DE60204168T2

DE60204168T2 - Phasenverschobene oberflächenemittierende dfb laserstrukturen mit verstärkenden oder absorbierenden gittern

Info

Publication number: DE60204168T2
Application number: DE60204168T
Authority: DE
Inventors: M. Ali SHAMS-ZADEH-AMIRI; Wei Plattville LI
Original assignee: Photonami Inc
Current assignee: Photonami Inc
Priority date: 2001-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: EP1454393B1; JP2005513803A; DE60204168D1; ATE295623T1; IL162478A0; US20030147439A1; WO2003055019A1; MXPA04005726A; RU2004121153A; EP1454393A1; AU2002351571A1; CN1689204A; KR20040065264A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Telekommunikation und insbesondere Telekommunikationssysteme auf Basis von optischen Signalen. Ganz besonders betrifft die vorliegende Erfindung Laser, wie zum Beispiel Halbleiterdiodenlaser, zum Erzeugen von Pump- und Trägersignalen für genannte optische Telekommunikationssysteme.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Optische Telekommunikationssysteme entwickeln und verbessern sich schnell. In genannten Systemen werden einzelne optische Trägersignale erzeugt und danach zum Transportieren von Informationen moduliert. Die einzelnen Signale werden dann miteinander gemultiplext, um Dense Wavelength Division Multiplexed(DWDM)-Signale zu bilden. Verbesserungen in der optischen Technologie haben zu einem engeren Abstand von einzelnen Signalkanälen geführt, so daß es nun üblich ist, daß 40 Signalkanäle im C-Band simultan genutzt werden, wobei 80 oder sogar 160 simultane Signalkanäle in den kombinierten C + L-Bändern wahrscheinlich in der nahen Zukunft benutzt werden.
Jeder Signalkanal verlangt eine optische Signalträgerquelle und in der Telekommunikation ist die Signalträgerquelle typischerweise ein Laser. Da die Anzahl von DWDM-Signalkanälen zunimmt, nimmt auch die Anzahl von notwendigen Signalträgerquellen zu. Da optische Netzwerke von den Fernnetztrassen mit hoher Datendichte (data-dense long haul backbones) zu den Kanten- oder Endbenutzeranschlüssen mit geringer Datendichte nach außen drängen, ist eine riesige Anzahl von neuen Netzwerkknoten notwendig, üblicherweise jeder mit den für DWDM erforderlichen Mehrfachsignalträgerquellen. Ebenso werden die Kosten des Lieferns von Signalträgerquellen zum Gegenstand von Erörterungen als eine Funktion des Datenverkehrs, da die Datendichte um so geringer ist, je näher man an der Kante des Netzwerks ist.
Gegenwärtig ist eine Anzahl von unterschiedlichen Laserquellen erhältlich. Diese schließen zahlreichen Formen von Lasern mit fester, umschaltbarer oder abstimmbarer Wellenlänge, wie zum Beispiel Fabry-Perot-, Distributed Bragg Reflector (DBR)-, Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSEL)- und Distributed Feedback (DFB)-Bauarten, ein. Gegenwärtig sind die in Telekommunikationsanwendungen verwendete gebräuchlichste Form von Signalträgerquelle kantenemittierende indexgekoppelte DFB-Laserquellen, die bezüglich Modulationsgeschwindigkeit, Ausgangsleistung, Stabilität, Rauschen und Nebenmodenunterdrückungsverhältnis (Side Mode Suppression Ratio (SMSR)) eine gute Leistung aufweisen. Zusätzlich können durch Auswahl eines geeigneten Halbleitermaterials und Laseraufbaus Kommunikationswellenlängen leicht erzeugt werden. In diesem Sinne bezieht sich SMSR auf die Eigenschaft von DFB-Lasern, daß sie zwei longitudinale Moden mit niedrigem Schwellenwert und unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen, bei denen Lasern auftreten kann, von denen eine typischerweise erwünscht und die andere nicht erwünscht ist. SMSR umfaßt ein Maß des Ausmaßes, in dem die unerwünschte Mode unterdrückt ist, wodurch somit bewirkt wird, daß mehr Energie in die bevorzugte Mode umgeleitet wird, während es auch die Wirkung hat, daß Übersprechen von der unerwünschten Mode, die Energie bei der Wellenlänge eines weiteren DWDM-Kanals emittiert, reduziert wird. Ein Nachteil von kantenemittierenden DFB-Lasersignalquellen besteht darin, daß die Strahlform in Form eines Streifens vorliegt, der in zwei Dimensionen mit unterschiedlichen Divergenzwinkeln aufgrund der kleinen Apertur der emittierenden Fläche stark divergiert, was erfordert, daß ein Lichtfleckwandler das Signal an eine Einmodenfaser koppelt. Die notwendigen Koppeltechniken sind schwierig und können verlustbehaftet sein, was zu erhöhten Kosten führt.
Obwohl sie eine gute Leistung erreichen können, wenn sie fertiggestellt und mit der Faser gekoppelt sind, weisen kantenemittierende DFB-Laser mehrere fundamentale Eigenschaften auf, die sie ineffizient herstellen und somit teurer werden lassen. Genauer gesagt, wird eine große Anzahl von kantenemittierenden DFB-Lasern gegenwärtig simultan auf einen einzigen Wafer hergestellt. Jedoch kann die Ausbeute von brauchbaren kantenemittierenden DFB-Lasern (d. h. diejenigen, die die gewünschten Signalausgabespezifikationen erfüllen), die aus einem bestimmten Wafer erhalten werden, aufgrund einer Anzahl von Faktoren in den letzten Herstell- oder Verpackungsschritten gering sein. Genauer gesagt muß der jeweilige DFB-Laser, wenn er geformt ist, vom Wafer abgespalten werden. Dem Abspaltschritt schließt sich ein Endbehandlungsschritt an, am häufigsten das Auftragen einer reflexmindernden Beschichtung auf ein Ende und einer hochreflektierenden Beschichtung auf das andere. Die durch unterschiedliche Endbeschichtungen eingeführte Asymmetrie hilft dabei, daß eine Mode über der anderen Vorrang erhält, wodurch somit das SMSR verbessert wird. Der Einmodenbetrieb des DFB-Lasers ist jedoch auch eine Funktion der Phase des Gitters, wo es am Ende des Laserresonators abgespalten wurde. Unsicherheit bei der durch den Abspaltschritt eingeführten Phase führt zu einer geringen Einmodenausbeute aufgrund des geringen SMSR. Auf diese Weise hergestellte Multimodenlaser sind für die Verwendung in DWDM-Systemen nicht geeignet.
Ein wichtiger Aspekt bei der Herstellung von kantenemittierenden DFB-Lasern besteht darin, daß der Laser nur durch Injektion eines Stroms in den Laserresonator getestet werden kann, nachdem der Laser vollständig fertiggestellt worden ist, einschließlich Abspalten vom Wafer, Endbeschichtung. Dies verstärkt die Ineffizienz von genannten geringen Ausbeuten von dem Wafer aufgrund von Multimodenverhalten oder geringem SMSR.
Durch Verwendung eines Gitters zweiter oder höherer Ordnung anstelle des gebräuchlicheren Gitters erster Ordnung sind sowohl Oberflächenemissions- als auch Einmodenbetrieb durch komplexe Kopplung erzielt worden. Im Falle eines Gitters zweiter Ordnung unterscheidet sich der resultierende Strahlungsverlust von der Oberfläche des Lasers für die zwei Moden, wodurch somit die Entartung angehoben wird und dies zu einem Einmodenbetrieb führt, wie dies von R. Kazarinov und C. H. Henry in IEEE, J. Quantum Electron., Band QE-21, Seiten 144–150, Feb. 1985, beschrieben ist. Mit einem indexgekoppelten Gitter zweiter Ordnung ist das räumliche Profil der bevorzugten Lasermode mit zwei Keulen mit einem Minimum in der Mitte des Laserresonators ausgebildet. Die unterdrückte Mode ist in diesem Beispiel ein einkeuliges Gauss-artiges Profil mit einer Spitze in der Mitte des Resonators. Die letztgenannte Mode ist, während sie für die meisten Anwendungen von Vorteil ist, auf dem Gebiet der Telekommunikation vielleicht noch kritischer, da sie mit der Modengestalt einer optischen Einmodenfaser eng zusammenpaßt und somit effizient in die Faser eingekoppelt werden kann. Die zweikeulige Gestalt kann nur mit geringer Effizienz an eine Faser gekoppelt werden.
Es sind auf dem Gebiet Versuche unternommen worden, den Laser so zu ändern, daß das Modenprofil Faserankopplung erleichtert, aber ohne viel Erfolg. Zum Beispiel lehrt das US-Patent 5,970,081 eine oberflächenemittierende, indexgekoppelte, DFB-Laserstruktur mit Gitter zweiter Ordnung, die mittels Beschränkung der Gestalt der Wellenleiterresonatorstruktur in der Mitte eine Phasenverschiebung im Laserresonator einführt, um das Profil der Lasermode und somit die Ankoppelwirkungsgrad zu verbessern. Das phasenverschobene Modenprofil enthält jedoch eine steile Spitze, die zu einer Verschlechterung von anderen Spezifikationen führt, die sich auf eine Zunahme des räumlichen Lochbohrens im Gebiet der Phasenverschiebung beziehen. Zusätzlich ist die gelehrte Erfindung aufgrund der verbundenen Lithographie schwer zu implementieren. Im US-Patent 4,958,357 ist ein Laser gezeigt, der ein indexgekoppeltes Gitter zweiter Ordnung für Oberflächenemission enthält, das die Verwendung einer Viertelphasenverschiebung in der Mitte des Lasers oder einer mehrfachen Phasenverschiebung im Laserresonator enthält. Diese Struktur leidet an dem räumlichen Lochbrennen (Spatial hole burning) als Folge des intensiven Feldes, das in dem Gebiet der Phasenverschiebung erzeugt wird. Dies begrenzt die Ausgangsleistung der Vorrichtung und ist unerwünscht.
