DE69109553T2

DE69109553T2 - Wellenlängenselektive optische Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Verstärkung oder Ausstrahlung von Licht unter Verwendung derselben.

Info

Publication number: DE69109553T2
Application number: DE69109553T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Okuda; Takeo Ono
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-07-11
Filing date: 1991-07-10
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2011-07-11
Also published as: EP0466144A3; EP0466144B1; EP0466144A2; DE69109553D1; US5334854A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Halbleitervorrichtung mit Wellenlängenselektivität für die Verwendung als optischer Verstärker oder als Laserlichtquelle sowie auf ein Verfahren zum Verstärken oder Abstrahlen des Lichtes mit dieser Vorrichtung.

Verwandter Stand der Technik

In der letzten Zeit wurde die optische Datenübertragung wegen ihrer großen Kapazität und der Fähigkeit zu einer schnellen Datenverbindung ausgiebig studiert und entwickelt.
Um mit den Lichteigenschaften eine größere Kapazität und eine höhere Geschwindigkeit zu erhalten, besteht die Technologie darin, auf die optische Übertragung im Wellenlängenmultiplex überzugehen. Daher sind eine Laserlichtquelle für das Abstrahlen von Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen und ein Filter für das Wählen seiner Wellenlänge erforderlich, wobei dann, wenn die Lichtquelle ein gewöhnlicher Halbleiterlaser ist, die Änderungsbreite der Wellenlänge zu ungefähr 10 nm wird, und dann1 wenn in diesem Bereich die Wellenlängen im Nultiplex übertragen werden, die Erfordernis nach einer Einzelmodus-Laserlichtquelle mit einer spektralen Wellenlängenbandbreite von 0,1 nm und nach einem Filter für das Selektieren der Wellenlänge mit einer Auflösung von 0,2 bis 0,3 nm besteht. Von diesem Gesichtspunkt her gesehen wurden als die größte Möglichkeit bei der gegenwärtigen Anwendung eine Laserlichtquelle in der Ausführung mit verteilter Rückführung (DFB) oder verteilter Bragg-Reflexion (DBR) sowie ein Wellenleiterfilter vorgeschlagen, das mit einem Abschnitt zur verteilten Reflexion gebildet ist.
Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für ein herkömmliches Wellenleiterfilter darstellt, wie es von Numai u.a. in der Abhandlung C-161 "Variable wavelangth filter using the phase shift control type DFB-LD" des internationalen Herbsttreffens der Gesellschaft für elektronische Informationsübertragung 1988 vorgeschlagen wurde.
Ein Filter nach Fig. 1 ist mit einem Beugungsgitter 82 an einer Wellenleiterschicht 81 und mit drei aufgeteilten Elektroden 83, 83' und 84 versehen, die entlang einer Wellenleiterrichtung ausgebildet sind, von denen die Elektroden 83 und 83' an den beiden Enden jeweils mit den Dichten von Trägern veränderte Verstärkungen und unterschiedliche Brechungsindizes haben, wobei durch das Beugungsgietter die Wellenlänge der verteilten Reflexion geändert wird. Die mittige Elektrode 84 steuert gleichfalls durch die Änderung der Trägerdichte den Brechungsindex, so daß die Phase des durch den Wellenleiter hindurchtretenden Lichtes geändert werden kann, um eine Wellenlänge in einem breiteren Bereich wählen zu können.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Filter besteht jedoch ein Nachteil darin, daß infolge des Temperaturanstiegs, der durch den über eine Wellenleiterschicht fließender Strom verursacht ist, die Änderung des Brechungsindex verringert sein kann. Da ferner gemäß der Darstellung in Fig. 1 ein aktiver Bereich und ein Phaseneinstellbereich gesondert voneinander vorgesehen sind, kann ein Problem insofern entstehen, daß infolge einer Reflexion an einer Stirnfläche, an der die aktive Schicht entfernt ist, die Kopplung zwischen den jeweiligen Bereichen sowie das Entstehen eines zusammengesetzten Resonators wegfällt. Infolge dessen könnten zum Überwinden dieser Probleme die Mängel nicht vermieden werden, so daß die Auslegung der Vorrichtung kompliziert werden würde, und die Vorrichtung würde mit einer schlechten Ausbeute hergestellt werden.
Eine optische Halbleitervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist in der EP-A-0 404 551 offenbart.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Probleme bei dem Stand der Technik zu lösen und eine optische Halbleitervorrichtung, die einen veränderbaren Breitenbereich der Wellenlängenselektion hat und die leicht zu entwerfen ist, sowie ein Verfahren zum Verstärken und Abstrahlen von Licht unter Anwendung der Vorrichtung zu schaffen.
Eine erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung ist in dem Patentanspruch 1 angegeben.
Ferner ist in dem Patentanspruch 21 ein Verfahren zum Verstärken von Licht mit einer gewählten Wellenlänge unter Verwendung einer derartigen optischen Halbleitervorrichtung angegeben.
Weiterhin ist in dem Patentanspruch 22 ein Verfahren zum Emittieren eines Laserstrahls mit einer gewählten Wellenlänge aus der erfindungsgemäßen optischen Halbleitervorrichtung angegeben
Der Patentanspruch 13 betrifft ein optisches Übertragungs-System mit der optischen Halbleitervorrichtung nach An-Spruch 1.

KURZBESCEREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein herkömmliches Filter mit veränderbarer Wellenlänge zeigt.
Fig. 2A und 2B sind Diagramme, die jeweils ein Energieband in der Nähe eines Lichtwellenleiters für eine erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung und die Verteilung des elektrischen Feldes im Lichtwellenleiter darstellen.
Fig. 3A und 3B sind eine schematische perspektivische Ansicht einer optischen Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Beispiel für die Erfindung und deren Energiebanddiagramm.
Fig. 4A und 4B sind ein Diagramm, das die Emissionslichtspektren bei dem ersten Beispiel zeigt, sowie deren teilweise vergrößerte Darstellung.
Fig. 5A und 5B sind eine schematische perspektivische Ansicht einer optischen Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel für die Erfindung sowie deren Energiebanddiagramm.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Emissionslichtspektren bei dem zweiten Beispiel zeigt.
Fig 7A und 7B sind eine schematische perspektivische Ansicht einer optischen Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Beispiel für die Erfindung sowie deren Energiebanddiagramm.
Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Verstärkungsspektren bei dem dritten Beispiel zeigt.
Fig. 9 ist eine Blockdarstellung eines Beispiels für ein optisches Übertragungssystem mit einem erfindungsgemäßen Lichtverstärker.
Fig. 10 ist eine Blockdarstellung eines Beispiels eines optischen Zweiwege-Übertragungssystems mit einem erfindungsgemäßen Lichtverstärker.
Fig. 11 ist eine Blockdarstellung eines Beispiels eines optischen Bus-Ubertragungsnetzes mit einem erfindungsgemäßen Lichtverstärker.
Fig. 12 ist eine Blockdarstellung, die ein Gestaltungsbeispiel für einen Sendeempfänger in dem in Fig. 11 dargestellten Netz zeigt.
Fig. 13 ist eine Blockdarstellung eines Beispiels für das optische Bus-Übertragungsnetz, in welchem der aktive optische Knotenpunkt verwendet ist, in dem der erfindungsgemäße Lichtverstärker enthalten ist.
Fig. 14 ist eine Blockdarstellung, die ein Gestaltungsbeispiel für den in Fig. 13 dargestellten aktiven optischen Knotenpunkt zeigt.
Fig. 15 ist eine Blockdarstellung eines Beispiels eines optischen Stern-Übertragungsnetzes mit dem erfindungsgemäßen Lichtverstärker.
