie ren, der durch die Differenz der Phasen zwischen den jewei ligen LDs 101a bis 101l bestimmt wird. In dem die Treiber ströme zu den jeweiligen LDs 101a bis 101l gesteuert wer den, um die Phase des von dem LD emittierten Laserlichtes zu ändern. Der Spitzenwinkel R, der in seiner Richtung va riabel ist, ist bezüglich der Lichtemissionsrichtung ko nisch, d. h. bezüglich der Richtung senkrecht zum Substrat, da die oberflächenemittierenden LDs 101a bis 101l radial um einen bestimmten Punkt des Substrates herum als Mittelpunkt angeordnet sind. Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung ent lang einander gegenüberliegenden LDs 101a bis 101g und es sind nur zwei Laserlichtanteile 24a und 24b dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß Laserlichtanteile von allen LDs 101a bis 101l emittiert werden.

In dem oben beschriebenen Ablauf kann als Verfahren zur Steuerung der Oszillationsphase eines jeden LD eine Phasen steuervorrichtung verwendet werden, die in einem hinsicht lich der Wellenlänge variablen Dreielektroden-DBR-Laser enthalten ist, wie er in "Electronics Letters", Vol. 23, S. 404, 1987 beschrieben ist. Genauer gesagt, ein Phasensteu erbereich ist in einem bestimmten Abschnitt eines optischen Wellenleiters ausgebildet und ein Strom wird in diesen Pha sensteuerbereich eingebracht, um die Ladungsträgerkonzen tration in diesem Bereich zu ändern. Die Änderung in der Ladungsträgerkonzentration bewirkt, daß sich der Brechungs index in diesem Bereich ändert. Die Änderungen in der Phase, welche durch Änderungen in der Laser-Oszillations wellenlänge bewirkt werden, wird durch die Änderung im Bre chungsindex kompensiert und gesteuert.

Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung, die einen Teil einer oberflächenemittierenden LD mit einer derartigen Phasensteuereinrichtung zeigt. In Fig. 4 bezeichnen glei che Bezugszeichen wie in Fig. 1(b) gleiche oder einander entsprechende Teile. Der Aufbau der Anordnung gemäß Fig. 4 ist identisch zu dem Aufbau gemäß Fig. 1(b) mit der Aus nahme, daß ein Phasensteuerbereich 101c mit einem zusätzli chen isolierenden Film 19a und einer zusätzlichen Seiten elektrode 20a des p-Typs zwischen dem Laseroszillationsbe reich 101a und dem laserlichtemittierenden Bereich 101B an geordnet ist. Der isolierende Film 19a und die Seitenelek trode 20a werden gleichzeitig mit dem isolierenden Film 19 und der Seitenelektrode 20 in dem Laseroszillationsbereich 101A ausgebildet.

Bei dem oberflächenemittierenden LD-Feld 100 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist eine Mehrzahl von voneinander getrennten oberflächenemittierenden LDs 101a bis 101l mit je einem sekundären Diffraktionsgitter 16 mit gleicher Unterteilung radial auf dem Halbleitersubstrat 10 so angeordnet, daß ein bestimmter Punkt des Substrates 10 der Mittelpunkt der radialen Anordnung ist und die sekundä ren Diffraktionsgitter 16 der jeweiligen LDs zu diesem Mit telpunkt hinweisen. Da die oberflächenemittierenden LDs 101a bis 101l voneinander getrennt sind und die einander benachbarten Laseroszillationsbereiche äquidistant zueinan der angeordnet sind, werden, wenn die jeweiligen oberflä chenemittierenden LDs 101a bis 101l kontinuierlich bei Raumtemperatur mit Strömen gleicher Größe betrieben werden, die jeweiligen LDs stabil oszilliert, ohne daß sie durch Lecklicht der benachbarten LDs nachteilig beeinflußt wer den. Im Ergebnis kann ein Laserlicht hoher Leistung oder Energie stabil mit einem bestimmten Ausgangswinkel abgege ben werden.

Wenn die jeweiligen oberflächenemittierenden LDs 101a bis 101l mit Strömen unterschiedlicher Größe betrieben wer den, wird, da die jeweiligen LDs voneinander getrennt sind und die benachbarten Laseroszillationsbereiche und die be nachbarten sekundären Diffraktionsgitter gleichmäßig von einander beabstandet sind, eine thermische Interferenz und gegenseitige Störung aufgrund von Lecklicht zwischen be nachbarten LDs verhindert. Im Ergebnis geben die jeweiligen LDs 101a bis 101l stabil Laserlicht mit bestimmten Phasen ab und eine phasenzusammengesetzte Welle mit bestimmter Phase wird in einer vorherbestimmten Richtung mit hoher Zu verlässigkeit ausgegeben. Weiterhin kann der Intensitäts spitzenwinkel R der phasenzusammengesetzten Welle dadurch geändert werden, daß der den oberflächenemittierenden LDs 101a bis 101l zugeführte Strom geändert wird, um die Oszil lationsphase der LD zu ändern. Wenn beispielsweise das oberflächenemittierende LD-Feld 100 auf einem Übertrager chip angeordnet ist, ist es möglich, Informationen von dem LD-Feld 100 auf dem Übertragerchip jeder Photodiode aus ei ner Vielzahl von Photodioden, die in Matrixform auf einen Empfängerchip angeordnet sind zuzuführen, ohne daß irgend ein physisches Mittel zur Änderung des optischen Pfades verwendet werden muß, also beispielsweise ein optischer Wellenleiter oder der Reflektionsspiegel gemäß Fig. 19.