Außerhalb des Telekommunikationsgebietes findet sich ein Beispiel für eine oberflächenemittierende DFB-Laserstruktur im US-Patent 5,727,013. Dieses Patent lehrt einen einkeuligen oberflächenemittierenden DFB-Laser zum Erzeugen von blauem/grünem Licht, wo das Gitter zweiter Ordnung in eine absorbierende Schicht in der Struktur oder direkt in die Verstärkungsschicht geschrieben ist. Während es interessant ist, beschreibt dieses Patent nicht, wie das Gitter den Faserankoppelwirkungsgrad beeinträchtigt (da es sich nicht mit Telekommunikationsanwendungen beschäftigt). Dieses Patent lehrt auch nicht, welche Parameter das Gleichgewicht zwischen gesamter Ausgangsleistung und Faserankoppelwirkungsgrad steuern oder wie die Mode effektiv gesteuert wird. Schließlich lehrt dieses Patent keinen oberflächenemittierenden Laser, der für Telekommunikationswellenlängenbereiche geeignet ist.
Vor kurzem sind Versuche unternommen worden, Vertical Cavity Surface Emitting Lasers (VCSELs) mit für das Gebiet der Telekommunikation geeigneter Leistung einzuführen. Genannte Versuche sind aus einer Anzahl von Gründen nicht erfolgreich gewesen. Genannte Vorrichtungen neigen dazu, an einer Schwierigkeit beim Herstellen aufgrund der erforderlichen vielschichtigen Struktur sowie einer geringen Leistungsabgabe aufgrund der sehr kurzen Länge des Verstärkungsmediums im Resonator zu leiden. Der kurze Resonator stellt auch eine Quelle für höheres Rauschen und breitere Linienbreite dar. Die breitere Linienbreite beschränkt die Übertragungsstrecke des Signals von diesen Quellen aufgrund von Dispersionseffekten in der Faser.
Der Effekt der chromatischen Dispersion stellt ein Problem auf dem Gebiet der Telekommunikation dar. Verschiedene spektrale Komponenten eines Signalpulses breiten sich mit etwas unterschiedlichen Gruppengeschwindigkeiten entlang einer Faser aus. Somit tritt Pulsverbreiterung auf. Pulsverbreiterung verursacht Interferenz zwischen Pulsen und eine Erhöhung der Bitfehlerrate. Pulsverbreiterung erhöht auch Übersprechen zwischen benachbarten Wellenlängenkanälen. Außerdem gilt, daß je weiter sich der Puls ausbreitet, er sich so mehr verbreitert. Somit ist die Bitrate durch die gesamte Dispersion in einer optischen Verbindung, gewöhnlich dominiert durch die Faserlänge, in Kombination mit der Pulsverbreiterung beschränkt. Wenn die optische Signalquelle höheres Chirpen aufweist, verbreitert sich der Puls schneller und wird die bei einer bestimmten Bitrate unterstützte Verbindungslänge reduziert. Eine Quelle mit niedrigem Chirpen ist somit bei optischer Kommunikation erwünscht.
Es ist eine oberflächenemittierende Laserstruktur erwünscht, die nützliche Ausgangsleistungsmengen ohne die nachteiligen Probleme des räumlichen Lochbrennens, die mit den phasenverschobenen Ausführungen im Stand der Technik verbunden sind, liefern kann. Es ist auch eine Struktur erwünscht, die geringes Chirpen aufweist.
Die vorliegende Erfindung strebt danach, eine verbesserte oberflächenemittierende Laserstruktur und ein Verfahren zur Herstellung von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern bereitzustellen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit einer Halbleiterlaserstruktur, die eine aktive Schicht, gegenüberliegende Cladding-Schichten angrenzend an genannte aktive Schicht, ein Substrat und Elektroden aufweist, durch die Strom in die Halbleiterlaserstruktur injiziert werden kann, damit genannte Laserstruktur ein Ausgabesignal in Form von zumindest einer Oberflächenemission emittiert, worin ein verstärkungsgekoppeltes Gitter zweiter Ordnung genannter aktiver Schicht genannter Laserstruktur zugeordnet ist, wobei genanntes verstärkungsgekoppeltes Gitter eine Vielzahl von Gitterelementen aufweist, die periodisch alternierende größere und kleinere Verstärkungswerte aufweisen, wenn genannter Strom in genannte Laserstruktur injiziert wird, wobei genanntes Gitter dimensioniert und gestaltet ist, um gegenläufige geführte Moden im Resonator zu erzeugen, und Einrichtungen zum Verschieben einer Phase von genannten gegenläufigen geführten Moden im Resonator vorgesehen sind, um ein Modenprofil zu ändern und die Nahfeldintensität von genanntem Ausgabesignal zu erhöhen, wobei genannte alternierende Gitterelemente mit einem größeren Verstärkungswert einen Brechungsindex aufweisen, der abnimmt, wenn mehr Verstärkung angewandt wird, um räumliches Lochbrennen zu bessern.
Vorzugsweise ist genanntes verstärkungsgekoppeltes Beugungsgitter optisch aktiv und in einem Verstärkungsmedium in der aktiven Schicht ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit einer Halbleiterlaserstruktur, die eine aktive Schicht, gegenüberliegende Cladding-Schichten angrenzend genannte aktive Schicht, ein Substrat und Elektroden aufweist, mittels derer Strom in genannte Halbleiterlaserstruktur injiziert werden kann, damit genannte Laserstruktur ein Ausgabesignal in Form von zumindest einer Oberflächenemission emittiert, worin ein verlustgekoppeltes Gitter zweiter Ordnung genannter aktiver Schicht genannter Laserstruktur zugeordnet ist, wobei genanntes verlustgekoppeltes Gitter eine Vielzahl von Gitterelementen aufweist, die periodisch alternierende größere und kleinere Verstärkungswerte aufweisen, wenn genannter Strom in genannte Laserstruktur injiziert wird, wobei genanntes Gitter dimensioniert und gestaltet ist, um gegenläufige geführte Moden im Resonator zu erzeugen; und Einrichtungen zum Verschieben einer Phase von genannten gegenläufigen geführten Moden im Resonator vorgesehen sind, um ein Modenprofil zu ändern und eine Nahfeldintensität von genanntem Ausgabesignal zu erhöhen, wobei genannte alternierende Gitterelemente mit einem niedrigeren Verstärkungswert eine Eigenschaft aufweisen, daß ausreichende lichtangeregte Trägererzeugung erfolgt, wenn eine angewandte Verstärkung zunimmt, um Trägerverarmung in der aktiven Schicht zu kompensieren und räumliches Lochbrennen zu bessern.
Vorzugsweise weist genannte Einrichtung zur Phasenverschiebung ein in genanntem Gitter ausgebildetes moduliertes Grundmaß auf.
Das Gitter mit moduliertem Grundmaß kann derart dimensioniert und gestaltet sein, daß es eine Photonendichte über die Laserstruktur ausgleicht.
Vorzugsweise erzeugt im Gebrauch von genanntem Laser genanntes Gitter mit moduliertem Grundmaß ein allgemein Gauss-förmiges Oberflächenemissionsprofil.
Vorteilhafterweise läßt im Gebrauch von genanntem Laser genanntes Gitter mit moduliertem Grundmaß eine oder mehrere sekundäre Mode(n) Oberflächenemissionen haben, die sich in der Mitte von genannter Laserstruktur Null nähern.
Zweckmäßigerweise emittiert im Gebrauch von genanntem Laser genannte Halbleiterlaserstruktur ein zweites Ausgabesignal in Form einer Kantenemission zusätzlich zum als eine Oberflächenemission emittierten Signal.
Zweckmäßigerweise bildet jedes benachbarte Paar von genannten alternierenden Gitterelementen eine Gitterperiode und umfassen die Gitterelemente mit einem größeren Verstärkungswert ungefähr 75% der Länge von genannter Gitterperiode.
Es ist möglich, eine Anordnung von nebeneinander angeordneten oben definierten oberflächenemittierenden Halbleiterlasern zu bilden, worin genannte Laser in Form einer kohärenten Anordnung von N Lasern zur Bildung einer Pumpquelle mit einem Leistungsfaktor von N² vorliegen.
Das Gitter kann eine ganze Anzahl von Gitterperioden auf jeder Seite der Phasenverschiebung aufweisen.
Vorzugsweise enthält die Struktur ferner ein angrenzendes Gebiet, daß das Gitter in Draufsicht zumindest teilweise umgibt, wobei das angrenzende Gebiet aus einem Material mit einem Widerstand gebildet ist, der zum elektrischen Isolieren von genanntem Gitter ausreicht, wenn der Laser benutzt wird.
In einer Ausführungsform enthält genanntes angrenzendes Gebiet außerdem einteilig ausgebildete absorbierende Gebiete, die an jedem Ende von genanntem verstärkungsgekoppelten Gitter angeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform weist der Laser einen Photodetektor (200) auf, wobei der Laser außerdem eine Rückkopplung, die mit genantem Photodetektor verbunden ist, um ein detektiertes Ausgabesignal mit einem gewünschtem Ausgabesignal zu vergleichen, und eine Einstelleinrichtung zur Einstellung eines Eingabestroms zur Aufrechterhaltung von genanntem Ausgabesignal mit einer gewünschten Eigenschaft auf.
Der Photodetektor kann mit der Laserstruktur einteilig ausgebildet sein.