Fig. 16 ist eine Blockdarstellung eines Beispiels eines optischen Schleifen-Übertragungsnetzes mit dem erfindungsgemäßen Lichtverstärker.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Fig. 2A ist eine Darstellung des Energiebandes in der Nähe eines Lichtwellenleiters einer erfindungsgemäßen optischen Halbleitervorrichtung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat eine Hetero-Struktur eines bipolaren Transistors aus einer Emitterzone 11, einer Basiszone 12 und einer Kollektorzone 13. Die Fig. 2A zeigt die Energiebänder bei dem Anlegen eines elektrischen Feldes zur Durchlaßvorspannung zwischen dem Emitter und der Basis und bei dem Anlegen eines elektrischen Feldes zur Gegenvorspannung zwischen die Basis und dem Kollektor. Ferner zeigt die Fig. 2B ein Diagramm der Verteilung der elektrischen Feldstärke für das Wellenleiterlicht in der erfindungsgemäßen optischen Halbleitervorrichtung.
In Fig. 2A ist mit 14 eine in einer Basiszone ausgebildete aktive Schicht mit einem engen Bandabstand bezeichnet und mit 15 ist eine in der Nähe der aktiven Zone 14 angebrachte Mehrfachquantenquellenschicht bezeichnet, in der in der Nähe der Basiszone 12 eine Halbleiterzone mit einem ausreichend größeren Bandabstand als die Basiszone 12 angeordnet ist, so daß in der Basiszone 12 gespeicherten Trägerteilchen nicht in die Kollektorzone 13 fließen. Wenn als Material für das Bilden einer jeweiligen Zone ein Halbleiter wie GaAs oder AlGaAs verwendet wird, wird das Wellenleiterlicht hauptsächlich in der Basiszone 12 eingeschlossen, da der Brechungsindex der Basiszone 12 hoch wird, die einen engen Energieabstand oder ein verhältnismäßig kleines Mischkristallverhältnis von Al hat. Daher ist die Verteilung des elektrischen Feldes für das Licht die in Fig. 2B dargestellte, wobei ein Teil des Wellenleiterlichtes sich sowohl durch die aktive Schicht 14 als auch durch die Mehrfachquantenquellenschicht 15 hindurch fortpflanzt.
Sobald hierbei zwischen die aus einem n-Halbleiter bestehende Emitterzone 11 und die aus einem p-Halbleiter bestehende Basiszone 12 die Durchlaßvorspannung angelegt wird, fließen Elektronen von der Emitterzone 11 in die Basiszone 12 und emittieren durch Rekombination mit Mangelelektronen in der aktiven Zone 14 mit dem schmalen Energieabstand Licht. Folglich kann dann, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als Lichtverstärker oder Filter eingesetzt wird, das einfallende Licht verstärkt werden, wenn der Energieabstand der aktiven Schicht 14 entsprechend der Wellenlänge des einfallenden Lichtes eingestellt ist, wobei die Injektion von Trägern infolge der vorstehend genannten Durchlaßvorspannung unter einen Schwellenwert verringert ist Wenn die Vorrichtung ferner als Laserlichtemissionsvorrichtung eingesetzt wird, kann die nutzbare Schwingung dadurch herbeigeführt werden, daß die Wellenlänge, bei der die Verstärkung der aktiven Schicht 14 maximal ist, in einem geeigneten Verhältnis zu der Resonanzwellenlänge oder Bragg- Wellenlänge eingestellt wird. Dies wird bei dem folgenden Beispiel in Einzelheiten weiter beschrieben.
Andererseits tritt durch die Einstellung in der Weise, daß die Anregungswellenlänge bei dem Elektronengrundpegel der Mehrfachquantenquellenschicht 15 und der schweren Defektelektronen um 10 bis 15 um kürzer ist als die Wellenlänge des einfallenden Lichtes und die Breite der Quantenquelle ungefähr 7 bis 12 um beträgt, durch Anlegen eines elektrischen Feldes zur Gegenvorspannung zwischen die Kollektorzone 13 und die Basiszone 12 auf wirkungsvolle Weise die Quanteneinschluß-Kaminwirkung (QCSE) auf, wodurch der Quantenpegelfrontabstand geändert wird, so daß sich der Brechungsindex der Mehrfachquantenquellenschicht 15 stark ändert. Daher wird die Fortpflanzungskonstante des Wellenleiters stark verändert, wodurch eine Änderung der Resonanzwellenlänge oder Bragg-Wellenlänge hervorgerufen wird, so daß die Schwingungslicht-Wellenlänge oder die ausgefilterte Wellenlänge verändert werden kann. Wenn hierbei die Wellenlänge des Wellenleiterlichtes länger als die Anregungswellenlänge der Mehrfachquantenquellenschicht 15 ist, haben die durch den Streuverlust infolge des Injektionsstroms verursachte Brechungsindexänderung und die durch die Quanteneinschluß-Kaminwirkung QCSE verursachte Änderung die gleiche Polarität. Daher kann im Vergleich zu einer herkömmlichen Vorrichtung, bei der diese beiden Brechungsindexänderungen entgegengesetzt sind, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Brechungsindex stärker geändert werden, so daß die Wellenlängenselektion in einem weiten Bereich erzielt werden kann.
Da es ferner bei einer erfindungsgemäßen Gestaltung nicht erforderliche ist, den Schichtenaufbau des Wellenleiters in einer Richtung zum Leiten des Lichtes zu verändern, kann die Auslegung der Vorrichtung erleichtert werden und darüberhinaus kann die Länge der Vorrichtung gegenüber einer herkömmlichen Vorrichtung verkürzt werden, da es nicht erforderlich ist, eine Vielzahl von in der Längsrichtung des Wellenleiters gesonderten Elektroden vorzusehen.
Die Fig. 3A ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Beispiel zeigt. Die Vorrichtung gemäß diesem Beispiel wird als Lichtverstärker oder Filter verwendet, um von dem auf die Vorrichtung fallenden Licht selektiv das Licht mit einer erwünschten Wellenlänge zu verstärken und abzugeben. Die Fig. 3B ist eine graphische Darstellung des Energiebandes in der Nachbarschaft einer aktiven Zone der in Fig. 3A dargestellten Vorrichtung.
In Fig. 3A sind mit 21 ein n-GaAs-Substrat, mit 22 eine Hüllschicht mit einer Dicke von 1,5 um und mit 23 eine Mehrfachquantenquellenschicht (MQW) bezeichnet. Die Mehrfachquantenquellenschicht 23 wird durch abwechselndes Aufschichten von fünf Quellenschichten, die aus undotiertem eigenleitenden (i-)Al0,04Ga0,96As bestehen und jeweils eine Dicke von 10 nm haben, und fünf Sperrschichten gebildet, die aus i-Al0,5Ga0,5As bestehen und jeweils eine Dicke von 10 nm haben. Mit 24 ist eine Schicht aus p-Al0,25Ga0,75As mit einer Dicke von 0,05 um bezeichnet und mit 25 ist eine aktive Schicht bezeichnet, die aus einer p-Al0,04Ga0,96As- Schicht besteht und eine Dicke von 10 nm hat. Die aktive Schicht 25 hat Einzelquantenquellenstruktur. Mit 26 ist eine Schicht aus p-Al0,25Ga0,75As mit einer Dicke von 0,1 um bezeichnet. Die Schichten 23, 24, 25 und 26 bilden hierbei einen Lichtwellenleiter.