Weiterhin sind die oberflächenemittierenden LDs 101a bis 101l radial so angeordnet, daß die Vorsprünge der se kundären Diffraktionsgitter 16 einander benachbarter LDs nicht mit einem bestimmten Punkt auf dem Substrat 10 des n- Typs als Mittelpunkt konzyklisch sind, so daß gegenseitige Interferenzen oder Störungen von Phasen von Lecklicht ein ander benachbarter LDs einander aufheben. Im Ergebnis kön nen die jeweiligen LDs 101a bis 101l mit gewünschten Oszil lationswellenlängen und -phasen mit hoher Zuverlässigkeit betrieben werden.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Teiles eines oberflächenemittierenden LD-Feldes im Nahbereich der sekundären Diffraktionsgitter gemäß einer zweiten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1(a) gleiche oder einan der entsprechende Teile. Mit den Bezugszeichen 16a bis 16c sind sekundäre Diffraktionsgitter bezeichnet, welche zuein ander unterschiedliche Unterteilungen oder Teilungen haben. Das oberflächenemittierende LD-Feld gemäß dieser zweiten Ausführungsform ist im wesentlichen identisch zu demjenigen gemäß den Fig. 1(a) und 1(b) mit der Ausnahme, daß die jeweiligen oberflächenemittierenden LDs sekundäre Diffrak tionsgitter mit unterschiedlichen Teilungen haben.

In den oberflächenemittierenden DBR-LD hat das ausgege bene Laserlicht eine einzige Wellenlänge, die durch die Teilung der sekundären Diffraktionsgitter bestimmt wird, was sich eindeutig aus dem Arbeitsprinzip ergibt. Von daher ist das von dem oberflächenemittierenden LD-Feld gemäß der zweiten Ausführungsform ausgegebene Laserlicht ein Mehr fachwellenlängen-Licht, das aus einer Mehrzahl von Laser lichtanteilen mit unterschiedlichen Wellenlängen zusammen gesetzt ist. Die Anzahl der Wellenlängen ist gleich der An zahl der oberflächenemittierenden LDs, die maximal auf dem Substrat angeordnet sind.

Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung wird, da die sekundären Diffraktionsgitter der jewei ligen LDs mit unterschiedlichen Teilungen hergestellt wer den, ein Mehrfachwellenlängen-Ausgangslicht mit Laserlicht anteilen unterschiedlicher Wellenlängen erhalten, wodurch eine Mehrzahl von Informationen zur gleichen Zeit übertra gen werden kann.

Fig. 6 ist eine Draufsicht auf ein oberflächenemittie rendes LD-Feld gemäß einer dritten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung und Fig. 7 eine perspektivische Dar stellung einer oberflächenemittierenden LD, die in dem Feld gemäß Fig. 7 angeordnet ist. In diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in den Fig. 1(a) und 1(b) gleiche oder einander entsprechende Teile. Ein oberfläche nemittierendes LD-Feld 200 weist eine Mehrzahl von oberflä chenemittierenden LD-Chips 201a bis 201l auf, die radial auf einem isolierenden Substrat 40 angeordnet sind, wobei ein gegebener Punkt auf dem Substrat 40 als Mittelpunkt der radialen Anordnung definiert ist, so daß die sekundären Diffraktionsgitter 16 der jeweiligen LDs in Richtung dieses Mittelpunktes weisen. Obgleich in Fig. 7 nur eine oberflä chenemittierende LD 201a gezeigt ist, haben die verbleiben den LDs 201b bis 201l den gleichen Aufbau. Die sekundären Diffraktionsgitter 16 werden alle mit gleicher Teilung her gestellt.

In den oberflächenemittierenden LD-Feld 200 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die LD-Chips 201a bis 201l, die individuell hergestellt werden auf dem isolierenden Substrat 40 angeordnet. Jeder der LD- Chips 201a bis 201l oder das isolierende Substrat 40 weist ein Elektrodenkissen zur Leitung der n-Seitenelektroden auf.

Auch mit dem oberflächenemittierenden LD-Feld 200 las sen sich die gleichen Effekte wie unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben erzielen. Da weiterhin die jeweiligen LDs 201a bis 201l voneinander beabstandet sind, werden optische und thermische Störungen oder Inter ferenzen zwischen benachbarten LDs verhindert, wodurch die jeweiligen LDs stabil mit den gewünschten Oszillationswel lenlängen und Phasen betrieben werden können.