Vorzugsweise ist das angrenzende Gebiet aus Material mit Widerstand ausgebildet, der zum elektrischen Isolieren von genanntem Gitter ausreicht, wenn genannter Laser benutzt wird.
Zweckmäßigerweise kann eine von genannten Elektroden eine signalemittierende Öffnung enthalten.
Eine von genannten Elektroden kann derart dimensioniert und gestaltet sein, daß sie eine optische Mode in einem Gebiet seitlich begrenzt, durch das Strom injiziert wird.
Vorzugsweise ist genannte seitlich begrenzende Elektrode eine Stegelektrode.
Eine Ausführungsform der Erfindung umfaßt eine Anordnung von oben definierten oberflächenemittierenden halbleitenden Schichten, worin genannte Anordnung zwei oder mehr von genannten Lasern auf einem gemeinsamen Substrat enthält.
Eine Vielzahl von oberflächenemittierenden Halbleiterlasereinrichtungen kann als eine Anordnung von oberflächenemittierenden Halbleitern angeordnet werden, worin jeder von zwei oder mehr Lasern ein Ausgabesignal mit einer anderen Wellenlänge und Ausgangsleistung erzeugt und einzeln moduliert werden kann. In einer alternativen Anordnung, in der eine Anordnung von Halbleiterlasern vorhanden ist, kann jeder von zwei oder mehr Laser ein Ausgabesignal mit derselben Wellenlänge erzeugen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt ein Verfahren zur Herstellung von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern, wobei genanntes Verfahren die Schritte umfaßt: Ausbilden einer Vielzahl von Halbleiterlaserstrukturen durch Ausbilden, in aufeinanderfolgenden Schichten auf einem gemeinsamen Wafersubstrat, von einer ersten Cladding-Schicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Cladding-Schicht auf genanntem Wafersubstrat; Ausbilden einer Vielzahl von genannter aktiver Schicht auf genanntem Wafersubstrat zugeordneten Gittern zweiter Ordnung mit alternierenden Gitterelementen mit größeren und kleineren Verstärkungswerten, wobei der Brechungsindex von genannten Elementen mit größerem Verstärkungswert abnimmt, wenn mehr Verstärkung angewendet wird, um räumliches Lochbrennen zu bessern; Ausbilden einer Phasenverschiebeeinrichtung in genanntem Gitter zur Änderung eines Modenprofils eines Ausgabesignals von genanntem Halbleiterlaser; Ausbilden von Elektroden auf jeder genannter Halbleiterlaserstrukturen auf genanntem Wafersubstrat zum Injizieren von Strom in jedes genannte Gitter; und Testen von jeder genannter Halbleiterlaserstrukturen durch Injizieren eines Teststroms in genannte Strukturen, während dieselben weiterhin mit genanntem gemeinsamem Wafersubstrat verbunden sind.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des simultanen Ausbildens von angrenzenden Gebieten zwischen genannter Vielzahl von verteilten Beugungsgittern umfassen.
Das Verfahren kann zusätzlich den Schritt des Dimensionierens und Gestaltens von mindestens einer von genannten Elektroden, die mit jedem Gitter verbunden sind, enthalten, um eine optische Mode von jeder von genannten Halberleiterlaserstrukturen seitlich zu begrenzen.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Ausbildens eines absorbierenden Gebiets in genanntem angrenzenden Gebiet an jedem Ende von jedem genannten Gitter enthalten.
Das Verfahren kann ferner den Schritt des Abspaltens von genannten Wafer entlang genannter angrenzender Gebiete zur Bildung einer Anordnung von Lasern enthalten.
Es ist oben auf Cladding-Schichten Bezug genommen worden. Die Cladding-Schichten können die Gestalt von Begrenzungsschichten annehmen. Es ist ins Auge gefaßt, daß eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine oberflächenemittierende Laserstruktur liefern kann, die für Telekommunikationsanwendungen geeignet ist und die die Mängel des Standes der Technik vermeidet oder minimiert. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann eine preiswerte optische Signalquelle umfassen, die Signale erzeugen kann, die für die Verwendung im optischen Breitbandtelekommunikationssignalbereich geeignet sind. Eine bevorzugte Signalquelle würde in Form eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers vorliegen, der unter Verwendung von herkömmlichen Halbleiterherstelltechniken hergestellt werden kann und der dennoch höhere Ausbeuten als gegenwärtige Techniken aufweisen würde. Somit ist ins Auge gefaßt, daß Ausführungsformen der Erfindung Signalquellen zu niedrigeren Kosten als im Vergleich mit den Techniken im Stand der Technik liefern können.
Vorzugsweise würde die Signalquelle einer Ausführungsform der Erfindung genug Energie, Wellenlängenstabilität und Präzision für Breitbandtelekommunikationsanwendungen aufweisen, ohne daß unmögliche Beschränkungen aufgrund von räumlichem Lochbrennen angetroffen würden. Genauer gesagt ist ins Auge gefaßt, daß Ausführungsformen der Erfindung eine Laserstruktur bilden werden, in der die Modengestalt optimiert ist, um Faserankopplung zu ermöglichen, und die dennoch unter Verwendung von herkömmlichen Lithographietechniken auf dem Gebiet der Halbleiter hergestellt werden kann. Somit ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein oberflächenemittierender Laser, der eine Einrichtung zur Verbesserung des räumlichen Lochbrennens enthält, um zu ermöglichen, daß sich praktische Ausgangsleistungswerte aus dem Laser ergeben. Es ist ins Auge gefaßt, daß eine Einrichtung von dieser Art niemals Chirpen zeigt, um Signaltransport und -manipulation ohne unakzeptable Pulsverbreiterung zu ermöglichen.
Es ist ins Auge gefaßt, daß Ausführungsformen der Erfindungen Halbleiterlasersignalquellen mit einer Signalausgabe bilden können, die leicht und effizient an eine optische Einmodenfaser gekoppelt wird. Genannte Einrichtungen können vorzugsweise als eine Anordnung auf einer Struktur auf Basis eines einzigen Wafers hergestellt werden und einteilig und simultan, wie dies beschrieben wird, mit angrenzenden Strukturen, wie zum Beispiel signalabsorbierenden angrenzenden Gebieten und Photodetektoreinrichtungen, ausgebildet oder hergestellt werden.
Es ist ins Auge gefaßt, daß Ausführungsformen der Erfindung auf eine effiziente Weise hergestellt werden können. Je größer die Anzahl von Signalquellen der Anordnung ist, desto größer ist der Bedarf an einer Herstellung mit geringer Fehlerrate. Somit wird zum Beispiel eine mit einer Ausbeute von 98% pro Quelle hergestellte Anordnung mit vierzig Quellen eine Anordnungsherstellausbeute von nur 45% erzeugen. Somit sind verbesserte Herstellausbeuten für eine kosteneffiziente Herstellung von Anordnungen wichtig.
Es ist ins Auge gefaßt, daß eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung eine Anordnung von Laserquellen sein wird, so daß jede Laserquelle derart hergestellt werden kann, daß sie auf derselben oder anderen Wellenlängen, und am bevorzugsten Wellenlängen in den Telekommunikationssignalbändern arbeiten. Es ist ins Auge gefaßt, daß genannte Einrichtung einen eingebauten Detektor aufweisen könnte, der, in Verbindung mit einer externen Rückkopplungsschaltung, zur Signalüberwachung und -aufrechterhaltung verwendet werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun wird lediglich beispielhaft auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durch Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Bezug genommen, in denen:
1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem in einem Verstärkungsmedium ausgebildeten Gitter zweiter Ordnung mit Viertellängenwellenphasenverschiebung;
2 eine Stirnansicht der Ausführungsform von 1;
3 eine schematische grafische Darstellung eines Vergleichs zwischen einem indexgekoppelten und einem verstärkungsgekoppelten DFB-Laser mit Viertelwellenlängenphasenverschiebung zur Darstellung von Aspekten der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine grafische Darstellung einer normierten Verstärkungsdifferenz DaL als eine Funktion von Vorspannungsstrom für die DFB-Laser mit Viertelwellenlängenphasenverschiebung von 3 ist;
5 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform eines oberflächenemittierenden Halbleiterlasers gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem in einer absorbierenden oder Verlustschicht ausgebildeten Gitter zweiter Ordnung ist;
6 eine Stirnansicht der Ausführungsform von 5 ist;
7 eine Draufsicht einer Ausführungsform mit moduliertem Grundmaß gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
8 eine schematische Ansicht einer optischen Nahfeldintensität gegen die Strecke entlang des Laserresonators der primären Mode für die Ausführungsform von 1 der vorliegenden Erfindung ist;
8a, 8b und 8c schematische Ansichten einer normierten Feldverteilung von Photonendichte und Oberflächenemission für die drei primären Moden der Ausführungsform von 7 ist;
9 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von oben ist, die Endgebiete in Form von absorbierenden Gebieten an jedem Ende eines Laserresonators zeigt;
10 eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung von 8 ist, worin eines von genannten Endgebieten ein Detektor ist; und
11 eine Draufsicht einer Anordnung von oberflächenemittierenden Halbleiterlaserstrukturen auf einem gemeinsamen Substrat zur Erzeugung von Wellenlängen 1 ist N von oben ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer oberflächenemittierenden Halbleiterlaserstruktur 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, während 2 eine Stirnansicht derselben Struktur zeigt. Die Laserstruktur 10 besteht aus einer Anzahl von Schichten, die durch Verwendung von zum Beispiel Standardhalbleiterherstelltechniken aufeinander aufgebaut sind. Man wird erkennen, daß die Verwendung von genannten bekannten Halbleiterherstelltechniken für die vorliegende Erfindung bedeutet, daß die vorliegende Erfindung in großen Zahlen effizient hergestellt werden kann, ohne daß irgendwelche neuen Herstelltechniken erforderlich sind.
