Hintergrund der Erfindung
1. Erfindungsgebiet
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Die Erfindung betrifft allgemein optische
Systeme, zum Beispiel faseroptische
Kommunikationssysteme, die eine oder mehrere Halbleiterlaser mit
abstimmbarer Wellenlänge enthalten.
2. Stand der Technik
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Halbleiterlaser mit abstimmbarer Wellenlänge
werden als wünschenswert bei Verwendung in einer Anzahl
unterschiedlicher Arten von optischen Systemen angesehen.
Beispielsweise enthalten faseroptische
Kommunikationssysteme mit Wellenlängenmultiplex (WDM - wavelength
division multiplexing) notwendigerweise eine Mehrzahl von
Lichtquellen, typischerweise Halbleiterlaser, die
optische Signale mit unterschiedlichen Wellenlängen abgeben.
Zusätzlich ist vorgeschlagen worden, daß die
Arbeitsplätze von über faseroptische Busse miteinander
kommunizierenden Ortsnetzen (LAN - local area networks)
Halbleiterlaser einsetzen, die Laserstrahlung mit
unterschiedlicher Wellenlänge abgeben, wobei die unterschiedlichen
Wellenlängen zur Kennzeichnung der Arbeitsplätze dienen.
Die bei diesen optischen Systemen genutzten
unterschiedlichen Wellenlängen können beispielsweise unter
Verwendung von Halbleiterlasern mit Aktivschichten mit
unterschiedlichen Materialzusammensetzungen erreicht werden.
Die Herstellung solcher Laser führt jedoch unerwünschte
Kompliziertheit in den Herstellungsvorgang ein.
Demgegenüber wird eine solche Kompliziertheit durch Verwendung
von Halbleiterlasern vermieden, die in der
Zusammensetzung identisch sind, aber deren Wellenlänge abstimmbar
ist, woraus sich der Wunsch nach abstimmbaren Lasern
ergibt.
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Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung (DFB
- distributed feedback) und mit verteiltem
Bragg-Reflektor (DBR - distributed Bragg reflector) sind in der
Wellenlänge abstimmbar und daher bei den oben beschriebenen
optischen Systemen nützlich. Der maximale berichtete
Abstimmbereich von beispielsweise DBR-Halbleiterlasern
beträgt jedoch nur 116 Ångström. (Siehe Bjorn Brobert et
al., "Widely Tunable Bragg Reflector Integrated Lasers in
InGaAsP-InP" [Weit abstimmbare integrierte Laser mit
Bragg-Reflektor in InGaAsP-InP], Applied Physics Letters,
52(16), 18. April 1988, Seiten 1285-1287.) Die Anzahl von
Signalen mit unterschiedlicher Wellenlänge, die in einem
WDM-Optiksystem eingesetzt werden können, sowie die
Anzahl von Arbeitsplätzen in einem Signale mit
unterschiedlichen Wellenlängen abgebenden LAN ist
infolgedessen begrenzt. Man hat daher nach abstimmbaren
Halbleiterlasern mit größeren Abstimmbereichen als 116
Ångström gesucht.
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Ein neuer Halbleiterlaser, von dem man hoffte,
daß er in seiner Wellenlänge abstimmbar sein würde,
enthält eine Aktivschicht, die aus einem sogenannten
Dotier-Supergitter besteht, das auch als n-i-p-i-Kristall
bezeichnet wird. Das heißt, die Aktivschicht ist
kristallförmig in ihrer Beschaffenheit und weist eine
Zusammensetzung auf, die typischerweise
Halbleitermaterial mit einer A&sub3;B&sub5;-Verbindung enthält,
beispielsweise GaAs. Zusätzlich enthält die Aktivschicht
periodisch beabstandete Lagen (Schichten) von n- und p-
Dotiermittel mit Deltafunktions-ähnlichen Dotierprofilen
(in der Richtung der Wachstumsachse der Aktivschicht),
die durch Eigenhalbleitermaterial voneinander getrennt
sind. Die Gegenwart der Dotiermittellagen erzeugt eine
sägezahnförmige Modulation des mit dem
Eigenhalbleitermaterial verbundenen Energiebänderdiagramms. (Hinsichtlich
der Dotier-Supergitter sehe man beispielsweise G.H.