Fig. 8 ist eine Draufsicht auf ein oberflächenemittie rendes LD-Feld gemäß einer vierten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung und Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung entlang Linie 9-9 in Fig. 8. Auch in dieser Figur bezeich nen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1(a) gleiche oder einander entsprechende Teile. Ein oberflächenemittierendes LD-Feld 300 weist ein InP-Substrat 10 des n-Typs mit einer Durchgangsbohrung 10a auf. Eine Mehrzahl von DBR-LDs 301a bis 301l mit einem primären Diffraktionsgitter 31 ist ra dial auf dem Substrat 10 des n-Typs angeordnet, wobei die primären Diffraktionsgitter 31 der jeweiligen LDs in Rich tung der Durchgangsbohrung 10a des Substrates 10 weisen. Gemäß Fig. 9 ist eine optische Faser 32 mit einem um 45° geneigten konischen Reflektionsspiegel 32a in der Durch gangsbohrung 10a des Substrates 10 so angeordnet, daß das von den jeweiligen LDs 301a bis 301l emittierte Laserlicht auf den Reflektionsspiegel 32a trifft. Der Reflektionsspie gel 32a wird durch mechanische Bearbeitung hergestellt. Ein zusammengesetztes Licht aus den von den jeweiligen LDs 301a bis 301l emittierten Laserlichtanteilen wird in einer Rich tung senkrecht zur Oberfläche des Substrates nach oben aus gegeben, wie in Fig. 9 durch die Pfeile dargestellt.

Da in dieser vierten Ausführungsform der Erfindung die optische Faser 32 zum Sammeln der Laserlichtanteile von den jeweiligen primären Defraktionsgittern in der Durchgangs bohrung 10a des Substrates 10 angeordnet ist, läßt sich ein LD-Feld mit der gleichen Funktion wie das oberflächenemit tierende LD-Feld 100 gemäß der ersten Ausführungsform er halten. Anstelle der optischen Faser 32 kann auch ein opti sches Ankopplungselement mit Quarzglas und einer um 45° ge neigten konischen Ausnehmung 33a gemäß Fig. 10 verwendet werden. Die konische Ausnehmung 33a wird ebenfalls auf me chanischem Weg hergestellt.

Anstelle der konischen Ausnehmung 33a kann das optische Kopplungselement 33 einen Bereich aufweisen, wo der Bre chungsindex sich konisch ändert. Wenn eine Er-dotierte op tische Faser oder ein optisches Ankopplungselement verwen det wird, kann das oberflächenemittierende LD-Feld gemäß dieser Ausführungsform als Faserverstärker arbeiten.

Auch bei diesem oberflächenemittierenden LD-Feld kön nen, wenn die LDs 301a bis 301l so angeordnet sind, daß die Vorsprünge der primären Diffraktionsgitter benachbarter LDs nicht konzyklisch zu der Durchgangsbohrung 10a des Substra tes 10 sind, die jeweiligen LDs 301a bis 301l stabil mit bestimmten Oszillationswellenlängen und Phasen betrieben werden.

Fig. 11 ist eine Draufsicht auf ein oberflächenemit tierendes LD-Feld gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch in dieser Figur bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1(a) gleiche oder einan der entsprechende Teile. Ein oberflächenemittierendes LD- Feld 400 gemäß der fünften Ausführungsform ist im wesentli chen identisch zu demjenigen gemäß der ersten Ausführungs form mit der Ausnahme, daß eine Mehrzahl von Trennkerben 41 zur Wärmeabstrahlung in der Fe-dotierten Schicht 17 zwi schen benachbarten LDs ausgebildet ist. Genauer gesagt, drei Kerben, d. h. eine mittige Kerbe, die so lang ist wie die Gesamtlänge der LD und zwei Kerben, die so lang sind wie der Laseroszillationsbereich der LD und welche links und rechts von der mittigen Kerbe liegen sind zwischen zwei benachbarten LDs ausgebildet. Die Kerben 41 reichen bis in den Bereich des Substrates 10 des n-Typs oder in den Nahbe reich hiervon.

Da in dem LD-Feld 400 der fünften Ausführungsform die Trennkerben 41 zur Wärmeabstrahlung in der InP-Schicht 17 zwischen benachbarten LDs ausgebildet sind, wird der Ober flächenbereich zwischen benachbarten LDs erhöht. Von daher wird die Wärmeabstrahlung in den Raum oberhalb des Elemen tes verbessert, so daß die jeweiligen LDs mit keiner ther mischen Belastung und mit keiner wechselseitigen thermi schen Beeinflussung zwischen benachbarten LDs betrieben werden können. Im Ergebnis wird Laserlicht mit einer be stimmten Wellenlänge und Phase mit hoher Zuverlässigkeit ausgegeben.