In dieser Beschreibung sollen die folgenden Begriffe die folgenden Bedeutungen haben. Ein p-Gebiet eines Halbleiters ist ein mit Elektronenakzeptoren dotiertes Gebiet, in dem Löcher (Leerstellen im Valenzband) die dominanten Stromträger sind. Ein n-Gebiet ist ein Gebiet eines Halbleiters, das so dotiert ist, daß es einen Überschuß an Elektronen als Stromträger aufweist. Ein Ausgabesignal bedeutet irgendein optisches Signal, das von dem Halbleiterlaser der vorliegenden Erfindung erzeugt wird. Das Modenvolumen bedeutet das Volumen, in dem der Großteil der optischen Mode existiert, genauer gesagt, wo eine wesentliche Licht (Signal) Intensität vorliegt. Zum Beispiel könnte das Modenvolumen als die Grenze angesehen werden, die 80% der optischen Modenenergie umschließt. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung ist ein verteiltes Beugungsgitter eines, in dem das Gitter mit der aktiven Verstärkungslänge oder absorbierenden Länge des Laserresonators so verbunden ist, daß eine Rückkopplung vom Gitter Interferenzeffekte verursacht, die Oszillation oder Lasern nur bei bestimmten Wellenlängen, die die Interferenz verstärkt, zulassen.
Das Beugungsgitter gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus Gitter- oder Rasterelementen, die alternierende Verstärkungseffekte erzeugen. Zwei benachbarte Gitterelemente definieren eine Gitterperiode. Die alternierenden Verstärkungseffekte sind derart, daß eine Verstärkungsdifferenz bezüglich der benachbarten Gitterelemente auftritt, wobei einer ein relativ hoher Verstärkungseffekt ist und der nächste ein relativ geringer Verstärkungseffekt ist. Die vorliegende Erfindung schließt ein, daß der relativ niedrige Verstärkungseffekt ein kleiner aber positiver Verstärkungswert, keine tatsächliche Verstärkung oder ein absorbierender oder negativer Wert sein kann. Somit schließt die vorliegende Erfindung jegliche Absolutwerte eines Verstärkungseffekts in Bezug auf Gitterelemente ein, vorausgesetzt daß die relative Differenz im Verstärkungseffekt zwischen benachbarten Gitterelementen ausreicht, um die Interferenzeffekte von Lasern bei lediglich bestimmten Wellenlängen zu erzeugen. Die vorliegende Erfindung schließt jede Form von Gitter ein, die die oben beschriebenen alternierenden Verstärkungseffekte erzeugen kann, einschließlich verlustgekoppelte und verstärkungsgekoppelte Gitter im aktiven Gebiet und trägerblockierende Gitter, egal ob im aktiven Gebiet oder nicht.
Der Gesamteffekt eines Beugungsgitters gemäß der vorliegenden Erfindung kann derart definiert werden, daß er Laseroszillation auf eine oder zwei longitudinale Moden begrenzt, was als ein Einmodenausgabesignal bezeichnet werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zahlreiche Techniken zur weiteren Gestaltung des Lasers verwendet, so daß das Modenprofil an eine Faser effektiv angekoppelt werden kann.
Wie in 1 gezeigt ist, sind die zwei äußeren Schichten 12 und 14 der Laserstruktur 10 Elektroden. Der Zweck der Elektroden besteht darin, Strom in die Laserstruktur 10 injizieren zu können. Man wird bemerken, daß die Elektrode 12 eine Öffnung 16 enthält. Die Öffnung 16 ermöglicht, daß das optische Ausgabesignal aus der Laserstruktur 10 austritt, wie dies unten ausführlicher beschrieben ist. Obwohl eine Öffnung gezeigt ist, schließt die vorliegende Erfindung die Verwendung einer durchgehenden Elektrode ein, vorausgesetzt, daß dieselbe zumindest teilweise transparent hergestellt ist, damit das erzeugte Signal aus der Laserstruktur 10 austreten kann. Es hat sich herausgestellt, daß einfache Metallelektroden mit einer Öffnung 16 vernünftige Ergebnisse liefern, und diese werden aufgrund der leichten Herstellung und der niedrigen Kosten bevorzugt.
Benachbart zur Elektrode 12 befindet sich ein n+ InP-Substrat oder Wafer 17. Benachbart zum Substrat 17 befindet sich eine Pufferschicht 18, die vorzugsweise aus n-InP besteht. Die nächste Schicht ist eine Begrenzungsschicht 20, die aus n-InGaAsP gebildet ist. Die allgemeine Zusammensetzung von dieser und weiteren quaternären Schichten liegt in Form von In_xGa_1-xAs_yP_1-y vor, während ternäre Schichten die allgemeine Zusammensetzung In_1-xGa_xAs aufweisen. Die nächste Schicht ist eine aktive Schicht 22, die aus alternierenden dünnen Schichten aus aktiven quantenmechanischen Potentialtöpfen und -wällen gebildet ist, die beide aus InGaAsP oder InGaAs bestehen. Wie Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden, ist InGaAsP oder InGaAs ein bevorzugter Halbleiter, da diese Halbleiter, innerhalb bestimmter Zusammensetzungsbereiche, optische Verstärkung bei Wellenlängen im Bereich von 1200 nm bis 1700 nm oder höher zeigen können, was die optischen Breitbandspektren des S-Bandes (1300–1320 nm), des C-Bandes (1525 nm bis 1565 nm) und des L-Bandes (1568 bis 1610 nm) einschließt. Andere Halbleitermaterialien, zum Beispiel GaInNAs, InGaAlAs werden von der vorliegenden Erfindung auch eingeschlossen, vorausgesetzt, daß das erzeugte Ausgabesignal in den Breitbandbereich fällt. Ein weiterer relevanter Wellenlängenbereich mit Bedeutung für die Telekommunikation, für den Einrichtungen gemäß dieser Erfindung unter Verwendung von geeigneten Materialzusammensetzungen (zum Beispiel InGaAs/GaAs) gestaltet sein können, ist der Bereich von 910 bis 990 nm, der dem am häufigsten angetroffenen Wellenlängenbereich zum Pumpen von optischen Verstärkern und Faserlasern basierend auf mit Er, Yb oder Yb/Er dotierten Materialien entspricht.
In der Ausführungsform von 1 ist ein Beugungsgitter 24 in der aktiven Schicht 22 ausgebildet. Das Gitter 24 besteht aus alternierenden Abschnitten 27 mit hoher Verstärkung und Abschnitten 28 mit geringer Verstärkung. Am bevorzugsten ist das Gitter 24 ein regelmäßiges Gitter, weist es nämlich eine konsistente Periode über das Gitter auf, und ist es dimensioniert, gestaltet und in dem Laser 10 derart positioniert, daß es, wie oben erläutert, ein verteiltes Beugungsgitter umfaßt. In diesem Fall ist die Periode des Gitters 24 durch die Summe einer Länge 32 eines Abschnitts 27 mit hoher Verstärkung und einer Länge 30 des angrenzenden Abschnitts 28 mit geringer Verstärkung definiert. Der Abschnitt 28 mit geringer Verstärkung weist geringe oder keine Verstärkung im Vergleich mit dem Abschnitt 27 mit hoher Verstärkung auf, da in diesem Gebiet der größte Teil oder die gesamte aktive Struktur entfernt worden ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Gitter 24 ein Gitter zweiter Ordnung, nämlich ein Gitter, das zu Ausgabesignalen in Form von Oberflächenemission führt. Da das Gitter 24 der vorliegenden Ausführungsform in der aktiven Verstärkungsschicht ausgebildet ist, kann man nunmehr erkennen, daß es als eine verstärkungsgekoppelte Ausführung bezeichnet wird.
Zentral in dem Gitter 24 ist eine Einrichtung zur Phasenverschiebung angeordnet, die einen etwas breiteren „Zahn" 26 mit hoher Verstärkung umfaßt. Dieser Zahn 26 ist derart dimensioniert und gestaltet, daß er eine Phasenverschiebung von einer Viertelwellenlänge liefert. Wie für Fachleute auf dem Gebiet verständlich sein wird, schließt die vorliegende Erfindung andere Formen von Phasenverschiebungselementen ein. Es ist notwendig, das Gitter mit einer ausreichenden Phasenverschiebung zu versehen, um das Nahfeldintensitätsprofil zu ändern und die dominante Mode von einer Konfiguration mit Doppelspitze in eine Konfiguration mit einer einzigen Spitze umzuwandeln, wobei die Spitze allgemein über der Phasenverschiebung angeordnet ist. Ein derartiges Modenprofil kann an eine Faser viel effizienter als das doppelkeulige Profil angekoppelt werden. Vorausgesetzt, daß das Modenprofil verändert wird, um die Ankoppelwirkungsgrad zu verbessern, können das Ausmaß der Phasenverschiebung und die Art der Durchführung der Phasenverschiebung variiert werden, ohne aus dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu gelangen.
Zum Beispiel können mehrere Phasenverschiebungen, die eine Gesamtverschiebung von einer Viertelwellenlänge liefern, verwendet werden, wobei z. B. zwei λ/8 oder zwei 3λ/8 oder andere Kombinationen eingeschlossen sind. Ebenso sind ein kontinuierlich gechirptes Gitter oder ein Gitter mit moduliertem Grundmaß auch eingeschlossen, obwohl diese schwieriger herzustellen sind. Ein Gitter mit moduliertem Grundmaß gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 7 dargestellt, die absorbierende Endgebiete 301, eine Stegelektrode 302 und seitliche Gitterabschnitte 304 mit gleicher Länge, die den mittleren Gitterabschnitt 303 umgeben, zeigt. Wie gezeigt ist, ist die mittlere Gitterperiode etwas anders als die Gitterperiode in den Abschnitten 304. In dieser 7 ist ein Gitter mit moduliertem Grundmaß dargestellt, in dem die Phasenverschiebung über das Gitter verteilt ist.