Ferner sind mit 27 eine n-Al0,5Ga0,5As-Hüllschicht, die zu der Form einer Rippe mit einer Breite oder in Fig. 3A einer Länge von links nach rechts von 3 um bearbeitet ist, mit 28 eine Au/AuGe-Elektrode für die Zuleitung zu der Hüllschicht 27, mit 29 und 29' an der Schicht 26 angebracht Au/Cr-Elektroden und mit 30 eine an einer Bodenfläche des n-GaAs- Substrates 21 ausgebildete Au/AuGe-Elektrode bezeichnet.
Die auf diese Weise angefertigte Vorrichtung wird in einem Thermostatofen ausgeglüht. Mit diesem Ausglühen wird das die jeweilige Elektrode bildende Metall in eine Halbleiterschicht eindiffundiert und es werden Elektrodendiffusionszonen gemäß der Darstellung durch Punkte gebildet. Jede Elektrode steht durch eine solche Elektrodendiffusionszone in ohmschen Kontakt mit der jeweiligen Emitter-, Basis- und Kollektorzone der Vorrichtung.
Die Vorrichtung gemäß diesem Beispiel ist ein bipolarer Hetero-Transistor, in dem die Elektrode 28 einer Emitterelektrode entspricht, die Elektroden 29 und 29' Basiselektroden entsprechen und die Elektrode 30 einer Kollektorelektrode entspricht.
Zwischen die Emitterelektrode 28 und die Basiselektroden 29 und 29' wird durch eine veränderbare Spannungsquelle 19 ein elektrisches Feld zur Durchlaßvorspannung angelegt. Ferner wird zwischen die Basiselektroden 29 und 29' und die Kollektorelektrode 30 durch eine veränderbare Spannungsquelle ein elektrisches Feld zur Gegenvorspannung angelegt.
Die Rippe wird zu einer Länge von 200 um geformt. Ferner werden durch Spalten die beiden Stirnseiten der Vorrichtung zu zueinander parallelen Spiegelflächen gestaltet und der Lichtwellenleiter aus den Schichten 23 bis 26 bildet einen Fabry-Perot-Resonator. Von dem auf eine Stirnfläche der Vorrichtung einfallenden Licht 17 kommt in diesem Resonator das Licht mit einer gewählten Wellenlänge zur Resonanz und wird zum Austreten von Licht 18 aus der anderen Stirnfläche der Vorrichtung verstärkt. Die Wellenlänge des verstärkten Lichtes kann durch Ändern der Stärke des zwischen Basis und Kollektor angelegten elektrischen Feldes geändert werden.
In Fig. 3B ist das Energieband in der Nähe der aktiven Schicht bei einem Zustand dargestellt, bei dem die Vorrichtung gemäß diesem Beispiel nicht erregt ist. Wenn hierbei zwischen die Emitterelektrode 28 und die Basiselektroden 29 und 29' ein elektrisches Feld zur Vorwärtsvorspannung angelegt wird, fließen Elektronen zu der die aktive Schicht 25 enthaltenen Basis und durch die Rekombination mit Defektelektronen in der aktiven Schicht 25 mit niedrigerer Energie wird das Licht verstärkt.
Wenn andererseits zwischen die Basiselektroden 29 und 29' und die Kollektorelektrode 30 ein elektrisches Feld zur Gegenvorspannung angelegt wird, wird das an der undotierten Mehrfachquantenquellenschicht 23 anliegende elektrische Feld (wegen einer eigenleitenden Schicht allein in diesem Bereich) verstärkt und deren Brechungsindex wird durch die Quanteneinschluß-Kanalwirkung QCSE verändert.
Bei diesem Beispiel bildet bei einer Einstellung, bei der Licht mit einer Wellenlänge von mehr oder weniger als 830 nm eingeleitet wird, der Energieabstand bzw. Bandabstand bei einem unerregten Zustand der aktiven Schicht 25 eine Zusammensetzung, die Licht mit einer Wellenlänge von 815 nm entspricht, so daß sich bei dieser Zusammensetzung die höchste Verstärkung ergibt. Die Ursache hierfür besteht darin, daß bei dem Injizieren von Ladungsträgern der Bandabstand durch den Vielkörpereffekt zwischen Ladungsträgern verengt wird, wobei die maximale Verstärkung an einer Stelle auftritt, die von dem unerregten Zustand weg um 10 bis 15 nm zu einer längeren Wellenlänge hin versetzt ist, so daß sie mit der Wellenlänge des einfallenden Lichtes an der versetzten Stelle in Übereinstimmung kommt.
Ferner ist die Mehrfachquantenquellenschicht 23 auf eine Anregungswellenlänge von 820 nm ausgelegt. Dies ist deshalb der Fall, weil es zum Erhalten der größten Änderung des Brechungsindex für das einfallende Licht mit einer Wellenlänge von 830 nm ausreichend ist, daß diese Wellenlänge von der Anregungswellenlänge (von 820 nm bei diesem Beispiel) weg zu der längeren Wellenlänge hin um ungefähr 10 nm verschoben werden kann. Die Tatsache, daß die Wellenlänge, bei der die Änderung des Brechungsindex infolge der Quanteinschluß-Kanalwirkung am größten ist, eine Wellenlänge ist, die um ungefähr 10 nm länger ist als die Anregungswellenlänge, wurde von Joseph S. Weiner in Appl. Phys. Lett., Band 50 (1987) auf Seite 842 beschrieben.
Die Fig. 4A ist eine graphische Darstellung, die die Austrittslichtspektren in dem Fall zeigt, daß in eine optische Halbleitervorrichtung gemäß diesem Beispiel das Licht mit einer Wellenlänge von 830 nm eingeleitet wird, und die Fig. 4B ist eine vergrößerte Teildarstellung.
In Fig. 4A sind mit 31 die Spektren bei einem Zustand dargestellt, bei dem das von der aktiven Schicht 25 spontan abgegebene Emissionslicht und das von außen eingegebene und verstärkte Licht gemischt sind. Es tritt dann in der Umgebung von 830 nm bei jeder Wellenlänge von 0,5 nm die Welligkeit mit der Fabry-Perot-Resonanz auf. Wenn bei den Spektren gemäß Fig. 4B, die nur die Umgebung von 830 nm in größerem Maßstab zeigt, die Wellenlänge 830 nm gerade mit der Wellenlänge der Welligkeit übereinstimmt, wird das Licht gemäß der Darstellung durch die ausgezogene Linie 32 verstärkt, während anderenfalls die Verstärktung gemäß der Darstellung durch die gestrichelte Linie 33 verringert ist.
In diesem Fall wird gemäß der vorangehenden Beschreibung der Brechungsindex durch Anlegen der Gegenvorspannung zwischen die Basiselektroden 29 und 29' und die Kollektorelektrode 30 geändert, wodurch die Fortpflanzungskonstante geändert wird, so daß die Wellenlänge der Welligkeit zu der längeren Wellenlänge hin verschoben werden kann. Wenn die Breite dieser Verschiebung innerhalb von 0,5 nm liegt, kann die Wellenlänge des selektiv zu vestärkenden Lichtes kontinuierlich geändert werden.
Gemäß Fig. 3A liegt infolge des mit dem pn-Übergang eingebauten Potentials selbst während der unerregten Periode ein elektrisches Feld an der Mehrfachquantenquellenschicht 23 an, so daß das Potential gemäß der Darstellung in Fig. 3B abfallend ist. Infolge dessen ist es möglich, durch Ändern des Zustandes von einer geringen Durchlaßvorspannung zu einer Gegenvorspannung in einem Bereich von +0,2 V bis -0,8 V hinsichtlich der zu verstärkenden Wellenlänge eine Verschiebung von 0,5 nm vorzunehmen.