Dohler, "Doping Superlattices ("n-i-p-i Crystals")"
[Dotier-Supergitter ("n-i-p-i-Kristalle")], IEEE Journal
of Quantum Electronics, Band QE-22, Nr. 9, September
1986, Seiten 1682-1694.)
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Bedeutenderweise weisen Halbleiterlaser mit
Dotier-Supergitter-Aktivschichten abstimmbare spontane
Emission auf. Das heißt, wenn ein solcher Laser
(gleichförmig) optisch oder elektrisch gepumpt wird auf Niveaus,
die unter den zum Erreichen einer stimulierten Emission
benötigten liegen, glaubt man, daß die im
Eigenhalbleitermaterial der Aktivschicht erzeugten resultierenden
Elektronen-Loch-Paare zum Sichten (Kompensieren) der
Dotiermittel in den Dotiermittellagen dienen und als
Ergebnis den Grad der durch die Dotiermittellagen
erzeugten Bänderdiagramm-Modulation reduzieren. Darüberhinaus
gilt, daß je größer die Intensität der Pumpanregung,
desto größer die Sichtungswirkung. Infolgedessen wird
durch Veränderung der Intensität der Pumpanregung leicht
die Wellenlänge der spontanen Emission geändert. Auf
diesem Gebiet arbeitende Techniker haben jedoch
angegeben, daß bei den zum Erreichen einer stimulierten
Emission benö-tigten Schwellwerten die Dichte von
Elektronen-Loch-Paaren so hoch wird, daß die von den
Dotiermittellagen erzeugte Bänderdiagramm-Modulation
vollständig eliminiert wird, d.h. die Valenz- und
Leitungsbänder vollständig flach sind. Es ist daraus geschlossen
worden, daß die Wellenlänge der stimulierten Emission
nicht abstimmbar ist. (Siehe E.F. Schubert et al., "GaAs
Sawtooth Super-lattice Laser Emitting at Wavelengths λ >
0.9 um" [GaAs-Sägezahn-Supergitter-Laser mit Emission bei
Wellenlängen λ > 0,9 um), Applied Physics Letters,
47(3), 1. August 1985, Seiten 219-221; und B.A. Vojak et
al., "Photopumped Laser Operation of GaAs Doping
Superlattices" [Lichtge-pumpter Laserbetrieb von GaAs-
Dotier-Supergittern], Applied Physics Letters, Band 48,
Nr. 3, 20. Januar 1986, Seiten 251-253.)
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Diejenigen, die sich mit der Entwicklung von
optischen Systemen mit in der Wellenlänge abstimmbaren
Halbleiterlasern beschäftigen, haben daher bislang
erfolglos nach abstimmbaren Halbleiterlasern mit einem
größeren Wellenlängenabstimmbereich als 116 Ångström
(11,6 nm) gesucht.
Darstellung der Erfindung
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Im Anspruch 1 ist ein erfindungsgemäßes optisches
System dargelegt.
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Zu der Erfindung gehört der Befund, daß
Halbleiterlaser, die Dotier-Supergitter-Aktivschichten
enthalten, leicht durch nichtgleichförmiges optisches und/oder
elektrisches Pumpen dieser Laser abstimmbar sind. Das
heißt, während des Pumpens sollte mindestens ein Gebiet
der Aktivschicht eines solchen Lasers mit einem
Volumenanteil von mindestens zehn Prozent, aber nicht mehr als
neunzig Prozent dessen der Aktivschicht auf ein
durchschnittliches Anregungsniveau gepumpt werden, das unter
dem zum Erreichen einer stimulierten Emission im Gebiet
benötigten liegt. (In diese Kategorie fällt ein Gebiet,
das überhaupt nicht gepumpt wird.) Im Gegensatz dazu
sollte ein anderes Gebiet der Aktivschicht, ebenfalls mit
einem Volumenanteil von mindestens zehn Prozent dessen
der Aktivschicht, auf ein durchschnittliches
Anregungsniveau gepumpt werden, das mindestens zehn Prozent höher
als das obige Anregungsniveau liegt und hoch genug ist,
um zur Erzeugung von Laserstrahlung ausreichende
stimulierte Emission zu erreichen. (Verschiedene Kombinationen
von Gebieten, die relativ hohen und relativ niedrigen
durch-schnittlichen Anregungsniveaus ausgesetzt sind,
d.h. miteinander verzahnte derartige Gebiete sind
ebenfalls nützlich.) Bedeutenderweise läßt sich die
Wellenlänge des abgegebenen Laserlichts leicht durch Verändern
des Volumens des (der) relativ niedrigen
durchschnittlichen Anregungsniveaus ausgesetzten Gebiets (bzw.