Als 8a, 8b und 8c sind theoretische Plots für die Felddichte gegen Resonatorlänge für sowohl Photonendichte als auch Oberflächenemissionen beigefügt. Drei Plots (8a, 8b und 8c) der drei fundamentalen Moden, nämlich jeweils die Mode 0. Ordnung, –1. Ordnung und +1. Ordnung sind bereitgestellt. Man wird anhand von 8a bemerken, daß für die primäre (d. h. Laser-) Mode 0. Ordnung die Photonendichte eine recht gleichmäßige Verteilung über die Laserstruktur oder den Resonator aufweist. In der Tat ist die Spitze 401 als weniger als 2,5 gezeigt, während die niedrige 402 etwas unter 1 ist. Eine derartige allgemein gleichmäßige Verteilung der Photonendichte reduziert Probleme mit räumlichem Lochbrennen. Anhand der 8a ist auch ersichtlich, daß das Oberflächenemissionsprofil 404 allgemein gerundet oder Gauss-förmig bei 406 ist, was bedeutet, daß die Oberflächenemission für Kopplung an eine Faser für Telekommunikationsanwendungen offen ist.
Ebenso zeigen die zwei sekundären Moden 8b und 8c die normierte Nahfeldverteilung, die in der Mitte des Resonators jeweils bei 410 und 412 zu Null tendieren. Als solches wird sehr wenig von den sekundären Moden mit der Faser koppeln, was zu einer hohen Nebenmodenunterdrückung während des Erzielens einer Reduzierung (Verbesserung) des räumlichen Lochbrennens führt. Diese Konfiguration weist auch geringes Chirpen auf. Obwohl viele unterschiedliche Arten von Strukturen verwendet werden können, um eine Phasenverschiebung einzuführen, ist zusammengefaßt eine Ausführung mit moduliertem Grundmaß eine bevorzugte Ausführungsform. In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff Ausführung mit moduliertem Grundmaß ein Gitter, das eine etwas andere Periode in der Mitte des Resonators als an den Enden aufweist. Am bevorzugsten ist genannte Periodenänderung über das Gitter allmählich statt abrupt an einem Zahn, wie in der vorangehend beschriebenen Ausführungsform, eingeführt.
Noch einmal der 1 zuwendend, ist die nächste Schicht über dem Gitter 24 eine p-InGaAsP-Begrenzungsschicht 34. Über der Begrenzungsschicht 34 ist ein p-InP-Puffergebiet 36 angeordnet. Über der Schicht 36 ist eine p-InGaAsP-Ätzunterbrechungsschicht 38 angeordnet. Danach ist eine p-InP-Claddingschicht 40 vorgesehen, die von einer p⁺⁺-InGaAs-Abdeckschicht 42 überragt wird.
Fachleute auf dem Gebiet werden verstehen, daß ein Halbleiterlaser, der aus Schichten aufgebaut ist, die in der oben beschriebenen Weise konfiguriert sind, abgestimmt werden kann, um ein Ausgabesignal einer vorab festgelegten Wellenlänge zu erzeugen, da die verteilte Rückkopplung vom Beugungsgitter, das in die aktive Schicht beschrieben ist, den Laser als einen Einmodenlaser beibehält. Die genaue Wellenlänge des Ausgabesignals wird eine Funktion einer Anzahl von Variablen sein, die wiederum auf eine komplexe Weise mit weiteren Variablen der Laserstruktur in Wechselbeziehung bestehen und darauf bezogen sind. Zum Beispiel enthalten einige der Variablen, die die Ausgabesignalwellenlänge beeinflussen, die Periode des Gitters, den Brechungsindex der aktiven, Begrenzungs- und Cladding-Schichten (die sich wiederum mit der Temperatur sowie dem Injektionsstrom typischerweise ändern), die Zusammensetzung der aktiven Gebiete (die die Schichtbeanspruchung, Verstärkungswellenlänge und den Index beeinflußt) und die Dicke der zahlreichen Schichten, die oben beschrieben sind. Eine weitere wichtige Variable ist die Strommenge, die über die Elektroden in die Struktur injiziert wird. Somit kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch Manipulieren dieser Variablen eine Laserstruktur aufgebaut werden, die eine Ausgabe mit einer vorab festgelegten und hochspeziellen Ausgabewellenlänge aufweist. Ein derartiger Laser ist in der Kommunikationsindustrie nützlich, wo Signalquellen für die einzelnen Kanäle oder Signalkomponenten, die das DWDM-Spektrum aufbauen, gewünscht sind. Somit schließt die vorliegende Erfindung zahlreiche Kombinationen von Schichtdicke, Verstärkungsperiode, Injektionsstrom und dergleichen ein, die in Kombination ein Ausgabesignal mit einer Leistung, Wellenlänge und Bandbreite liefern, die für Telekommunikationsanwendungen geeignet sind.
Jedoch ist bloßes Erhalten der gewünschten Wellenlänge und Bandbreite nicht genug. Ein durch die vorliegende Erfindung gelöstes schwierigeres Problem besteht darin, die spezielle Wellenlänge, die von einem Gitter zweiter Ordnung (und somit als eine Oberflächenemission) erwünscht ist, in einer derartigen Weise zu erzeugen, daß sie für effizientes Koppeln zum Beispiel an eine optische Faser gesteuert werden kann. Die räumlichen Eigenschaften des Ausgabesignals weisen einen großen Effekt auf den Ankoppelwirkungsgrad auf, wobei die ideale Gestalt eine Einmoden-, Einkeulen-Gaußsche ist. Für oberflächenemittierende Halbleiterlaser schließen die zwei primären Moden eine divergente doppelkeulige Mode und eine einkeulige Mode ein. Erstere ist sehr schwierig an eine Einmodenfaser, die für die meisten Telekommunikationsanwendungen notwendig ist, anzukoppeln, da die Faser eine einzige Gaußsche Mode aufweist.
Wie oben bemerkt, bezieht sich SMSR auf die Unterdrückung der nicht gewollten Mode zugunsten der gewollten Mode. Gemäß der vorliegenden Erfindung verlangt das Erzielen eines guten SMSR-Betriebs von der Oberfläche des Lasers 10 sorgfältige Aufmerksamkeit bei der Ausführung des Tastverhältnisses des Gitters 24 und somit der räumlichen Modulation der Verstärkung über die aktive Schicht 22. In dieser Beschreibung bedeutet der Begriff Tastverhältnis den Bruchteil der Länge von einer Gitterperiode, der hohe Verstärkung aufweist, im Vergleich zur Gitterperiode. Mit einfacheren Worten ausgedrückt, kann das Tastverhältnis als der Teil der Periode des Gitters 24 definiert werden, der hohe Verstärkung aufweist. Dieser Tastverhältnisparameter wird in verstärkungsgekoppelten Lasern, wie sie in 1 gezeigt sind, durch Wegätzen von Teilen der aktiven Schichten gesteuert, wobei der verbleibende Teil der aktiven Schicht das Tastverhältnis ist. Alternativ können die aktiven Verstärkungsschichten intakt bleiben und kann das Gitter in eine Stromunterbrechungsschicht geätzt werden, wobei der Bruchteil der weggeätzten Stromunterbrechungsschicht dem Tastverhältnis entspricht.
In 1 ist nun verständlich, daß das verteilte Beugungsgitter zweiter Ordnung durch Ätzen des Verstärkungsmediums zur Ausbildung des Gitters 24 geschrieben ist. Als eine Folge weisen die zwei fundamentalen Moden des Halbleiterlasers 10 unterschiedliche Oberflächenstrahlungsverluste (was die Ausgabe des Lasers ist) auf und weisen sie somit sehr unterschiedliche Verstärkungen auf. Nur eine Mode (die Mode mit dem niedrigsten Verstärkungsschwellenwert) wird Lasern, was zu gutem SMSR führt. Die vorliegende Erfindung schließt ein, daß die gewünschte Lasermode eine Keule aufweist und einem Gauss-Profil ähnelt. Auf diese Weise kann die Lasermode leichter an eine Faser gekoppelt werden, da das Profil der Leistung oder Signalintensität die Kopplung des Ausgabesignals an eine Faser erleichtert. Das phasenverschobene aktiv gekoppelte Gitter zweiter Ordnung weist drei Moden, die lasern können, mit zwei doppelkeuligen Moden, die einen höheren Verstärkungsschwellenwert aufweisen, und einer einkeuligen Mode auf, die den niedrigsten Verstärkungsschwellenwert aufweist. Somit ist die dominante Mode ein Profil mit einer einzigen Keule, das eine Spitze an der Position der Phasenverschiebung aufweist, die gemäß der vorliegenden Erfindung in der Mitte der Laserstruktur für optimale Kopplung in eine Faser plaziert ist.
Zusätzlich ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung zur Verbesserung des räumlichen Lochbrennens vorgesehen. In diesem Sinne bedeutet Verbesserung, etwas besser zu machen, nicht zu beseitigen. Somit schließt die vorliegende Erfindung die Verbesserung der Leistung der Laserstruktur gegenüber Strukturen im Stand der Technik durch Reduzierung der nachteiligen Beschränkungen ein, die durch räumliches Lochbrennen auferlegt werden. Wie Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden, ist räumliches Lochbrennen nicht beseitigt, sondern wird es lediglich verbessert, damit die Laser gemäß der vorliegenden Erfindung mit höheren Ausgabeleistungen ohne Verschlechterung des Einmodenbetriebs arbeiten können, die normalerweise bei phasenverschobenen Ausführungen auftreten kann, was zu einer nichtakzeptierbaren chromatischen Dispersion oder Pulsverbreiterung führt.