Fig. 12(a) ist eine perspektivische Darstellung eines Photodetektors gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Fig. 12(b) ist eine Schnittdar stellung entlang Linie 12b-12b in Fig. 12(a). In der Figur bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1(b) gleiche oder einander entsprechende Teile. Ein Photodetektor 120 umfaßt ein InP-Substrat 10 des n-Typs. Eine InP-Puffer schicht 42 des n-Typs mit einer Dicke von 1000 Å ist auf dem Substrat 10 ausgebildet. Eine optische Wellenleiter schicht 43 ist auf der Pufferschicht 42 ausgebildet. Die optische Wellenleiterschicht 43 hat eine MQW-Struktur (MQW = Multiquantum Well), bei der abwechselnd fünf bis zehn 100 Å dicke InGaAsP-Barriereschichten und fünf bis zehn 70 Å dicke InGaAsP-Wannenschichten angeordnet sind. Eine InP- Pufferschicht 44 des p-Typs mit einer Dicke von 1000 Å ist auf der optischen Wellenleiterschicht 43 angeordnet. Die Schichten 42, 43 und 44 sind auf dem Substrat 10 in Form eines streifenförmigen Mesas aufgebaut. Ein Teil der InP- Pufferschicht 44 des p-Typs in dem lichtempfindlichen Be reich des Photodetektors ist so gemustert, daß ein sekundä res Diffraktionsgitter 16 gebildet ist. Eine Fe-dotierte InP-Schicht 17 ist auf der Pufferschicht 42 angeordnet und kontaktiert die einander gegenüberliegenden Seiten der Me sastruktur mit Ausnahme der Pufferschicht des p-Typs. Eine InGaAsP-Kontaktschicht 18 des p-Typs ist auf einem Teil der Pufferschicht 44 in dem lichtempfangenden Bereich des Pho todetektors angeordnet. Ein isolierender Film 19 ist auf den gegenüberliegenden Seitenoberflächen der InGaAsP-Kon taktschicht 18 des p-Typs und auf der oberen Oberfläche der Fe-dotierten InP-Schicht 17 in dem lichtempfangenden Be reich angeordnet. Eine Seitenelektrode 20 des p-Typs mit Cr/Au ist auf der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 18 des p-Typs angeordnet, sowie auf dem isolierenden Film 19. Die Energiebandlücke der optischen Wellenleiterschicht 43 in dem lichtempfangenden Bereich unterhalb des sekundären Diffraktionsgitter 16 ist breiter als die Wellenlänge des von dem lichterkennenden Bereich zu erkennenden Lichtes und die Energiebandlücke der optischen Wellenleiterschicht 43 unterhalb der Elektrode 20 ist enger als die Wellenlänge des zu erkennenden Lichtes.

Zur Herstellung der optischen Wellenleiterschicht 43 wird ein Teil der Pufferschicht 42, welche der lichterken nende Bereich werden soll, d. h. der unter der Seitenelek trode 20 des p-Typs zu liegen kommt mit SiO₂ oder SiN-Fil men eingeschlossen und die NQW-Schicht 43 wird epitaxial auf der Pufferschicht 42 aufgewachsen, wodurch die Dicke der Wannenschichten der MQW-Struktur in dem lichterkennen den Bereich erhöht wird. Die oben erwähnte Differenz in den Energiebandlücken wird auf diese Weise hergestellt.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise dieser Ausführungs form beschrieben.

Wenn beispielsweise ein 1,55 µm-Band Mehrfachwellenlän gen-Kommunikationslaserlicht mit einer Mehrzahl von Si gnallichtanteilen unterschiedlicher Wellenlängen (Intervall zwischen den Wellenlängen zwischen einigen Å bis einigen 0, . . . Å) in den lichtempfindlichen Bereich des Photodetek tors 120 in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Substrates 10 eingegeben wird, wird nur Licht einer einzi gen Wellenlänge, das von dem sekundären Diffraktionsgitter 16 ausgewählt wird (Teilung des Gitters 16 ungefähr 4400 Å) in Längsrichtung des Diffraktionsgitters 16 umgesetzt, d. h. in die horizontale Richtung bezüglich der Oberfläche des Substrates 10 und dieser Lichtanteil wird durch die opti sche Wellenleiterschicht 43 in den lichterkennenden Bereich übertragen. Die optische Wellenleiterschicht 43 hat in dem lichterkennenden Bereich eine Energiebandlücke enger als die Wellenlänge des zu erkennenden Lichtes, so daß das Licht von der optischen Wellenleiterschicht 43 absorbiert und in einen photoelektrischen Strom umgewandelt wird. An dererseits werden Lichtanteile, die nicht der ausgewählten einzigen Wellenlänge entsprechen, von dem sekundären Dif fraktionsgitter 16 reflektiert oder hierdurch übertragen oder in Richtungen abgelenkt welche nicht der oben erwähn ten horizontalen Richtung entsprechen. Auf jeden Fall wer den diese Lichtanteile nicht dem lichterkennenden Bereich übertragen.

In den Photodetektor 20 gemäß der sechsten Ausführungs form der Erfindung wird Licht einer bestimmten Wellenlänge aus einem Mehrfachwellenlängen-Signallicht ohne nachteilige Beeinflussung von Lichtanteilen anderer Wellenlängen er kannt, wodurch eine Signalerkennung mit einem hohem Si gnal/Rausch-Abstandsverhältnis erhalten wird.