Gebiete) (wobei das Gesamtvolumen des Gebiets bzw. der
Gebiete durch die oben angegebenen Volumenanteilgrenzen
beschränkt ist) und/oder durch Verändern dieser relativ
niedrigen durchschnittlichen Anregüngsniveaus und durch
entsprechendes Verändern der an die anderen Gebiete
angelegten Pumpintensitäten verändern.
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Die Erklärung ist, daß je größer das Volumen des
Gebiets (bzw. der Gebiete), das (die) einem relativ
niedrigen Anregungsniveau ausgesetzt ist (bzw. sind),
und/oder je niedriger die Höhe des relativ niedrigen
Anregungsniveaus, desto höher die Pumpintensität, die zum
Erreichen einer Laserabstrahlung an das andere Gebiet
(bzw. die anderen Gebiete) angelegt werden muß, und
umgekehrt. Anders gesagt, je größer das Volumen des
vorigen Gebiets (bzw. der vorigen Gebiete) und/oder je
niedriger die Höhe des relativ niedrigen
Anregungsniveaus, desto höher die Schwellenanzahldichte von
Elektronen-Loch-Paaren, die zum Erreichen einer
Laserabstrahlung
in dem letzteren Gebiet (bzw. den letzteren
Gebieten) gebildet werden müssen oder darin eingekoppelt
werden müssen. Diese Elektronen-Loch-Paare dienen jedoch
zum Sichten der Dotiermittel in den Dotierlagen und
reduzieren damit den Grad der durch die Dotierlagen
erzeugten Bänderdiagramm-Modulation. Es hat sich jedoch
herausgestellt, daß die von der Schwellenanzahldichte von
Elektronen-Loch-Paaren nach der vorliegenden Erfindung
erzeugte Sichtungshöhe im allgemeinen keine vollständige
Abflachung der Valenz- und Leitungsbänder bewirkt.
Abstimmbarkeit ist infolgedessen leicht erreichbar.
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Bedeutenderweise hat sich im Fall eines
Halbleiterlasers mit einer Dotier-Supergitter-Aktivschicht, bei
dem das Eigenhalbleitermaterial GaAs ist und die n- und
p-Dotiermittel in den Dotiermittellagen Silizium bzw.
Beryllium sind, herausgestellt, daß nichtgleichförmiges
Pumpen Abstimmbarkeit über einen größeren
Wellenlängenbereich als 116 Ångström und sogar mehr als 200 Ångström
und sogar so groß wie 250 Ångström erlaubt.
Kurze Beschreibung der Zeichnung(en)
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf
beiliegende Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen
zeigt/zeigen:
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Figuren 1 und 2 schematisch ein optisches WDM-
System bzw. ein LAN nach der vorliegenden Erfindung;
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Figur 3 eine perspektivische Zeichnung eines
Halbleiterlasers mit einer
Dotier-Supergitter-Aktivschicht nach der vorliegenden Erfindung und Skizzen des
(idealisierten) Dotierprofils entlang der Wachstumsachse
Z der Aktivschicht und das entsprechende Bänderdiagramm;
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Figur 4 ein Verfahren zum Erreichen eines
nichtgleichförmigen optischen Pumpens des in der Figur 3
gezeigten Halbleiterlasers;
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Figur 5 ein Verfahren zum Erreichen eines
nichtgleichförmigen elektrischen Pumpens des in der Figur 3
dargestellten Halbleiterlasers.
Detaillierte Beschreibung
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Die Erfindung umfaßt optische Systeme, z. B.
faseroptische Kommunikationssysteme, die jeweils
mindestens
eine bestimmte Art eines unten beschriebenen, in
der Wellenlänge abstimmbaren Halbleiterlasers und
mindestens einen der optischen Kommunikation mit dem Laser
fähigen Photodetektor enthält. Zusätzlich umfaßt die
Erfindung ein Verfahren zum Übermitteln von Informationen
über das erfindungsgemäße optische System, wobei dieses
Verfahren ein Verfahren zum Abstimmen des Lasers enthält.