Die phasenverschobenen DFB-Laser mit einem Gitter, das mit der aktiven Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden ist, sind widerstandsfähig gegen räumliches Lochbrennen aufgrund der Einrichtung zur Verbesserung des räumlichen Lochbrennens. Genauer gesagt liefert die vorliegende Erfindung einen DFB-Laser mit einer welligen aktiven Schicht (oder eine mit der aktiven Schicht, zum Beispiel in einer Absorptionsschicht im Modenvolumen verbundene Welligkeit), so daß eine Erhöhung der Trägerinjektion (zur Erhöhung der Verstärkung) zu mehr Trägern im Gebiet mit hoher Verstärkung führt, aber der Brechungsindex aufgrund des Plasmaeffekts abnimmt. Als eine Folge nimmt der Indexkopplungskoeffizient ab, was longitudinales räumliches Lochbrennen verbessert. Somit wird aufgrund der Eigenschaften des mit der aktiven Schicht verbundenen Gitters das räumliche Lochbrennen verbessert. Somit schließt die vorliegende Erfindung ein mit der aktiven Schicht verbundenes phasenverschobenes Gitter zweiter Ordnung ein, um den Vorteil des Modenprofils eines phasenverschobenen Indexgitters zu nutzen, während sie gleichzeitig die obengenannte Selbstunterdrückung des räumlichen Lochbrennens einschließt.
Obwohl es keine Beschränkung hinsichtlich der Wahl des Tastverhältnisses gibt, wenn bevorzugt wird, den Laser gemäß der vorliegenden Erfindung mit soviel Leistung wie vernünftigerweise möglich zu betreiben, wird davon ausgegangen, daß ein Tastverhältnis von ungefähr 0,75 zu bevorzugen ist. Jedoch können auch andere Tastverhältniswerte, von ungefähr 0,25 bis 0,75 oder sogar höher, verwendet werden. Bei einem niedrigeren Tastverhältnis erzeugt ein geringerer Teil des Gitters Verstärkung, wodurch somit der Schwellenwertstrom erhöht und die Gesamtleistung und von dem Laser erhältliche Effizienz reduziert wird.
Zur Darstellung dieses Effekts stellt 3 bestimmte Eigenschaften von zwei verschiedenen DFB-Lasern mit Viertelphasenverschiebung zweiter Ordnung dar. Einer weist ein indexgekoppeltes Gitter und der andere weist ein verstärkungsgekoppeltes Gitter auf. Um einen gerechten Vergleich vorzunehmen, wird angenommen, daß beide Laser denselben normierten Indexkopplungskoeffizient K_iL von 2 und einen Kopplungskoeffizienten für das Strahlungsfeld von 3 cm^–1 aufweisen. Ferner wird angenommen, daß das Verstärkungskopplungskoeffizient-Verhältnis K_g/K_total des DFB-Lasers mit Verstärkungsgitter 10% beträgt. 1 stellt somit einen Vergleich dar, in dem die Feldintensität an beiden Enden des Resonators normiert worden ist. Es ist ersichtlich, daß die Intensitätsspitze des Indexgitters größer als die Intensitätsspitze des verstärkungsgekoppelten Gitters ist.
In 4 ist eine Darstellung einer normierten Verstärkungsdifferenz ΔαL als eine Funktion von Vorspann- bzw. Injektionsstrom von denselben zwei Lasern wie in 3 geplottet. Dies liefert eine Angabe des Nebenmodenunterdrückungsverhältnisses. Wie anhand der Figur ersichtlich ist, nimmt die normierte Verstärkungsdifferenz eines Lasers mit Indexgitter mit Erhöhung der Vorspannung aufgrund von Modenkonkurrenz schnell ab. Somit ist in einer Struktur mit Viertelwellenlängenphasenverschiebung mit Indexgitter räumliches Lochbrennen ein Begrenzungsfaktor bei hohen Leistungswerten und eine Quelle für Multimodebetrieb und somit Chirpen. Im Gegensatz dazu bleibt die normierte Verstärkungsdifferenz der Laserstruktur mit Verstärkungsgitter gemäß der vorliegenden Erfindung nahezu konstant über Variationen des Vorspannungsstroms (und somit der Ausgangsleistung). Somit liefert die vorliegende Erfindung in einer Ausführungsform eine Struktur mit Viertelwellenlängenphasenverschiebung, die im Vergleich mit indexgekoppelten Gittern im Stand der Technik geringes Chirpen aufweist.
In Halbleiterlasern ist ein Multimodenbetrieb eine Quelle von Chirpen. Verstärkungs- oder verlustgekoppelte DFB-Laser weisen einen innewohnenden Mechanismus für Modenselektivität auf. Somit ist das Nebenmodenunterdrückungsverhältnis sehr hoch und somit das Chirpen gering. Genauer gesagt bewirkt in Halbleiter-DFP-Laser Ungleichförmigkeit des Laserfeldes eine ungleichförmige Trägerverteilung im Laserresonator aufgrund der stimulierten Rekombination und aufgrund von räumlichem Lochbrennen. In indexgekoppelten Gittern wird die Stabilität der longitudinalen Mode durch die Änderung der Brechungsindexverteilung im Resonator verschlechtert. Die vorliegende Erfindung schließt verbessertes räumliches Lochbrennen aufgrund des verstärkungsgekoppelten Gitters, wie dies durch die vorangehenden Figuren dargestellt ist, ein.
Nunmehr der 2 zuwendend, ist dort eine Seitenansicht der Laserstruktur von 1 gezeigt. Wie in 2 zu sehen ist, ermöglichen die Elektroden 12 und 14 das Anlegen einer Spannung über die Halbleiterlaserstruktur 10, um, wie oben beschrieben, Lasern anzuregen. Ferner ist ersichtlich, daß der Steg, der von den oberen Schichten gebildet wird, dazu dient, die optische Mode seitlich auf das Gebiet zu begrenzen, durch das Strom injiziert wird. Während ein Steghohlleiter in dieser Ausführungsform gezeigt ist, ist eingeschlossen, daß eine ähnliche Struktur unter Verwendung einer Ausführung mit verdeckter Heterostruktur hergestellt werden könnte, um die Träger und das optische Feld seitlich zu begrenzen.
Weitere Formen von verstärkungsgekoppelten Ausführungen sind als ein Mittel zur Implementierung der vorliegenden Erfindung eingeschlossen. Zum Beispiel anstelle des oben beschriebenen Ätzens des aktiven Gebiets kann eine weitere hoch n-dotierte Schicht auf die aktive Schicht aufgetragen werden und kann ein Gitter in dieser Schicht hergestellt werden. Diese Schicht würde dann nicht optisch aktiv sein und somit weder absorbieren noch eine Verstärkung aufweisen. Statt dessen verhindert sie, daß Ladungsträger in die aktive Schicht injiziert werden, wo sie nicht weggeätzt worden ist. Diese Struktur für einen kantenemittierenden verstärkungsgekoppelten Laser wird in C. Kazmierski, R. Robein, D. Mathoorasing, A. Ougazzaden und M. Filoche, IEEE, J. Select. Topics Quantum Electron., Band 1, S. 371–374, Juni 1995, gelehrt. Die vorliegende Erfindung schließt die Modifizierung von genannter Struktur ein, damit sie oberflächenemittierend bleibt und, wie oben genannt, eine Phasenverschiebung enthält.
Unter Bezugnahme auf die 5 wird eine weitere Ausführungsform einer oberflächenemittierenden Halbleiterlaserstruktur 100 gezeigt. In dieser Ausführungsform sind Elektroden 112 und 114 an der Oberseite und Unterseite vorgesehen. Benachbart zur Elektrode 112 befindet sich ein n+InP-Substrat 116, gefolgt von einem n-InP-Puffer 118. Eine Öffnung 117 ist in der Elektrode 112 vorgesehen. Eine erste Begrenzungs-n-InGaAsP-Schicht 120 ist vorgesehen, über der ein aktives Gebiet 122 angeordnet ist, das aus InGaAsP- oder InGaAs-Quantenpotiential-Topf-Schichten besteht, die durch InGaAsP- oder InGaAs-Sperrschichten getrennt sind. Dann ist ein p-InGaAsP-Begrenzungsgebiet 124 mit einem p-InP-Puffergebiet 126 darüber vorgesehen. Ein Gitter 125 ist in der nächsten Schicht ausgebildet, die eine p- oder n-InGaAs- oder InGaAsP-Absorptionsschicht 128 ist. An eine weitere p-InP-Pufferschicht 130 schließt sich eine p-InGaAsP-Ätzunterbrechungsschicht 132 an. Dann ist eine p-InP-Cladding-Schicht 134 entlang einer p⁺⁺-InGaAs-Indexschicht 136 unter der Elektrode 114 vorgesehen. Wie man erkennen wird, stellt diese Ausführungsform ein Gitter zweiter (oder höherer) Ordnung dar, das durch Vorsehen einer absorbierenden Schicht und Ätzen oder auf andere Weise Entfernen desselben zur Ausbildung einer verlustgekoppelten Einrichtung ausgebildet ist. Das Gitter 125 besteht aus periodisch wiederkehrenden Verlust- oder Absorptionselementen. In Kombination mit der durchgehenden Verstärkungsschicht 122 (obwohl die Verstärkungsschicht nicht auf derselben Ebene wie die Absorptionsschicht ist) kann dieses Gitter 125 als ein Gitter betrachtet werden, das periodisch wiederkehrende Elemente 140 mit hoher Verstärkung und Elemente 138 mit niedriger Verstärkung (die keine Verstärkung oder sogar Nettoverlust sein kann) auf. Die Kombination von irgendeinem Element 140 mit hoher Verstärkung und einem Element 138 mit geringer Verstärkung bildet eine Periode 142 für genanntes Gitter 125. Eine Viertelwellenlängenphasenverschiebung wird mittels eines Phasenverschiebungszahns 141 bereitgestellt. Dieser ist äquivalent mit dem Zahn 26 der ersten Ausführungsform bei der Änderung eines Nahfeldmodenprofils des Lasers.