Wenn dann das durch die Gegenvorspannung angelegte elektrische Feld verstärkt wird, wird durch die Quanteneinschluß- Kanalwirkung auch die Absorption verstärkt, so daß die Intensität des austretenden Lichtes verringert wird. Um dies zu kompensieren wird durch Verstärken des Emitter-Basis- Stromflusses und damit der Verstärkung das Ausgangssignal konstant gemacht, so daß das veränderbare Wellenlängenfilter mit einer stabilen Ausgangsleistung erhalten werden kann.
Bei diesem Beispiel wird eine bipolare pnp-Transistor-Heterostruktur angewandt, jedoch kann die gleiche Eigenschaft auch mit einer bipolaren npn-Transistor-Heterostruktur erzielt werden, bei der n und p vertauscht sind.
Während bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Verstärkung des Lichtes mit der Fabry-Perot-Resonanz herbeigeführt wird, kann auch die Resonanz durch die verteilte Reflexion mit dem Beugungsgitter angewandt werden.
Die Fig. 5A ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel zeigt, bei dem ein derartiges Beugungsgitter verwendet ist. Die Vorrichtung gemäß diesem Beispiel wird als Lichtverstärker oder Filter für das selektive Verstärken und Abstrahlen des Lichtes mit einer gewünschten Wellenlänge aus dem auf die Vorrichtung fallenden Licht eingesetzt. Die Fig. 5B ist eine Darstellung des
Energiebandes in der Umgebung einer aktiven Schicht der in Fig. 5A dargestellten Vorrichtung. In Fig. 5A sind die gleichen Teile wie in Fig. 3A mit den gleichen Bezugszeichen versehen und deren ausführliche Beschreibung wird weggelassen.
In Fig. 5A entsprechen jeweils mit 41 bis 50 bezeichnete Elemente den bei dem ersten Beispiel mit 21 bis 30 bezeichneten Elementen und sie sind aus den gleichen Materialien mit den gleichen Dicken gebildet. Ein Unterschied besteht darin, daß zwischen einer p-Al0,25Ga0,75As-Schicht 46 und einer n-Al0,5Ga0,5As-Schicht 47 eine mit einem Beugungsgitter ausgestaltete n-Al0,25Ga0,75As-Schicht 51 in einer Dicke von 0,2 um angebracht ist. Nimmt man die Teilung dieses Deugungsgitters zu Λ an, so ist die Bragg-Wellenlänge, bei der das Licht unter Verteilung durch dieses Beugungsgitter reflektiert wird, λB = 2 NΛ, wobei N durch den äquivalenten Brechungsindex des Wellenleiters bestimmt werden kann, und es wird nur das Licht mit dieser Wellenlänge verstärkt.
In der Vorrichtung gemäß diesem Beispiel wird das auf eine Stirnfläche der Vorrichtung fallende Licht 17 über einen aus den Schichten 43 bis 46 bestehenden Lichtwellenleiter geleitet. Von dem Wellenleiterlicht bewirkt infolge der verteilten Rückführung das Licht mit der die Bragg-Bedingung für das Beugungsgitter 51 erfüllenden Wellenlänge eine Laserresonanz, wodurch es verstärkt wird und als Licht 18 aus der anderen Stirnfläche der Vorrichtung abgegeben wird. Die Wellenlänge des verstärkten Lichtes wird durch Andern der Stärke des zwischen der Basis und dem Kollektor an egenden elektrischen Feldes geändert.
In der Vorrichtung gemäß diesem Beispiel ist es wie bei dem Laser mit verteilter Rückkopplung (DFB-Laser) durch das Anbringen eines Abschnittes zum Verschieben der Phase des Lichtes um π/2 durch Umkehren der Riefelung (konvex und konkav) in einem Abschnitt des Beugungsgitters möglich, auf stabile Weise selektiv das Licht mit einer einzigen Wellenlänge zu verstärken.
Fig. 6 ist eine Darstellung, die die Wellenlängenspektren des aus der Vorrichtung gemäß diesem Beispiel austretenden Lichtes zeigt. In Fig. 6 sind mit 55 die Wellenlängenspektren des austretenden Lichtes dargestellt, mit 52 ist ein Abschnitt der Bragg-Wellenlänge in größerem Maßstab dargestellt, mit 53 ist die Welligkeit bei der Reflexion an einer Stirnfläche der Vorrichtung dargestellt und mit 54 ist durch die gestrichelte Linie ein Austrittsspektrum in dem Fall dargestellt, daß zwischen Basis und Kollektor eine Spannung von -0,8 V angelegt ist.
Bei dem zweiten Beispiel sind die Teilung Λ des Beugungsgitters auf 0,121 um und die Bragg-Wellenlänge λB auf 830 nm eingestellt. Falls hierbei wie bei dem ersten Beispiel zwischen die Basiselektroden 49 und 49' und die Kollektorelektrode 50 eine Spannung von +0,2 V bis -0,8 V angelegt wird, wird der äquivalente Brechungsindex um 2 x 10&supmin;³ geändert und die Resonanzwellenlänge mit der Bragg-Reflexion wird um 1,5 nm zu der längeren Wellenlänge hin von der ausgezogenen Linie 52 zu der gestrichelten Linie 54 verschoben. In diesem Fall wird wie bei dem ersten Beispiel durch Steuern des Stroms zwischen der Emitterelektrode 48 und den Basiselektroden 49 und 49' zum Kompensieren der durch die Absorption verursachten Verringerung der Ausgangsleistung die Ausgangsleistung stabilisiert, so daß das veränderbare Wellenlängenfilter mit einer Verschiebungsbreite von 1,5 nm erhalten werden kann.
Während bei dem ersten Beispiel wegen der Interferenz der durch die Fabry-Perot-Resonanz verursachten Welligkeit mit dem verstärkten Licht in manchen Fällen eine Schwebungsstörung auftreten kann, ist bei diesem zweiten Beispiel festzustellen, daß infolge der Brechung an dem Beugungsgitter die bei der Bragg-Wellenlänge verstärkte Amplitude sehr groß wird und die andere Welligkeitslichtamplitude klein wird, so daß die Schwebungsstörung klein gehalten werden kann.
Bei dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Beispiel wurde die Erfindung bei dem Lichtverstärker für das Verstärken des Lichtes mit der gewählten Wellenlänge angewandt, jedoch kann die erfindungsgemäße Gestaltung auch bei einem Laser angewandt werden.
Die Fig. 7A ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Beispiel zeigt. Die Vorrichtung gemäß diesem Beispiel wird als Laserlichtquelle für das selektive Verstärken und Abstrahlen des Laserstrahls mit einer gewünschten Wellenlänge eingesetzt. Die Fig. 7b ist eine Darstellung des Energiebandes in der Umgebung einer aktiven Schicht der in Fig. 7A dargestellten Vorrichtung.
Die in Fig. 7A mit 61 bis 64 und mit 66 bis 71 bezeichneten Elemente entsprechen jeweils den in Fig. SA mit 41 bis 44 und mit 46 bis 51 bezeichneten Elementen und sind aus dem gleichen Material und in gleicher Dicke und gleichen Abmessungen gebildet. Ein Unterschied besteht darin, daß im Vergleich zu dem vorangehenden Beispiel der n-Typ und der p- Typ vertauscht sind, so daß die Basiszonen 64, 65 und 66 vom n-Typ sind und die Emitterzonen 67 und 71 und die Kollektorzonen 61 und 62 vom p-Typ sind. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, daß die pnp-Ausführung auf wirkungsvollere Weise das Durchlassen der Ladungsträger zü der Basis zur Rekombination in der aktiven Schicht 65 zuläßt, in der die Potentialbarriere für die Elektronen höher als diejenige für die Defektelektronen ist, und wenn man die Menge der von dem Emitter zu der Basis gelangenden und zu dem Kollektor hin abfließenden Ladungsträger betrachtet, so haben die Defektelektronen einen höheren Anteil an Sperrung mit der gleichen Potentialbarriere.