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Bezugnehmend auf Figur 1 ist ein optisches
Kommunikationssystem nach der vorliegenden Erfindung ein WDM-
System 10 mit zwei oder mehr räumlich beabstandeten
(unten beschriebenen) in der Wellenlänge abstimmbaren
Halbleiterlasern 20, die im Betrieb Laserstrahlung mit
Wellenlängen λ&sub1; bzw. λ&sub2; abgeben. Das System 10 enthält
auch zwei oder mehr Glasfasern 30 und einen Multiplexer
40, wobei die Fasern 30 zur Ubermittlung der von den
Lasern 20 abgegebenen Laserstrahlen zum Multiplexer 40
dienen, der die Laserstrahlen räumlich kombiniert. Das
System 10 enthält weiterhin eine Glasfaser 50, die die
räumlich kombinierten Laserstrahlen zu einem
Demultiplexer 60 übermittelt, der die beiden
Laserstrahlen räumlich trennt. Glasfasern 70 dienen zur
Übermittlung der räumlich getrennten Laserstrahlen zu
Photodetektoren 80.
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Bezugnehmend auf Figur 2 ist ein zweites
optisches Kommunikationssystem nach der vorliegenden
Erfindung ein LAN 100 mit zwei oder mehr Arbeitsplätzen 110
und 140, z.B. zwei oder mehr Computern oder Computer
Terminals, die miteinander über einen Glasfaserbus 150
verkehren. Jeder Arbeitsplatz enthält einen in der
Wellenlänge abstimmbaren Halbleiterlaser 20, der im
Betrieb Laserstrahlung mit einer eindeutigen, den
Arbeitsplatz kennzeichnenden Wellenlänge, z.B. λ&sub1; oder
λ&sub2; abgibt. Jeder Arbeitsplatz enthält auch einen
Optikkoppler 120, der zum Einkoppeln mindestens eines Teils
der vom entsprechenden Laser abgegebenen Laserstrahlung
in den Glasfaserbus 150 dient. Jeder Arbeitsplatz
enthält weiterhin einen zweiten Optikkoppler 130 und einen
Photodetektor 80, wobei der Koppler 130 sowohl zum
Auskoppeln der Laserstrahlung aus dem Glasfaserbus und zum
Übermitteln derselben zum Detektor 80 dient.
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Bezugnehmend auf Figur 3 enthält der in den
erfindungsgemäßen optischen Systemen eingesetzte, in der
Wellenlänge abstimmbare Halbleiterlaser 20 eine Dotier-
Supergitter-Aktivschicht 180, die vorzugsweise zwischen
die Schichten 170 und 190 mit niedrigerer Brechzahl
zwischengeschichtet ist, die alle auf einem Substrat 160,
z.B. einem halbisolierenden Substrat 160 gezüchtet
wurden. (Auf Grund ihrer relativ hohen Brechzahl im
Vergleich zu der der Schichten 170 und 190 ist das Licht
auf die Aktivschicht 180 begrenzt und wird von ihr
geführt.) Die den Laser bildenden Schichten werden leicht
unter Verwendung gebräuchlicher Verfahren wie
beispielsweise Molekularstrahlepitaxie- (MBE - molecular beam
epitaxy) oder metallorganische chemische
Aufdampfungs(MOCVD - metal organic chemical vapor deposition)
Verfahren auf dem Substrat 160 epitaxial gezüchtet. Nach ihrem
Wachstum werden die Schichten gespaltet, um die
spiegelgleichen Endflächen 200 und 210 zu bilden, die von
wesentlicher Bedeutung für die richtige Funktionsweise
des Lasers sind.