6 zeigt die Halbleiterlaserstruktur von 5 in Stirnansicht. Wie man bemerken kann, kann ein Strom durch die Elektroden 112 und 114 zur Halbleiterlaserstruktur 100 injiziert werden, um, wie oben beschrieben, Lasern zu bewirken. Wie in 2 liefert der Steg die seitliche Begrenzung des optischen Feldes.
Wie oben in Bezug auf das verstärkungsgekoppelte Gitter der vorliegenden Erfindung erörtert, enthalten die verlustgekoppelten Gitter der 5 und 6 auch ein Mittel zur Verbesserung des räumlichen Lochbrennens. In der verlustgekoppelten Ausführungsform wird Trägerverarmung im aktiven Gebiet durch mittels Photonen angeregter Trägererzeugung in einer absorptionsfähigen Schicht kompensiert. Dies weist wiederum eine Wirkung beim Reduzieren des räumlichen Lochbrennens auf. Aufgrund des Überlappens der Intensitätsverteilung und der Verlustmodulation ist außerdem die vorliegende Erfindung beständiger gegen externe Rückkopplung (dies gilt gleichermaßen für die verstärkungsgekoppelte Ausführung). Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß dieser Effekt für die indexgekoppelten Ausführungsformen im Stand der Technik nicht der Fall ist.
8 zeigt eine schematische Darstellung einer optischen Nahfeldintensität gegen die Strecke entlang des Laserresonators und ist allgemein auf beide der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen der 1 und 2 und 5 und 6 anwendbar. Wie gezeigt ist, ist in der Mitte der Laserresonators das Mode 2 (das divergente zweikeulige)-Feld durch Phasenverschiebung derart modifiziert worden, daß es eine Spitze 144 bildet. Somit stellt 8 die Notwendigkeit dar, daß die Öffnung 16 in der Elektrode 12 in der Mitte des Resonators das Signal, wie in 1 gezeigt, herausläßt. Der Plot von 8 kann mit demjenigen von 8a verglichen werden und es ist nun ersichtlich, daß das Gitter mit modulierter Periode sowohl zur Gleichmäßigkeit der Photonendichteverteilung als zur Abrundung der Spitze der Oberflächeemissionen beiträgt.
9 zeigt eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von oben, wo das Gittergebiet 150 endbearbeitete Endabschnitte 152, 154 für eine verbesserte Leistung enthält. Wie ersichtlich ist, kann das Gitter 150 auf einen Wafer 156 (durch unterbrochene Linie 158 gezeigt) unter Verwendung von bekannten Techniken geschrieben werden. Das so geschriebene Gitter 150 kann von einem angrenzenden Gebiet 160 umgeben sein, das das Gitter 150 abtrennt und schützt. Da die vorliegende Erfindung eine oberflächenemittierende Einrichtung ist, erwägt die vorliegende Erfindung statt des Abspaltens der Gitterendabschnitte wie in den kantenemittierenden Lasern im Stand der Technik Abspalten, in dem notwendigen Maß, in dem nichtaktiven angrenzenden Gebiet 160. Somit erfolgt kein Schneiden des Gitters 150 während des Abspaltens und können die Eigenschaften von jedem der Gitter 150 speziell gestaltet, vorab festgelegt und gemäß den Halbleiterlithographiepraktiken geschrieben werden. Somit kann jedes Gitter mit einer ganzen Anzahl von Gitterperioden hergestellt werden und kann jedes benachbarte Gitter auf dem Wafer 156 identisch mit oder anders als seine Nachbarn geschrieben werden. Die einzige Beschränkung des Gitters besteht in der Schreibfähigkeit der Halbleiterherstelltechniken. Wichtig ist, daß, anders als bei den kantenemittierenden Halbleiterlasern im Stand der Technik, sich die Gittereigenschaften nicht ändern werden, wenn die Laserstrukturen verpackt werden.
Die vorliegende Erfindung schließt ferner die Herstellung von absorbierenden Gebieten der Gitterendabschnitte 152, 154 ein. Dies wird leicht durchgeführt, indem kein Strom in die Endgebiete injiziert wird, da die aktive Schicht absorbiert, wenn nicht durch Ladungsinjektion gepumpt wird. Als solches werden diese Gebiete erzeugte optische Energie stark absorbieren und in der horizontalen Richtung emittieren, wodurch sie somit die Funktion der reflexhemmenden Beschichtungen im Stand der Technik erfüllen, ohne daß weitere Kantenbehandlung erforderlich ist. Genannte absorbierende Gebiete können, da die Schichten auf dem Wafer während der Halbleiterherstellung aufgebaut werden, leicht ausgebildet werden, ohne daß irgendwelche zusätzlichen Schritte oder Materialien erforderlich sind. Auf diese Weise wird ein im Stand der Technik erforderlicher Endbearbeitungsschritt beseitigt, was die Laserstrukturen 10 gemäß der vorliegenden Erfindung kosteneffizienter als die kantenemittierenden Laser im Stand der Technik herstellen läßt. Man wird somit anerkennen, daß die vorliegende Erfindung Abspalten (wenn notwendig oder erwünscht) durch ein angrenzendes Gebiet 160 fern vom tatsächlichen Ende des Gitters 150 vorsieht, wodurch die mit dem Abspalten des Gitters verbundenen Probleme im Stand der Technik und dadurch Einführen einer ungesteuerten Phasenverschiebung in den Resonator vollständig vermieden werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung wird nun verständlich. Die vorliegende Erfindung schließt ein Verfahren zur Herstellung ein, bei dem keine Notwendigkeit zum Abspalten der einzelnen Elemente vom Wafer besteht und es keine Notwendigkeit gibt, die Endbearbeitung oder Verpackung der Laserstruktur abzuschließen, bevor überhaupt mit dem Test der Laserstrukturen auf Funktionalität begonnen wird. Unter Bezugnahme auf 1 werden zum Beispiel die Elektroden 12, 14 in der Struktur 10 ausgebildet, wenn die Struktur hergestellt ist und unverändert in Waferform vorliegt. Jede der Strukturen 10 kann von angrenzenden Strukturen auf einem Wafer durch geeignete Strukturierung und Anordnung von Elektroden auf dem Wafer, wobei Gebiete mit hohem Widerstand in den angrenzenden Gebieten 160 zwischen Gittern, wie oben bemerkt, verbleiben, elektrisch isoliert werden. Somit können elektrische Eigenschaften von jeder der Strukturen auf einem Wafer getestet werden, bevor irgendwelche Verpackungsschritte erfolgen, indem einfach Strom in jede Gitterstruktur 150 auf dem Wafer injiziert wird. Somit können fehlerhafte Strukturen verworfen oder als Ausschuß behandelt werden, bevor irgendwelche Verpackungsschritte erfolgen (sogar vor Abspalten), was bedeutet, daß die Herstellung von Laserstrukturen gemäß der vorliegenden Erfindung viel effizienter und somit günstiger als im Stand der Technik ist, wo Verpacken sowohl komplexer ist als auch verlangt wird, bevor irgendein Test erfolgt. Somit werden Abspalt-, Verpackungs- und Endbearbeitungsschritte für nichtfunktionierende oder lediglich schlecht funktionierende Laserstrukturen, die bei der Herstellung von genannten emittierenden Lasern im Stand der Technik erforderlich sind, durch die vorliegende Erfindung beseitigt.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Detektorgebiet 200 enthält, das auf einer Seite des Gittergebietes angeordnet ist. Das Detektorgebiet 200 kann einteilig mit der Laserstruktur durch umgekehrtes Vorspannen der Schichten des Detektorgebietes 200 in der Weise, daß sie als ein Photodetektor wirken, hergestellt werden. Dieser Detektor ist mit dem oberflächenemittierenden Laser inhärent ausgerichtet und dadurch leicht integriert, indem er zur selben Zeit wie die Laserstruktur hergestellt wird, wodurch er sich sehr kosteneffizient aufnehmen läßt. Auf diese Weise kann die Signalausgabe von dem Detektor 200 gemessen und die Qualität des optischen Signals, bezüglich Leistungsstabilität, in Echtzeit überwacht werden. Diese Überwachung kann mit einer externen Rückkopplungsschleife verwendet werden, um einen Parameter, zum Beispiel den Injektionsstrom, einzustellen, der variiert werden könnte, um geringe Fluktuationen in der Ausgangsleistung zu steuern. Ein derartiges Rückkopplungssystem gestattet der vorliegenden Erfindung, sehr stabile oder stetige Ausgabesignale mit der Zeit zu liefern, um das Ausgabesignal, falls erfordert, abzustimmen oder Änderungen in der Umgebung, wie zum Beispiel Temperaturänderungen und dergleichen, die andernfalls dazu führen könnten, daß das Ausgabesignal wandert, zu kompensieren. Variationen in einem optischen Ausgabesignal können somit durch Änderungen eines Parameters, wie zum Beispiel des in den Laser injizierten Stroms, kompensiert werden. Auf diese Weise sieht die vorliegende Erfindung einen eingebauten Detektor zum Zwecke des Bildens einer stabilen Signalquelle, über einen Bereich von Bedingungen, mit einer gewünschten Ausgabewellenlänge vor.