Ferner wird die aktive Schicht 65 aus n-Al0,05Ga0,95As mit einem Mischkristallverhältnis von Al hergestellt, das etwas höher als dasjenige der aktiven Schicht 45 nach Fig. 5A ist, um dadurch den Bandabstand etwas zu erweitern und den Spitzenwert der Verstärkung zu der kürzeren Wellenlänge hin zu verschieben.
Zwischen die Emitterelektrode 68 und die Basiselektroden 69 und 69' wird mit einer veränderbaren Spannungsquelle 78 ein elektrisches Feld zur Vorwärtsvorspannung angelegt. Ferner wird zwischen die Basiselektroden 69 und 69' und die Kollektorelektrode 70 mit einer veränderbaren Spannungsquelle 79 ein elektrisches Feld zur Gegenvorspannung angelegt.
Falls in der Vorrichtung gemäß diesem Beispiel mit der Spannungsquelle 78 gemäß der vorangehenden Beschreibung der aktiven Schicht 65 ein Strom zugeführt wird, der stärker als ein Schwellenwert ist, gibt die aktive Schicht 65 Licht ab. Das aus der aktiven Schicht 65 abgegebene Licht wird über den Lichtwellenleiter geleitet, der aus den Schichten 63 bis 66 besteht. Von diesem Wellenleiterlicht bewirkt das Licht mit einer Wellenlänge λB, die der durch eine Teilung Λ des Beugungsgitters 71 bestimmten Bragg-Bedingung genügt, infolge der verteilten Rückkopplung die Laserresonanz und wird als Laserstrahl 77 aus einer Stirnfläche der Vorrichtung abgestrahlt. Dabei wird wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zwischen die Basis und den Kollektor die Gegenvorspannung angelegt und die Fortpflanzungskonstante von Licht verändert, so daß die Bragg-Wellenlänge geändert wird und die Laserschwingungs-Wellenlänge verschoben wird. Auf diese Weise hat dieses Beispiel das gleiche Funktionsprinzip wie das zweite Beispiel, ist aber insofern verschieden, als die Laseroszillation mit dem über die aktive Schicht 65 geleiteten Strom hervorgerufen wird, welcher über einem Schwellenwert liegt.
Es ist hier anzumerken, daß infolge des Anlegens eines elektrischen Feldes die Absorption in der Mehrfachquantenquellenschicht 63 mit der Quanteneinschluß-Kanalwirkung größer wird und gewisse Maßnahmen getroffen werden müssen, damit sich der Schwellenwertstrom nicht stark ändert. Zu diesem Zweck wird bei dem dritten Beispiel die Spitzenwert- Wellenlänge der Verstärkung in der aktiven Schicht 65 derart ausgelegt, daß sie um 2 bis 3 um kürzer ist als die Bragg-Reflexionswellenlänge mit dem Beugungsgitter in dem Fall, daß kein elektrisches Feld anliegt.
Das heißt, infolge der beiden Auswirkungen des Verstärkungsspektrums 76 der aktiven Schicht 65 und des Absorptionsspektrums 72 der Mehrfachquantenquellenschicht 63 ist das Verstärkungsspektrum des Wellenleiters als ganzes das durch die Kurve 73 dargestellte, wenn kein elektrisches Feld anliegt. Wenn dann zwischen Basis und Kollektor ein elektrisches Feld mit ungefähr 1 x 10&sup5; V/cm angelegt wird, wird durch den Quanteneinschluß-Kanalef fekt QCSE der Bandabstand der Mehrfachquantenquellenschicht 63 verringert und der Absorptionsspitzenwert wird mit der Anregung zu der längeren Wellenlänge hin verschoben, wie es durch die strichpunktierte Linie 74 dargestellt ist. Somit wird das gesamte Verstärkungsspektrum geändert und der Spitzenwert der Verstärkung wird zu der längeren Wellenlänge hin verschoben, wie es durch die Kurve 75 dargestellt ist. Falls daher dann, wenn kein elektrisches Feld anliegt, eine Bragg-Wellenlänge λB von 830 nm eingestellt wird, die länger als einer Verstärkungsspitzenwert-Wellenlänge von 827 um ist, wird dann, wenn das elektrische Feld angelegt wird, die Wellenlänge zu λB = 831,5 nm, die im wesentlichen gleich dem gemäß der Darstellung durch die Kurve 75 verschobenen Verstärkungsspitzenwert ist, so daß sich die Verstärkung nicht stark ändert. Dagegen kann bei einem Verstärkungsspitzenwert von 827 nm ohne anliegendes elektrisches Feld die Verstärkung stark abnehmen, wenn das elektrische Feld angelegt wird, wodurch dann, wenn die Bragg- Wellenlänge auf diesen Wert eingestellt wird, die Schwingungswellenlänge nicht mit stabiler Ausgangsleistung verändert werden kann. Somit kann mit der vorangehenden Gestaltung der Laser mit veränderbarer Wellenlänge mit stabiler Ausgangsleistung und einem weiten Bereich der veränderbaren Wellenlänge realisiert werden.
Als nächstes zeigt die Fig. 9 ein optisches Übertragungssystem, in welchem die vorstehend beschriebene Halbleitervorrichtung als optische Verstärkungsvorrichtung eingesetzt wird. In Fig. 9 sind mit 101 und 102 Sender, mit 115 und 117 Abzweig/Mischvorrichtungen, mit 106 eine Verstärkereinrichtung, mit 103 und 104 Empfänger und mit 118 und 119 Lichtübertragungsleitungen bezeichnet. Die Sender 101 und 102 enthalten jeweils Lichtsender 111 und 121, die mit einem Signalverarbeitungsteil oder Prozessor und einem elektrooptischen Umsetzungsteil oder Wandler versehen sind, und optische Verstärkungsvorrichtungen 112 und 122 für das Verstärken der aus den Lichtsendern 111 und 121 abgegebenen Lichtsignale. Die Empfänger 103 und 104 enthalten jeweils optische Verstärkungsvorrichtungen 132 und 142 zum Verstärken von eingegebenen Signalen und Lichtempfänger 131 und 141, die jeweils einen optoelektrischen Wandler und einen Signalverarbeitungsteil enthalten.
In dem optischen Übertragungssystem nach Fig. 9 werden die aus den Lichtsendern 111 und 121 abgegebenen Lichtsignale durch die Vestärkungsvorrichtungen 112 und 121 verstärkt und aus den Sendern 101 und 102 ausgegeben. Die ausgegebenen Signale werden unter Anwendung eines vorgeschriebenen Multiplexsystems wie durch Zeitaufteilungs-Multiplex, Frequenzaufteilungs-Multiplex, Trägererfassungs-Mehrfachzugriff/Kollisionserfassung (CSMA/CD) oder dergleichen derart gesteuert, daß sie miteinander auf der Übertragungsleitung 118 nicht kollidieren, und sie werden über die Abzweig/Nischvorrichtung 115 zu der Übertragungsleitung 118 gesendet Bei der Übertragung des Lichtsignals auf der Übertragungsleitung 118 wird das Licht abgeschwächt, so daß das Lichtsignal durch die Verstärkereinrichtung 106 verstärkt wird. Gemäß Fig. 9 ist nur eine Verstärkereinrichtung 106 vorgesehen, aber es können Verstärkereinrichtungen 106 an mehreren Stellen vorgesehen sein, falls es erforderlich ist. Andererseits muß eine Verstärkereinrichtung nicht eingesetzt werden, falls es nicht erforderlich ist.