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Das Eigenhalbleitermaterial der Aktivschicht 180
weist eine Zusammensetzung auf, die Halbleitermaterial
mit einer A&sub3;B&sub5;-Verbindung enthält. Um epitaxiales
Wachstum zu erreichen, enthalten die Zusammensetzungen der
Schichten 170 und 190 und auch die des Substrats 160
derartiges Material. Wenn beispielsweise die
Zusammensetzung der Schicht 180 GaAs enthält, dann enthalten, um
epitaxiales Wachstum und eine verringerte Brechzahl zu
erreichen, die Zusammensetzungen der Schichten 170 und
190 beispielsweise AlxGa1-xAs (0,1 ≤ x ≤ 1,0) und die des
Substrats 160 enthält GaAs. Andererseits enthalten, wenn
die Zusam-mensetzung der Schicht 180 InP enthält,
diejenigen der Schichten 170 und 190 beispielsweise
GayIn1-yAs (wobei y beispielsweise 0,47 beträgt) und die des
Substrats 160 enthält InP.
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Die Stärke der Dotier-Supergitter-Aktivschicht
180 reicht von ca. 20 Nanometern (nm) bis ca. 500 nm.
Geringere Stärken als ca. 20 nm sind unerwünscht, da
diese Stärken es schwierig machen, mindestens eine Lage
von n-Dotiermittel und mindestens eine Lage von
p-Dotiermittel in die Aktivschicht einzubauen, was für die
richtige Funktionsweise des Lasers 20 von wesentlicher
Bedeutung ist (wie noch ausführlicher unten besprochen
wird). Größere Stärken als ca. 500 nm, obwohl nicht
ausgeschlossen, sind unerwünscht, da diese Stärken
relativ niedrige Photonendichten in der Aktivschicht
ergeben und daher es notwendig machen, relativ hohe
Pumpintensitäten zu benutzen, um Laserstrahlung zu
erreichen.
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Wenn beispielsweise das Eigenhalbleitermaterial
der Dotier-Supergitter-Aktivschicht 180 GaAs enthält,
dann gehören zu n-Dotiermitteln, die in den
n-Dotiermittellagen nützlich sind, Si, Sn und Te. Zu den in den p-
Dotiermittellagen nützlichen p-Dotiermitteln gehören Be,
Zn, Cd und C.
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Die Dotiermittellagen der Aktivschicht 180 werden
selbstverständlich während des Wachstumsvorgangs in die
Aktivschicht eingebaut. Das sich ergebende Dotierprofil
in der Aktivschicht entlang der Wachstumsachse Z der
Aktivschicht ist in Figur 3 auf idealisierte Weise
dargestellt, wobei ND und NA die numerische Dichte von
Donatorionen bzw. Akzeptorionen bezeichnen. Die durch die
Gegenwart der Dotiermittellagen erzeugte entsprechende
Bänderdiagramm-Modulation ist ebenfalls in der Figur
dargestellt.
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Wie aus der Figur 3 ersichtlich ist, erzeugt die
Gegenwart der Dotiermittellagen eine sägezahnförmige
Modulation des Bänderdiagramms, und es ist diese
Modulation, die die Abstimmbarkeit möglich macht. Das heißt,
während des unten beschriebenen nichtgleichförmigen
Pumpens werden die resultierenden Elektronen, die in der
Aktivschicht gebildet werden oder in diese eingekoppelt
werden, in den durch die Täler im (modulierten)
Leitungsband gebildeten Quantenmulden eingefangen. Zusätzlich
werden die Löcher, die in der Aktivschicht gebildet oder
in diese eingekoppelt werden, in den von den Spitzen im
(modulierten) Valenzband gebildeten Quantenmulden
eingefangen.
Bedeutsamerweise ist der Energieabstand zwischen
den von diesen Elektronen und Löchern belegten
Energieniveaus geringer als der Bandabstand. Infolgedessen ist,
wenn diese Elektronen und Löcher stimulierte
Rekombination erfahren, die Wellenlänge der sich ergebenden
stimulierten Emission länger als die mit dem Bandabstand
verbundene. Durch Verringern des Grades an
Bänderdiagramm-Modulation (was durch Erhöhen der numerischen
Dichte von in der Aktivschicht gebildeten oder in diese
eingekoppelten Elektronen-Loch-Paaren erreicht wird) wird
die Wellenlänge der stimulierten Emission ebenfalls
verringert.
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Um mindestens ein "Tal" im Leitungsband und
mindestens eine "Spitze" im Valenzband zu erreichen,
sollte die Aktivschicht 180 mindestens eine
n-Dotiermittellage und mindestens eine p-Dotiermittellage enthalten.