11 zeigt eine Draufsicht einer Anordnung von Halbleiterlaserstrukturen 10 gemäß der vorliegenden Erfindung, die alle auf einem einzigen gemeinsamen Substrat 400 ausgebildet sind, von oben. In diesem Fall kann jedes Gitter 24 derart ausgeführt sein, daß es eine spezielle Ausgabe (spezielles Signal) bezüglich Wellenlänge und Ausgangsleistung erzeugt. Die vorliegende Erfindung sieht vor, daß jede der angrenzenden Signalquellen, die die Anordnung bilden, auf derselben Wellenlänge oder speziellen Signal sind, sowie daß jede davon auf einer anderen Wellenlänge oder speziellem Signal ist. Somit sieht die vorliegende Erfindung eine Struktur mit einer einzigen Anordnung vor, die simultan ein Spektrum von jeweiligen Wellenlängen, die für Breitbandkommunikation geeignet sind, von einer Vielzahl von nebeneinander angeordneten Halbleiterlaserstrukturen liefert. Jede Laserstruktur oder Signalquelle kann unabhängig moduliert werden und dann in ein DWDM-Signal gemultiplext werden. Obwohl zur leichteren Darstellung drei gezeigt sind, kann die Anordnung aufgrund der Flexibilität hinsichtlich der Ausführung von zwei bis zu vierzig oder mehr jeweilige Wellenlängensignalquellen auf einem gemeinsamen Substrat 400 enthalten. Es wird auch verständlich sein, daß, wenn jede der Laserquellen auf dieselbe Frequenz abgestimmt ist und kohärent ist, dann die Anordnung von N Lasern einen Leistungsfaktor von N² aufweisen wird.
Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, daß, während auf bevorzugte Ausführungsformen in der vorliegenden Erfindung Bezug genommen worden ist, zahlreiche Änderungen und Variationen möglich sind, ohne aus dem Schutzbereich der beigefügten breiten Ansprüche zu gelangen. Einige dieser Variationen sind oben diskutiert worden und andere werden für Fachleute auf dem Gebiet ersichtlich sein. Während bevorzugte Strukturen für die Schichten der Halbleiterlaserstruktur der Erfindung gezeigt worden sind, können zum Beispiel andere Strukturen auch verwendet werden, die akzeptable Ergebnisse liefern. Genannte Strukturen können, wie gezeigt ist, entweder verlustgekoppelt oder verstärkungsgekoppelt sein. Als wichtig wird angenommen, daß eine Phasenverschiebung in dem DFB-Gitter zweiter Ordnung und eine Einrichtung zur Verbesserung des räumlichen Lochbrennens vorgesehen sind.

Claims

Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit einer Halbleiterlaserstruktur (10), die eine aktive Schicht (22), gegenüberliegende Cladding-Schichten (20, 34) angrenzend an genannte aktive Schicht, ein Substrat und Elektroden (12, 14) aufweist, durch die Strom in die Halbleiterlaserstruktur injiziert werden kann, damit genannte Laserstruktur ein Ausgabesignal in Form von zumindest einer Oberflächenemission emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß ein verstärkungsgekoppeltes Gitter zweiter Ordnung (24) genannter aktiver Schicht (22) genannter Laserstruktur zugeordnet ist, wobei genanntes verstärkungsgekoppeltes Gitter eine Vielzahl von Gitterelementen (27, 28) aufweist, die periodisch alternierende größere und kleinere Verstärkungswerte aufweisen, wenn genannter Strom in genannte Laserstruktur injiziert wird, wobei genanntes Gitter dimensioniert und gestaltet ist, um gegenläufige geführte Moden im Resonator zu erzeugen, und Einrichtungen (26) zum Verschieben einer Phase von genannten gegenläufigen geführten Moden im Resonator vorgesehen sind, um ein Modenprofil zu ändern und die Nahfeldintensität von genanntem Ausgabesignal zu erhöhen, wobei genannte alternierende Gitterelemente (27, 28) mit einem größeren Verstärkungswert einen Brechungsindex aufweisen, der abnimmt, wenn mehr Verstärkung angewandt wird, um räumliches Lochbrennen zu bessern.
Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß genanntes verstärkungsgekoppelte Beugungsgitter (24) optisch aktiv ist und in einem Verstärkungsmedium in der aktiven Schicht (22) ausgebildet ist.
Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit einer Halbleiterlaserstruktur (100), die eine aktive Schicht (122), gegenüberliegende Cladding-Schichten (120, 126) angrenzend genannte aktive Schicht, ein Substrat und Elektroden (112, 114) aufweist, mittels derer Strom in genannte Halbleiterlaserstruktur injiziert werden kann, damit genannte Laserstruktur ein Ausgabesignal in Form von zumindest einer Oberflächenemission emittiert, dadurch gekennzeichnet, daß ein verlustgekoppeltes Gitter (125) zweiter Ordnung genannter aktiver Schicht genannter Laserstruktur zugeordnet ist, wobei genanntes verlustgekoppeltes Gitter eine Vielzahl von Gitterelementen (138, 140) aufweist, die periodisch alternierende größere und kleinere Verstärkungswerte aufweisen, wenn genannter Strom in genannte Laserstruktur injiziert wird, wobei genanntes Gitter dimensioniert und gestaltet ist, um gegenläufige geführte Moden im Resonator zu erzeugen; und Einrichtungen (141) zum Verschieben einer Phase von genannten gegenläufigen geführten Moden im Resonator vorgesehen sind, um ein Modenprofil zu ändern und eine Nahfeldintensität von genanntem Ausgabesignal zu erhöhen, wobei genannte alternierende Gitterelemente (138, 140) mit einem niedrigeren Verstärkungswert eine Eigenschaft aufweisen, daß ausreichende lichtangeregte Trägererzeugung erfolgt, wenn eine angewandte Verstärkung zunimmt, um Trägerverarmung in der aktiven Schicht zu kompensieren und räumliches Lochbrennen zu bessern.
Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß genannte Einrichtung (26, 141) zur Phasenverschiebung ein in genanntem Gitter (24, 125) ausgebildetes moduliertes Grundmaß aufweist.
Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gebrauch von genanntem Laser genanntes Gitter (24, 125) mit moduliertem Grundmaß ein allgemein Gauß-förmiges Oberflächenemissionsprofil erzeugt.
Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Gebrauch von genanntem Laser genanntes Gitter (24, 125) mit moduliertem Grundmaß eine oder mehrere sekundäre Mode(n) Oberflächenemissionen haben läßt, die sich in der Mitte von genannter Laserstruktur Null nähern.
Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gebrauch von genanntem Laser genannte Halbleiterlaserstruktur (10, 100) ein zweites Ausgabesignal in Form einer Kantenemission zusätzlich zum als eine Oberflächenemission emittierten Signal emittiert.
Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur ferner ein angrenzendes Gebiet enthält, das das Gitter in Draufsicht zumindest teilweise umgibt, wobei das angrenzende Gebiet aus einem Material mit einem Widerstand gebildet ist, der zum elektrischen Isolieren von genanntem Gitter ausreicht, wenn der Laser benutzt wird.
Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 8 direkt oder indirekt abhängig von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß genanntes angrenzendes Gebiet außerdem einteilig ausgebildete absorbierende Gebiete enthält, die an jedem Ende von genanntem verstärkungsgekoppelten Gitter angeordnet sind.
Oberflächenemittierender Halbleiterlaser nach Anspruch 8 mit einem Photodetektor (200), wobei der Laser außerdem eine Rückkopplung, die mit genanntem Photodetektor verbunden ist, um ein detektiertes Ausgabesignal mit einem gewünschten Ausgabesignal zu vergleichen, und eine Einstelleinrichtung zur Einstellung eines Eingabestroms zur Aufrechterhaltung von genanntem Ausgabesignal mit einer gewünschten Eigenschaft enthält.
Anordnung von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß genannte Anordnung zwei oder mehr von genannten Lasern (10) auf einem gemeinsamen Substrat (400) enthält.
Verfahren zur Herstellung von oberflächenemittierenden Halbleiterlasern, wobei genanntes Verfahren die Schritte umfaßt: Ausbilden einer Vielzahl von Halbleiterlaserstrukturen durch Ausbilden, in aufeinanderfolgenden Schichten auf einem gemeinsamen Wafersubstrat, von einer ersten Cladding-Schicht, einer aktiven Schicht und einer zweiten Cladding-Schicht auf genanntem Wafersubstrat; Ausbilden einer Vielzahl von genannter aktiver Schicht auf genanntem Wafersubstrat zugeordneten Gittern zweiter Ordnung mit alternierenden Gitterelementen mit größeren und kleineren Verstärkungswerten, wobei der Brechungsindex von genannten Elementen mit größerem Verstärkungswert abnimmt, wenn mehr Verstärkung angewendet wird, um räumliches Lochbrennen zu bessern; Ausbilden einer Phasenverschiebeeinrichtung in genanntem Gitter zur Änderung eines Modenprofils eines Ausgabesignals von genanntem Halbleiterlaser; Ausbilden von Elektroden auf jeder genannter Halbleiterlaserstrukturen auf genanntem Wafersubstrat zum Injizieren von Strom in jedes genannte Gitter; und Testen von jeder genannter Halbleiterlaserstrukturen durch Injizieren eines Teststroms in genannte Strukturen, während dieselben weiterhin mit genanntem gemeinsamem Wafersubstrat verbunden sind.