In dem Aufbau gemäß den Fig. 12(a) und 12(b) kann ein Antireflektionsfilm, der die Reflektivität an der er kannten Wellenlänge zu Null macht, auf der Oberfläche des sekundären Diffraktionsgitters 16 angeordnet werden. In diesem Fall wird der erkannte photoelektrische Strom er höht, wodurch der Signal/Rausch-Abstand weiter verbessert werden kann.

Das Licht einer einzigen Wellenlänge, das durch das se kundäre Diffraktionsgitter 16 horizontal umgelenkt wird und durch die optische Wellenleiterschicht 43 läuft, wird in beiden Richtungen, nämlich in Richtung des lichterkennenden Bereiches und in Richtung der Endstirnfläche des Elementes geführt. Wenn daher die Endfläche der Vorrichtung vertikal geformt ist und ein Antireflektionsfilm, der die Reflekti vität bei der erkannten Wellenlänge zu 100% macht, an der Endfläche angeordnet ist, wird das Licht einer einzigen Wellenlänge, das zu dem lichterkennenden Bereich geführt wird, weiter erhöht, wodurch der Signal/Rausch-Abstand noch weiter verbessert werden kann.

Fig. 13 ist eine Draufsicht auf ein Photodetektorfeld gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung. In Fig. 13 bezeichnen gleiche Bezugszeichen wie in den Fig. 12(a) und 12(b) gleiche oder einander entspre chende Teile. Das Photodetektorfeld 130 weist ein InP- Substrat 10 des n-Typs auf. Eine Mehrzahl von Photodetekto ren 120a bis 120l mit jeweils dem Aufbau gemäß den Fig. 12(a) und 12(b) sind radial auf dem Substrat 10 angeordnet, wobei ein bestimmter Punkt des Substrates 10 der Mittel punkt der radialen Anordnung ist, so daß die sekundären Diffraktionsgitter 16 der jeweiligen Photodetektoren in Richtung des Mittelpunktes weisen. Die sekundären Diffrak tionsgitter 16 der jeweiligen Photodetektoren 120a bis 120l haben unterschiedliche Teilungen.

Wenn dieses Photodetektorfeld 131 als Empfänger für ei ne optische Mehrfachwellenlängen-Kommunikation unter Ver wendung einer optischen Faser eingesetzt wird, wird Signal licht jeder Wellenlänge aus dem Mehrfachwellenlicht ohne Verwendung von irgendwelchen Vorrichtungen zum Aufteilen der Signallichtanteile der entsprechenden Wellenlängen aus der optischen Faser heraus erkannt. Zusätzlich wird, da die Größe des Photodetektorfeldes 130 verringert ist, die Her stellung des Photodetektor-Feldes preiswerter. Da weiterhin die optischen Wellenleiterschichten zweier benachbarter Ph otodetektoren nicht parallel zueinander verlaufen, wird ein Überlappen von Wellenoberflächen von Signallichtanteilen, die durch benachbarte Wellenleiterschichten laufen, ver nachlässigbar, so daß gegenseitige Beeinflussungen aufgrund von Austreten von optischen Signalen zwischen benachbarten optischen Wellenleiterschichten minimal ist. Im Ergebnis wird der Signal/Rausch-Abstand eines erkannten Signales er höht, wodurch hochreine Signale möglich sind.

Wenn weiterhin die Photodetektoren 120a bis 120l so an geordnet sind, daß die Vorsprünge der sekundären Diffrakti onsgitter benachbarter Photodetektoren nicht konzyklisch mit dem bestimmten Punkt auf dem Substrat, also dem Mittel punkt sind, werden die Phasen von Lichtaustrittsanteilen aus den optischen Wellenleiterschichten der jeweiligen Pho todetektoren verschoben und heben sich gegenseitig auf, wo durch eine gegenseitige Beeinflussung verhindert wird.

Wenn weiterhin die Teilungen der zweiten Diffraktions gitter wenigstens zwei der Photodetektoren 120a bis 120l gleich sind, kann ein Licht einer einzigen Wellenlänge durch eine Mehrzahl von Photodetektoren mit der gleichen Teilung der Diffraktionsgitter erkannt werden, wodurch das Signal/Rausch-Abstandsverhältnis des optischen Signales mit einer bestimmten Wellenlänge, die zu erkennen ist, weiter erhöht werden kann. Gewöhnlich wird bei Licht, dessen Schwingungsrichtung um 90° gedreht wird, d. h. in die hori zontale Richtung gedreht wird, die Intensität des Lichtes im Vergleich zu senkrecht schwingend sich ausbreitendem Licht reduziert, obwohl die Monochromatizität der Wellen länge des Lichtes erhöht wird. Die oben beschriebenen Mit tel beseitigen jedoch diese Intensitätsverringerung.