Andererseits enthält die Aktivschicht 180 vorzugsweise
nicht mehr als zwanzig Paare von n- und
p-Dotiermittellagen, da eine größere Anzahl solcher Paare unerwünscht
kleine "Täler" und "Spitzen" in den Leitungs- und
Valenzbändern erzeugt.
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Nach der Figur 3 sind die Dotiermittellagen als
mit unendlich geringen Stärken als Idealzustand
dargestellt. In Wirklichkeit weisen die Lagen endliche Stärken
auf und die Dotierprofile sind typischerweise Gaußscher
Form. In dieser Hinsicht betragen die Halbwertsbreiten
dieser Gaußschen Verteilungen typischerweise 1-2 nm.
Darüberhinaus wird der mittlere Abstand d zwischen
Dotiermittelionen in einer Dotiermittellage annähernd
durch
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d=1/ [N2d],
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gegeben, wobei N2d die Anzahl von Dotiermittelionen pro
Bereichseinheit in den mittleren Ebenen der Gaußschen
Verteilungen bedeutet. Bedeutsamerweise hat sich
herausgestellt, daß N2d gleich oder größer als 10¹² cm&supmin;² sein
sollte. Werte von N2d von weniger als ca. 10¹² cm&supmin;² sind
unerwünscht, da sie eine unerwünscht geringe Modulation
der Valenz- und Leitungsbänder ergeben. Infolgedessen ist
d notwendigerweise gleich oder weniger als ca. 10 nm.
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Um die in der Figur 3 dargestellte
sägezahnförmige Modulation des Bänderdiagramms zu erreichen, sollte
der Abstand ds zwischen den mittleren Ebenen benachbarter
Dotiermittellagen größer als d und damit beispielsweise
größer als ca. 10 nm sein. Werte von ds von weniger als
ca. 10 nm sind weniger wünschenswert, da sie relativ
schwache, sich gleichmäßig ändernde sinusförmige
Modulationen des Bänderdiagramms ergeben, die im allgemeinen
eine Abstimmbarkeit ausschließen.
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Der periodische Abstand zwischen den
n-Dotiermittellagen und zwischen den p-Dotiermittellagen reicht von
ca. 20 nm bis ca. 100 nm. periodische Abstände von
weniger als ca. 20 nm bedeuten, daß der Abstand ds
zwischen benachbarten n- und p-Dotiermittellagen weniger
als ca. 10 nm beträgt, was aus den obigen Gründen
unerwünscht ist. Periodische Abstände von größer als ca. 100
nm sind unerwünscht, da die Entfernung zwischen
benachbarten Quantenmulden (den "Tälern" und "Spitzen") für
Elektronen und Löcher unerwünscht groß ist, woraus sich
ein unerwünscht niedriger Rekombinationswirkungsgrad
ergibt.
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Wie oben besprochen hat sich herausgestellt, daß
der Halbleiterlaser 20 leicht durch nichtgleichförmiges,
optisches und/oder elektrisches Pumpen des Lasers
abstimmbar ist. Um das erfindungsgemäße
nichtgleichförmige Pumpen zu erreichen, sollte mindestens ein Gebiet der
Aktivschicht 180 des Lasers 20, das ein Volumen aufweist,
das mindestens zehn Prozent dessen der Aktivschicht
beträgt, auf ein Durchschnitts-Anregungsniveau (über das
Volumen des Gebiets gemittelt) gepumpt werden, was
unterhalb dessen liegt, was zum Erreichen einer
stimulierten Emission in diesem Gebiet benötigt wird. (In
diese Kategorie fällt ein Gebiet, das überhaupt nicht
gepumpt wird). Das Volumen dieses Gebiets sollte nicht
mehr als ca. neunzig Prozent dessen der Aktivschicht
betragen, da sonst die an den Rest der Aktivschicht
anzulegende Pumpanregung sinnlos groß wird.
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Nichtgleichförmiges Pumpen bedeutet auch, daß
mindestens ein anderes Gebiet der Aktivschicht 180, das
ebenfalls ein Volumen aufweist, das mindestens zehn
Prozent dessen der Aktivschicht beträgt, auf ein
Durchschnitts-Anregungsniveau gepumpt werden sollte, das
mindestens zehn Prozent höher ist als das obige
Anregungsniveau und hoch genug ist, um für Laserstrahlung
ausreichende stimu-lierte Emission zu erreichen.