Die durch die Verstärkereinrichtung 106 verstärkten Lichtsignale werden über die Lichtübertragungsleitung 119 in die Abzweig/Mischvorrichtung 117 eingegeben und für die Eingabe in die Empfänger 103 und 104 durch ein dem Multiplexsystem entsprechendes Trennverfahren voneinander getrennt. Die in die Empfangsendstellen 103 und 104 eingegebenen Lichtsignale werden jeweils für die Eingabe in die Lichtempfänger 131 und 141 durch die optischen Verstärker 132 und 142 verstärkt, um Verluste auszugleichen, die in der Lichtübertragungsleitung 119 und der Abzweig/Mischvorrichtung 117 entstehen. Auf diese Weise werden die Übertragungen von dem Sender 101 zu der Empfangsendstelle 103 und von der Sendeendstelle 102 zu dem Empfänger 104 über die einzigen Lichtübertragungsleitungen 118 und 119 ausgeführt.
Gemäß Fig. 9 sind zwei Sender und zwei Empfänger vorgesehen, jedoch kann die Anzahl der Abzweigungen der Abzweig/Mischvorrichtungen 115 und 117 erhöht werdend um eine N:N-Übertragung mit N Sendern und N Empfängern zu erzielen. Ferner ist eine 1:1-Übertragung ohne die Abzweig/Mischvorrichtungen 115 und 117 möglich. Es ist nicht erforderlich, die optischen Verstärkungsvorrichtungen an allen in Fig. 9 dargestellten Stellen anzuordnen. Diese Einrichtungen müssen nur an solchen Stellen angeordnet werden, an denen eine Signalabschwächung an einem jeweiligen Teil kompensiert werden sollte.
Die Fig. 10 zeigt ein Beispiel für ein optisches ZweiwegeÜbertragungssystem, in welchem die erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung als Verstärkungsvorrichtung verwendet wird. In dem in Fig. 10 dargestellten optischen Übertragungssystem sind mit 201 und 202 Sendeempfänger, mit 203 eine Verstärkereinrichtung und mit 218 und 219 Lichtübertragungsleitungen bezeichnet. Die Sendeempfänger 201 und 202 enthalten jeweils einen Sendeteil und einen Empfangsteil und die Sendeteile bestehen aus Lichtsendern 211 und 241, welche einen Signalprozessor und einen elektrooptischen Wandlerteil enthalten, und aus optischen Verstärkern 212 und 242 zum Verstärken der aus den Lichtsendern 211 und 241 abgegebenen Signale. Die Empfangsteile bestehen jeweils aus optischen Verstärkern 222 und 232 zum Verstärken der eingegebenen Lichtsignale und aus Lichtempfängern 221 und 231, die jeweils einen optoelektrischen Wandlerteil und einen Signalprozessor enthalten. In den Sendeempfängern 201 und 202 sind der Sendeteil und der Empfangsteil über Abzweig/Mischvorrichtungen 215 und 217 verbunden. Die Verstärkereinrichtung 203 enthält einen optischen Verstärker 213 und ist mit dem jeweiligen Sendeempfänger 201 und 202 über die Lichtübertragungsleitungen 218 und 219 verbunden.
Bei der Anordnung nach Fig. 10 werden die jeweils aus dem Lichtsender 211 in den Sendeempfänger 201 und den Lichtsender 241 aus dem Sendeempfänger 202 abgegebenen Lichsignale durch die optischen Verstärker 212 und 242 verstärkt und über die Abzweig/Mischvorrichtungen 215 und 217 aus den jeweiligen Sendeempfängern 201 und 202 ausgegeben. Diese ausgegebenen Lichtsignale werden jeweils über die Lichtübertragungsleitungen 218 und 219 in zueinander entgegengesetzten Richtungen übertragen. Die Lichtsignale werden durch die Verstärkereinrichtung 203 verstärkt, da deren Lichtmengen abgeschwächt werden, wenn die Lichtsignale über die Übertragungsleitungen 218 und 219 übertragen werden.
Gemäß Fig. 10 ist die Verstärkereinrichtung 202 an einer einzigen Stelle vorgesehen, es kann aber eine Einrichtung an mehreren Stellen angeordnet sein, falls es erforderlich ist. Falls keine Verstärkereinrichtung erforderlich ist, kann sie weggelassen werden. Die durch die Verstärkereinrichtung 203 verstärkten Lichtsignale werden über die Übertragungsleitungen 219 und 218 weiter übertragen und in die Sendeempfänger 202 und 201 an den Gegenstellen eingegeben. Die eingegebenen Signale werden durch die Abzweig/Mischvorrichtungen 217 und 215 in den Richtungen zu den Lichtempfängern 231 und 221 abgezweigt, durch die optischen Verstärker 232 und 222 verstärkt, um die in den Übertragungsleitungen 218 und 219 und den Abzweig/Mischvorrichtungen 215 und 217 entstehenden Verluste zu kompensieren, und in die Lichtempfänger 231 und 221 eingegeben. Auf diese Weise wird über die einzigen Übertragungsleitungen 218 und 219 die Zweiwege-Übertragung zwischen den Sendeempfängern 201 und 202 ausgeführt.
In Fig. 10 ist das Beispiel für eine Zweiwege-Übertragung dargestellt, bei der zwei Sendeempfänger mit jeweils einem Sendeteil und einem Empfangsteil vorgesehen sind. Es sind jedoch solche Anordnungen möglich, bei denen jeder Sendeempfänger mehrere Sendeteile und Empfangsteile enthält oder bei denen über die Abzweig/Mischvorrichtung mehrere Sendeempfänger angeschlossen sind. Es ist nicht erforderllich, die optischen Verstärker an allen in Fig 10 dargestellten Stellen anzuordnen, und der Verstärker ist nur dort anzuordnen, wo die Abschwächung des Lichtsignals kompensiert werden muß. Hinsichtlich der übrigen Gestaltung ist das System nach Fig. 10 das gleiche wie dasjenige nach Fig. 9.
Die Fig. 11 und 12 zeigen ein optisches Bus-Übertragungsnetz, in welchem die erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung als Verstärkungsvorrichtung eingesetzt werden kann.
In Fig. 11, die das gesamte System zeigt, sind mit 300 eine Lichtübertragungsleitung, die beispielsweise aus Lichtleitern besteht, und mit 311 bis 319 jeweilige Sendeempfänger bezeichnet, die jeweils elektrische Signale aus Endgeräten 321 bis 329 in Lichtsignale zum Aussenden zu der Übertragungsleitung 300 umsetzen, das Lichtsignal auf der Übertragungsleitung in das elektrische Signal zur Weitergabe an das Endgerät umsetzen und den Zustand der Übertragung auf der Lichtübertragungsleitung 300 erfassen, um die Übertragung derart zu steuern, daß Signale aus anderen Endgeräten nicht mit dem Signal aus dem eigenen Endgerät kollidieren. Ferner sind mit 331 bis 339 optische Koppler bezeichnet, die jeweils an die Übertragungsleitung 300 angeschlossen sind, einen Teil der Signale an der Lichtübertragungsleitung 300 zur Weitergabe an die Sendeempfänger 311 bis 319 entnehmen und die Lichtsignale aus den Sendeempfängern 311 bis 319 zu der Übertragungsleitung 300 ausgeben. Mit 341 und 342 sind optische Leitungsverstärker für das Verstärken der Lichtsingale auf der Übertragungsleitung 300 zu deren Übertragung bezeichnet und als solcher optischer Leitungsverstärker 341 und 342 wird die gegen Polarisation unempfindliche optische Verstärkungsvorrichtung verwendet.