Fig. 14 ist eine schematische Darstellung eines opti schen Mehrfachwellenlängen-Kommunikationssystems gemäß ei ner achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wel che ein oberflächenemittierendes LD-Feld gemäß der zweiten Ausführungsform als Übertrager und ein Photodetektorfeld gemäß der siebten Ausführungsform als Empfänger verwendet. In dem optischen Mehrfachwellenlängen-Kommunikationssystem 140 gemäß Fig. 14 ist ein oberflächenemittierendes LD-Feld 140a das Mehrfachwellenlängen-Laserlicht aus gibt und das unter Bezug auf die zweite Ausführungsform beschrieben wurde, mit einem Ende einer optischen Faser 47 unter Ver wendung einer gewöhnlichen optischen Kopplungsvorrichtung 46 verbunden, und ein Photodetektorfeld 130 mit einer Mehr zahl von Photodetektoren, von denen jeder Licht in einer bestimmten Wellenlänge erkennt (siebte Ausführungsform) ist mit dem anderen Ende der optischen Faser 47 unter Verwen dung einer weiteren optischen Kopplungsvorrichtung verbun den.

Als optische Kopplungsvorrichtung 46 kann beispielswei se eine konfokale Kopplungsvorrichtung mit zusammengesetz ten Linsen verwendet werden, bei der zwei Linsen mit rela tiv langen Brennweiten, beispielsweise eine spärische Linse und eine GRIN-Linse (GRIN = Graded Index) in konfokalen Po sitionen angeordnet sind. Diese Anordnung wird für gewöhn lich als optische Kopplungsvorrichtung zwischen einer LD und einer optischen Faser verwendet.

In dem optischen Mehrfachwellenlängen-Kommunikations system gemäß Fig. 14 werden Laserlichtanteile unterschied licher Wellenlänge gleichzeitig von dem oberflächenemittie renden LD-Feld 140a in die optische Faser 47 ohne Verwen dung von Laserlicht-Zusammenführeinrichtungen eingegeben und das Photodetektor-Feld 130 erkennt Laserlicht jeder Wellenlänge aus dem durch die optische Faser 47 übertrage nen Mehrfachwellenlängen-Laserlicht ohne die Verwendung von irgendwelchen Lichtaufteilvorrichtungen. Der Aufbau dieses Systems ist daher im Vergleich zu herkömmlichen Kommunika tionssystemen dieser Art vereinfacht, und die Kosten sind verringert.

In der obigen Beschreibung der ersten, zweiten, drit ten, fünften und achten Ausführungsformen ist als oberflä chenemittierende LD eine DBR-LD verwendet worden; genauso gut und mit den gleichen Effekten und Vorteilen kann eine DFB-LD verwendet werden.

Claims

1. Oberflächenemittierendes Laserdioden-Feld mit:
einem Substrat (10) mit einem vorgeschriebenen Mittel punkt; und
einer Mehrzahl von oberflächenemittierenden Laserdioden (101a bis 101l), die jeweils sekundäre Diffraktionsgit ter (16) aufweisen, die mit gleicher Teilung herge stellt sind und die radial auf dem Substrat so angeord net sind, daß die sekundären Diffraktionsgitter (16) in Richtung des Mittelpunktes des Substrates weisen (Fig. 1(a) und 1(b)).

2. Laserdioden-Feld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die oberflächenemittierenden Laserdioden (101a bis 101l) so angeordnet sind, daß Vorsprünge der sekun dären Diffraktionsgitter (16) einander benachbarter La serdioden nicht konzyklisch mit dem vorgeschriebenen Mittelpunkt auf dem Substrat als Mitte sind.

3. Laserdioden-Feld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Substrat ein Halbleitersubstrat ist und daß die oberflächenemittierenden Laserdioden gleichzeitig auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet werden.

4. Laserdioden-Feld nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß eine Mehrzahl von Kerben (41) zur Wärmeab strahlung zwischen einander benachbarten oberflächen emittierenden Laserdioden angeordnet ist (Fig. 11).

5. Laserdioden-Feld nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Substrat ein isolierendes Substrat ist und daß die oberflächenemittierenden La serdioden individuell hergestellt und auf dem isolie renden Substrat angeordnet werden (Fig. 6).

6. Laserdioden-Feld nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die oberflächenemittierenden Laserdioden mit dem gleichen Treiberstrom betrieben werden und Laserlichtanteile mit gleicher Wellenlänge und gleicher Phase ausgeben.

7. Laserdioden-Feld nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die oberflächenemittierenden Laserdioden mit unterschiedlichen Treiberströmen be trieben werden und Laserlichtanteile mit gleicher Wel lenlänge und unterschiedlichen Phasen ausgeben.

8. Verfahren zum Betreiben eines oberflächenemittierenden Laserdioden-Feldes, insbesondere eines Dioden-Feldes nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den jeweiligen oberflächenemittierenden Laserdioden zuge führten Treiberströme gesteuert werden, um die Aus gangsrichtung eines zusammengesetzten Laserlichtes in eine beliebige Richtung zu ändern, wobei das zusammen gesetzte Laserlicht Laserlichtanteile beinhaltet, die von den jeweiligen Laserdioden ausgegeben werden.