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Es ist zu bemerken, daß zu dem erfindungsgemäßen
nichtgleichförmigen Pumpen auch gehört, drei oder mehr
Gebiete der Aktivschicht mehreren Kombinationen von
Durchschnitts-Anregungsniveaus auszusetzen, z.B. relativ
niedrigen, gefolgt von relativ hohen, gefolgt von relativ
niedrigen Anregungsniveaus oder relativ hohen, gefolgt
von relativ niedrigen, gefolgt von relativ hohen
Anregungsniveaus. Die einzige Beschränkung dieser
verschiedenen Kombinationen ist, daß das Gesamtvolumen der einem
relativ niedrigen Anregungsniveau ausgesetzten Gebiete
innerhalb der oben angegebenen Grenzen fällt, und daß das
Gesamtvolumen der einem relativ hohen Anregungsniveau
ausgesetzten Gebiete der oben gegebenen Bedingung
entspricht.
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Das oben beschriebene nichtgleichförmige Pumpen
wird leicht dadurch erreicht, indem beispielsweise der
Laser 20 mit einem Lichtstrahl mit einer Gaußschen
Intensitätsverteilung gepumpt wird und die Strahlmitte
von der Lasermitte wie in Figur 4 dargestellt versetzt
wird. Als Folge dessen werden zwei Gebiete definiert, von
denen eines einem relativ niedrigen
Durchschnitts-Anregungsniveau ausgesetzt ist und von denen das andere einem
relativ hohen Durchschnitts-Anregungsniveau ausgesetzt
ist. Als Alternative wird nichtgleichförmiges Pumpen
beispielsweise dadurch erreicht, daß das Substrat 160
(siehe Figur 5) so ausgebildet ist, daß es eine n&spplus;-
Leitfähigkeit aufweist, die Schicht 170 mit einer n-
Leitfähigkeit ausgebildet ist, die Schicht 190 mit einer
p-Leitfähigkeit ausgebildet ist und eine Zusatzschicht
220 (aus A&sub3;B&sub5;-Verbindungs-Halbleitermaterial) mit p-
Leitfähigkeit auf der Schicht 190 gezüchtet wird. Dann
wird durch Bilden von zwei (oder mehr) elektrischen
Kontakten 230 und 240 auf der Oberfläche der Schicht 220
sowie eines elektrischen Kontakts 250 auf der unteren
Oberfläche des Substrats 160 eine relativ niedrige
Strommenge leicht durch beispielsweise den Kontakt 230
fließen gelassen und eine relativ große Strommenge durch
den Kontakt 240 fließen gelassen, um das gewünschte
nichtgleichförmige Pumpen zu erreichen.
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Wie oben bemerkt ist der Halbleiterlaser 20
leicht durch Einstellen des Volumens des Gebiets (oder
der Gebiete) der Aktivschicht, das einem relativ
niedrigen Anregungsniveau ausgesetzt ist, und/oder durch
Einstellen der Höhe des relativ niedrigen
Anregungsniveaus abstimmbar. Dies wird leicht dadurch erreicht,
indem beispielsweise die Mitte des in der Figur 4
dargestellten Gaußschen Pumpstrahls relativ zur Lasermitte
verschoben wird, bis die gewünschte Emissionswellenlänge
erhalten wird. Als Alternative wird Abstimmung durch
Einstellen der Größen der die zwei oder mehr Elektroden
230 und 240 durchfließenden Ströme nach der Figur 5
erreicht.
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Bedeutsamerweise hat sich herausgestellt, daß
wenn das Eigenhalbleitermaterial in der Aktivschicht 180
GaAs enthält, wenn die n- und p-Dotiermittel in den
Dotierlagen Si bzw. Be sind, wenn die Aktivschicht fünf
Paare von n- und p-Dotiermittellagen mit einem
periodischen Abstand (zwischen n-Dotiermittellagen und
p-Dotiermittellagen) von 38 nm enthält, der Laser 20 über einen
so großen Wellenlängenbereich wie 200 Ångström und sogar
bis zu 250 Ångström abstimmbar ist.