Die Fig. 12 zeigt ein Beispiel für den Aufbau des Sendeempfängers 312 nach Fig. 11. In Fig. 12 sind mit 350 ein Lichtsender, der das Signal aus dem Endgerät 322 in ein Lichtsignal umsetzt und dieses Lichtsignal zu der Übertragungsleitung unter einer derartigen Steuerung überträgt, daß die Signale aus den anderen Endgeräten auf der Lichtübertragungsleitung 300 nicht mit diesem Lichtsignal kollidieren, mit 360 ein optischer Verstärker zum Verstärken des Lichtsignals aus dem Lichtsender 350, mit 370 ein Lichtempfänger, der das über die Übertragungsleitung 300 übertragene Lichtsignal in ein elektrisches Signal umsetzt und dieses elektrische Signal zu dem eigenen Endgerät weitergibt, falls das Signal an das eigene Endgerät (in diesem Fall das Endgerät 322) adressiert ist, welches an den eigenen Sendeempfänger 312 angeschlossen ist, mit 380 ein optischer Verstärker zum Verstärken des über die Übertragungsleitung 300 übertragenen Signals zur Abgabe an dem Lichtempfänger 370 und mit 390 eine Abzweig/Mischvorrichtung zum Aussenden des optischen Signals aus dem Verstärker 360 zu dem Koppler (in diesem Fall dem Koppler 332) und zum Übertragen des optischen Signals aus dem optischen Koppler 332 zu dem Verstärker 380 bezeichnet. Als optischer Verstärker 360 und 380 wird die erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung verwendet. Hierbei ist nur der Aufbau des Sendeempfängers 312 erläutert, jedoch haben die anderen Sendeempfänger 311 bis 319 gleichartige Gestaltungen.
Die Funktion dieses Ausführungsbeispiels wird unter der Annaume erläutert, daß die Übertragung zwischen den Endgeräten 322 und 329 erfolgt. Wenn das Signal aus dem Endgerät 322 übertragen werden soll, wird zuerst von dem Lichtsender 350 vorzugsweise unter Anwendung eines vorgeschriebenen Multiplexsystems wie im Zeitteilungs-Multiplex, Frequenzteilungs-Multiplex oder nach dem CSMA/DC-System eine derartige Steuerung ausgeführt, daß an der Lichtübertragungsleitung 300 das Signal aus dem Endgerät 322 nicht mit den Signalen aus den anderen Endgeräten kollidiert, und das Signal aus dem Endgerät 322 in ein Lichtsignal zu dessen Zuführung zu dem optischen Verstärker 360 umgesetzt. Durch den optischen Verstärker 360 wird dieses Signal verstärkt, um es über die Abzweig/Mischvorrichtung 390 durch den optischen Koppler 332 auf der Lichtübertragungsleitung 300 in zueinander entgegengesetzten Richtungen auszusenden. Dieses Lichtsignal erreicht über die Koppler 333 bis 338 den optischen Leitungsverstärker 342. Dabei wird ein Teil dieser Lichtsignalleistung durch den jeweiligen optischen Koppler zur Übertragung zu den Sendeempfängern 313 bis 318 abgezweigt und diese Sendeempfänger erkennen zum Aufgeben dieses Lichtsignals, daß dieses Signal nicht an ihre eigenen Endgeräte 322 bis 328 adressiert ist. Das an dem optischen Leitungsverstärker 342 ankommende Lichtsignal ist hinsichtlich seiner Signalstärke verringert, da ein Teil desselben an jedem optischen Koppler abgezweigt wurde, aber seine Stärke wird durch die Verstärkung in dem optischen Leitungsverstärker 342 wieder zurückgewonnen und das auf diese Weise regenerierte Signal wird über die Übertragungsleitung 300 zu dem optischen Koppler 339 übertragen.
An dem optischen Koppler 339 wird ein Teil des Lichtsignals zur Übertragung zu dem Sendeempf änger 319 abgezweigt und über eine der in Fig. 12 gezeigten Abzweig/Mischvorrichtung 390 gleichartige Vorrichtung zu dem Lichtempfänger gesendet. In diesem Lichtempfänger wird das übertragene Lichtsignal in ein elektrisches Signal umgesetzt und der Lichtempfänger erkennt, daß dieses Signal an das Endgerät 329 adressiert ist, und überträgt es zu dem Endgerät 329.
Wenn das Signal aus dem Endgerät 329 zu dem Endgerät 322 übertragen wird, wird das Signal in einem Prozeß, der dem vorstehend beschriebenen gleichartig ist, auf der Übertragungsleitung 300 in der entgegengesetzten Richtung übertragen. Hierbei durchläuft das den Sendeempfänger 312 erreichende Lichtsignal die optischen Koppler 338, ..., 333 und 332 und danach die optische Abzweig/Mischvorrichtung 390, so daß an jedem Teil das Signal gedämpft wird und dessen Intensität abgeschwächt wird. Vor dem Erreichen des Lichtempfängers 370 wird das Signal jedoch durch den optischen Verstärker 380 verstärkt und das Signal wird zu dem Lichtempfänger 370 übertragen, nachdem seine Intensität wiedergewonnen ist.
Auf diese Weise verstärkt der Verstärkter 360 das Signal aus dem Lichtsender 350 zur Übertragung auf der Übertragungsleitung 300 und die optischen Verstärker 341, 342 und 380 kompensieren die in dem Lichtsignalweg einschließlich des optischen Knotenpunktes verursachte Abschwächung der Lichtleistung, um das Lichtsignal derart zu verstärken, daß es ausreichende Leistung für den Empfang hat. Es werden verschiedenerlei Vorteil erzielt, die denjenigen bei den Systemen nach Fig. 9 und 10 gleichartig sind.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die optischen Verstärker unmittelbar nach dem Lichtsender 350, uumittelbar vor dem Lichtempfänger 370 und auf der Lichtübertragungsleitung 300 angeordnet, aber falls beispielsweise der Lichtsender 350 das Lichtsignal mit ausreichender Leistung absenden kann, ist der optische Verstärker 360 unnötig. Falls ferner das Ausgangssignal aus der Abzweig/Mischvorrichtung 390 ausreichende Leistung für den Empfang für den Lichtempfänger 370 hat, kann auch der Verstärker 390 weggelassen werden. Falls weiterhin die Anzahl von optischen Kopplern an der Übertragungsleitung 300 gering ist und die Däpfung an den optischen Kopplern unkritisch ist, können auch die optischen Verstärker 341 und 342 an der Übertragungsleitung 300 weggelassen werden. Damit werden alle in Fig. 11 und 12 dargestellten Verstärker unnötig. Wenn mindestens einer von diesen eingesetzt wird, kann das optische Bus-Übertragungsnetz die vorangehend beschriebenen Vorteile ergeben.
Bei dem System nach Fig. 11 sind die optischen Leitungsverstärker 341 und 342 an der Lichtübertragungsleitung 330 gesondert von den optischen Kopplern 331 bis 339 angeordnet. Falls aber in jedem optischen Koppler der optische Leitungsverstärker enthalten ist, können allein dadurch, daß die erfindungsgemäße optische Verstärkungsvorrichtung in dem System eingesetzt wird, die vorangehend beschriebenen Vorteile erzielt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird nur eine einzige Übertragungsleitung 300 verwendet, aber diese Vorteile können auch dann erzielt werden, wenn die Zweiwege-übertragung oder Multiplex-Übertragung beispielsweise mit mehreren Lichtwellenleitern als Lichtübertragungsleitungen ausgeführt wird.