9. Oberflächenemittierendes Laserdioden-Feld mit:
einem Substrat mit einem vorgeschriebenen Mittelpunkt; und
einer Mehrzahl von oberflächenemittierenden Laserdi oden, die jeweils sekundäre Diffraktionsgitter (16, 16a bis 16c) aufweisen, welche unterschiedliche Teilungen haben, mit unterschiedlichen Oszillationswellenlängen oszillieren und radial auf dem Substrat so angeordnet sind, daß die sekundären Diffraktionsgitter in Richtung des Mittelpunktes des Substrates weisen (Fig. 5).

10. Laserdioden-Feld nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß das Substrat ein Halbleitersubstrat ist und daß die oberflächenemittierenden Laserdioden gleichzei tig auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet werden.

11. Laserdioden-Feld nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß eine Mehrzahl von Kerben (41) zur Wärmeab strahlung zwischen einander benachbarten oberflächene mittierenden Laserdioden angeordnet ist.

12. Laserdioden-Feld nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß das Substrat ein isolierendes Substrat ist und daß die oberflächenemittierenden Laserdioden individu ell hergestellt und auf dem isolierenden Substrat ange ordnet werden.

13. Oberflächenemittierendes Laserdioden-Feld mit:
einem Substrat (10) mit einer Hauptoberfläche und einer Durchgangsbohrung (10a), die senkrecht zu der Haupt oberfläche verläuft;
einer Mehrzahl von Laserdioden (301a bis 301l), die je weils eine Kristallfläche aufweisen, von der Laserlicht in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Substrates emittiert wird und die radial auf der Haupt oberfläche des Substrates so angeordnet sind, daß die laseremittierenden Kristallflächen der jeweiligen La serdioden in Richtung der Durchgangsbohrung des Substrates weisen; und
Einrichtungen (32) zum Sammeln der Laserlichtanteile von den jeweiligen Laserdioden und zum Ausgeben eines gesammelten Laserlichtes nach oben in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Substrates (Fig. 8, 9, 10).

14. Laserdioden-Feld nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die Laserdioden distributed feedback-Laserdi oden oder distributed Bragg-Reflektorlaserdioden mit primären Diffraktionsgittern sind.

15. Laserdioden-Feld nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß die primären Diffraktionsgitter der jeweiligen Laserdioden mit der gleichen Teilung hergestellt werden und mit gleichen Oszillationswellenlängen oszillieren.

16. Laserdioden-Feld nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß die primären Diffraktionsgitter der jeweiligen Laserdioden mit unterschiedlichen Teilungen hergestellt werden und mit unterschiedlichen Oszillationswellenlän gen oszillieren.

17. Laserdioden-Feld nach Anspruch 14 oder 16, dadurch ge kennzeichnet, daß die Laserdioden so angeordnet sind, daß die Vorsprünge der primären Diffraktionsgitter be nachbarter Laserdioden nicht konzyklisch zu der Durch gangsbohrung des Substrates als Mittelpunkt sind.

18. Laserdioden-Feld nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Halblei tersubstrat ist und daß die Laserdioden gleichzeitig auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet werden.

19. Laserdioden-Feld nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich net, daß eine Mehrzahl von Kerben (41) zur Wärmeab strahlung zwischen einander benachbarten Laserdioden angeordnet ist.

20. Laserdioden-Feld nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein isolieren des Substrat ist und daß die Laserdioden individuell hergestellt und auf dem isolierenden Substrat angeord net werden.

21. Ein Photodetektor zum Empfang eines Mehrfachwellenlän gen-Lichtes bestehend aus Signallichtanteilen unter schiedlicher Wellenlängen und zum Erkennen eines Si gnallichtes einer bestimmten Wellenlänge aus dem Mehr fachwellenlängen-Licht, mit:
einer optischen Wellenleiterschicht (43);
einem lichtempfindlichen Teil mit einem sekundären Dif fraktionsgitter (16) an der Oberfläche, wobei das se kundäre Diffraktionsgitter das Signallicht der bestimm ten Wellenlänge zu der optischen Wellenleiterschicht überträgt; und
einem lichterkennenden Teil, der das Signallicht der bestimmten Wellenlänge, welches durch die optische Wel lenleiterschicht läuft, in einen photoelektrischen Strom umwandelt und den photoelektrischen Strom aus gibt (Fig. 12(a) und 12(b)).

22. Ein Photodetektor zum Empfang eines Mehrfachwellenlän gen-Lichtes bestehend aus Signallichtanteilen unter schiedlicher Wellenlängen und zum Erkennen eines Si gnallichtes einer bestimmten Wellenlänge aus dem Mehr fachwellenlängen-Licht, mit:
einem Halbleitersubstrat (10);
einer optischen Wellenleiterschicht (43), die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und einen ersten Teil mit einer Energiebandlücke größer als die vorgeschrie bene Wellenlänge und einen zweiten Teil mit einer Ener giebandlücke kleiner als die vorgeschriebene Wellenlän ge aufweist;
einem sekundären Diffraktionsgitter (16), das auf dem ersten Teil der optischen Wellenleiterschicht angeord net ist und nur Signallicht der bestimmten Wellenlänge zu der optischen Wellenleiterschicht überträgt; und
einer Elektrode (20) zum Ausgeben photoelektrischen Stromes, der durch Absorption des Lichtes der bestimm ten Wellenlänge in dem zweiten Teil der optischen Wel lenleiterschicht erzeugt wurde (Fig. 12(a) und 12(b)).

23. Ein Photodetektorfeld mit einer Mehrzahl von Photode tektoren (120a bis 120l), die ein Mehrfachwellenlängen- Licht bestehend aus Signallichtanteilen unterschiedli cher Wellenlängen empfangen und ein Signallicht einer bestimmten Wellenlänge aus dem Mehrfachwellenlängen- Licht erkennen, wobei jeder der Photodetektoren auf weist:
ein Halbleitersubstrat (10);
eine optische Wellenleiterschicht (43), die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und einen ersten Teil mit einer Energiebandlücke größer als die vorgeschrie bene Wellenlänge und einen zweiten Teil mit einer Ener giebandlücke kleiner als die vorgeschriebene Wellenlän ge aufweist;
ein sekundäres Diffraktionsgitter (16), das auf dem er sten Teil der optischen Wellenleiterschicht angeordnet ist und nur Signallicht der bestimmten Wellenlänge zu der optischen Wellenleiterschicht überträgt; und
eine Elektrode (20) zum Ausgeben photoelektrischen Stromes, der durch Absorption des Lichtes der bestimm ten Wellenlänge in dem zweiten Teil der optischen Wel lenleiterschicht erzeugt wurde; und
wobei die Photodetektoren (120a bis 120l) radial ange ordnet sind, wobei die sekundären Diffraktionsgitter in Richtung eines bestimmten Punktes auf dem Halbleiter substrat weisen.

24. Photodetektor-Feld nach Anspruch 23, dadurch gekenn zeichnet, daß die sekundären Diffraktionsgitter (16) der jeweiligen Photodetektoren (120a bis 120l) mit un terschiedlichen Teilungen erzeugt werden.

25. Ein räumliches optisches Verbindungssystem mit einem lichtempfangenden Halbleiterelement, welches elektri sche Signale in optische Signale umsetzt und die opti schen Signale in den Raum abstrahlt und einem Photode tektor, der die abgestrahlten optischen Signale emp fängt und die optischen Signale in elektrische Signale zurückverwandelt, dadurch gekennzeichnet,
daß das lichtemittierende Halbleiterelement eine Mehrzahl von oberflächenemittierenden Laserdioden aufweist, die jeweils ,sekundäre Diffraktionsgitter haben, die mit gleicher Teilung hergestellt sind und die auf einem Substrat so angeordnet sind, daß die sekundären Dif fraktionsgitter auf einen bestimmten Punkt auf dem Substrat zuweisen; und
daß die Laserdioden mit unterschiedlichen Treiberströ men betrieben werden und Laserlichtanteile mit gleicher Wellenlänge und unterschiedlichen Phasen ausgeben.

26. Räumliches optisches Verbindungssystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberströme der jeweiligen Laserdioden so geändert werden, daß die Aus gangsrichtung eines zusammengesetzten Ausgangslichtes bestehend aus Laserlichtanteilen von den jeweiligen La serdioden in eine beliebige Richtung geändert wird.

27. Optisches Mehrfachwellenlängen-Kommunikationssystem mit:
einem oberflächenemittierenden Laserdioden-Feld (140a) mit einer Mehrzahl von oberflächenemittierenden Laser dioden, die sekundäre Diffraktionsgitter haben welche mit unterschiedlichen Teilungen hergestellt sind und die auf einem Substrat radial so angeordnet sind, daß die sekundären Diffraktionsgitter auf einem bestimmten Punkt auf dem Substrat hinweisen, wobei die oberfläche nemittierenden Laserdioden mit unterschiedlichen Oszil lationswellenlängen arbeiten;
einer optischen Faser (47), welche von dem Laserdioden- Feld emittiertes Mehrfachwellenlängen-Licht überträgt; und
einem Photodetektor-Feld (130) mit einer Mehrzahl von Photodetektoren, wobei jeder Photodetektor aufweist:
eine optische Wellenleiterschicht; einen lichtempfangenden Teil mit einem sekundären Dif fraktionsgitter, das nur Licht einer bestimmten Wellen länge aus dem Mehrfachwellenlängen-Licht überträgt, das auf den lichtempfangenden Teil fällt; und
einen lichterkennenden Teil, der das Licht bestimmter Wellenlänge, das durch die optische Wellenleiterschicht läuft, in einen photoelektrischen Strom umwandelt und den photoelektrischen Strom ausgibt, wobei die sekundä ren Diffraktionsgitter der jeweiligen Photodetektoren mit unterschiedlichen Teilungen hergestellt sind, wobei weiterhin die Photodetektoren radial auf dem Substrat so angeordnet sind, daß die sekundären Diffraktionsgit ter in Richtung eines bestimmten Punktes auf dem Substrat weisen (Fig. 14).