Die Fig. 13 und 14 zeigen ein Beispiel für ein aktives optisches Bus-Übertragungsnetz, in welchem die optische Halbleitervorrichtung als Verstärkervorrichtung verwendet wird. In der den Gesamtaufbau des Systems darstellenden Fig. 13 sind mit 400 und 401 Lichtübertragungsleitungen wie Lichtwellenleiter, mit 411 bis 419 Endgeräte für die Übertragung, mit 421 bis 429 aktive optische Knotenpunkte für das Ausführen der Lichtübertragung, des Lichtempfangs und der Übertragungssteuerung und mit 480 ein optischer Leitungsverstärker für das Verstärken der Lichtsignale bezeichnet. In Fig. 14, die als Beispiel den Aufbau eines Knotenpunktes 422 der aktiven optischen Knotenpunkte zeigt, sind mit 450 und 451 optoelektrische Wandler (O/E) für das Umsetzen des Lichtsignals in das elektrische Signal, mit 440 und 441 elektrooptische Wandler (E/O) für das Umsetzen des elektrischen Signals in das Lichtsignal und mit 430 eine Übertragungssteuereinheit bezeichnet. Die Steuereinheit 430 entscheidet, ob das über die Übertragungsleitungen 400 und 401 übertragene und in das elektrische Signal umgesetzte Signal an das Endgerät 412 adressiert ist, und, wenn dies der Fall ist, sendet die Steuereinheit 430 das Signal zu dem Endgerät 412, während andernfalls die Steuereinheit 430 das Signal durch die elektrooptischen Vorrichtungen 440 und 441 wieder in das Lichtsignal umsetzt, um dieses Signal zu den Lichtübertragungsleitungen 400 und 401 zu senden. Wenn ferner der Steuereinheit 430 das Signal aus dem Endgerät 412 zugeführt wird, setzt die Steuereinheit 430 das Signal über die elektrooptischen Vorrichtungen 440 und 441 zu dem Lichtsignal um und gibt es an die Übertragungsleitungen 400 und 401 unter einer derartigen Steuerung ab, daß das Signal nicht mit den Lichtsignalen aus den anderen Endgeräten kollidiert. Mit 491 bis 494 sind optische Verstärker bezeichnet, die erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtungen enthalten.
Es wird die Funktion dieses Ausführungsbeispiels erläutert, wobei als Beispiel der Fall herangezogen wird, daß das Signal von dem Endgerät 412 zu dem Endgerät 419 übertragen wird. Wenn das Signal aus dem Endgerät 412 ausgegeben wird, wird von der Übertragungssteuereinheit 430 in dem aktiven optischen Knotenpunkt das Signal aus dem Endgerät 412 durch die elektrooptischen Vorrichtungen 440 und 441 in das Lichtsignal umgesetzt, dieses durch die optischen Verstärker 492 und 494 verstärkt und das Signal an die Lichtübertragungsleitungen 400 und 401 in den einander entgegengesetzten Richtungen unter einer derartigen Steuerung angelegt, daß an den Übertragungsleitungen 400 und 401 das Signal aus dem Endgerät 412 nicht mit den Signalen aus den anderen Endgeräten kollidiert, wobei ein vorgeschriebenes Multiplexsystem wie das Zeitteilungs-Multiplexsystem, das Frequenzteilungs-Multiplexsystem und das CSMA/CD-System angewandt wird. Dieses Signal tritt in die aktiven optischen Knotenpunkte 421 und 423 ein und wird zunächst einmal in das elektrische Signal für die Eingabe in die Ubertragungssteuereinheiten in den aktiven optischen Knotenpunkten 421 und 423 umgesetzt. Dieses Signal ist jedoch nicht an die Endgeräte 411 und 413 adressiert und wird wieder in das Lichtsignal für das Aussenden zu der Lichtübertragungsleitung umgesetzt.
Die Entfernung zwischen den Endgeräten 423 und 429 ist lang, so daß das Licht signal in dem Lichtleiter an Intensität verliert. Zum Kompensieren der Verluste wird dieses Signal durch den optischen Leitungsverstärker 480 und durch den optischen Verstärker in dem aktiven optischen Knotenpunkt 429 verstärkt und dann in das elektrische Signal zum Zuführen zu der Übertragungssteuereinheit umgesetzt. Die Übertragungssteuereinheit in dem aktiven optischen Knotenpunkt 429 erkennt, daß dieses Signal an das Endgerät 419 adressiert ist, und überträgt es zu dem Endgerät 419. Andererseits durchläuft das aus dem Knotenpunkt 422 über die Übertragungsleitung 401 zu dem aktiven optischen Knotenpunkt 421 gesendete Signal aufeinanderfolgend die aktiven optischen Knotenpunkte und erreicht das linke Ende des Übertragungssystems. Dort wird das Signal aufgegeben.
Auf diese Weise teilt sich die Signalübertragung auf die Lichtübertragungsleitung 400 in der Richtung nach rechts in Fig. 13 und auf die Leitung 401 in der Richtung nach links auf. Daher werden in den einander entgegengesetzten Richtungen die von irgendeinem Endgerät abgegebenen Signale gleichzeitig übertragen, so daß sie fehlerlos die adressierten Endgeräte erreichen.
Auf die vorstehend beschriebene Weise verstärken die optischen Verstärker 492 und 491 die Signale aus den elektrooptischen Vorrichtungen 440 und 441, um die Signale auf den Übertragungsleitungen 400 und 401 zu übertragen, und die Verstärker 491 und 493 verstärken die Lichtsignale derart, daß die Abschwächung der Lichtleistung auf der Übertragungsleitung kompensiert wird und daß sie ausreichende Leistung zum Empfangen haben. Ferner kompensiert der Leitungsverstärker 480 die Lichtverluste, wenn der Abstand zwischen den aktiven optischen Knotenpunkten lang ist. Als vorgenannte optische Verstärker wird die erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung eingesetzt.
Mit dem System gemäß diesem Ausführungsbeispiel können auf gleiche Weise wie mit den Systemen nach Fig. 9 und 10 die vorangehend genannten verschiedenen Vorteile erzielt werden.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die optischen Verstärker an verschiedenen Stellen gemäß der Darstellung in Fig. 13 und 14 vorgesehen, falls aber beispielsweise die elektrooptischen Vorrichtungen 440 und 441 das Lichtsignal mit ausreichender Leistung abgeben können, sind die Verstärker 492 und 494 nicht erforderlich. Falls der aktive Knotenpunkt ausreichende Leistung aufnimmt, so daß diese von den optoelektrischen Vorrichtungen 450 und 451 aufgenommen werden kann, können die optischen Verstärker 491 und 493 weggelassen werden. Falls ferner der Abstand zwischen den Endgeräten nicht so lang ist, daß die Verluste in den Lichtleitern zu berücksichtigen sind, ist der optische Leitungsverstärker 480 entbehrlich. Auf diese Weise können allein dann, wenn mindestens ein Verstärker eingesetzt wird, mit dem aktiven optischen Bus-Übertragungsnetz die vorangehend genannten Vorteile erzielt werden.
In dem System nach Fig. 13 sind für die Zweiwege-Übertragung zwischen den aktiven optischen Knotenpunkten zwei Übertragungsleitungen vorgesehen. Aber auch in Fällen, bei denen unter Verwendung der in Fig. 10 dargestellten optischen Abzweig/Mischvorrichtung die Zweiwege-Signalübertragung über eine einzige Lichtübertragungsleitung vorgenommen wird und bei denen die Multiplex-Signalübertragung über drei Übertragungsleitungen oder mehr ausgeführt wird, können die vorstehend genannten Vorteile erzielt werden, wenn in jeder Lichtübertragungsleitung die erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung eingesetzt wird.
Die Fig. 15 zeigt den Aufbau eines optischen Stern-Übertragungsnetzes, in welchem als Verstärkungsvorrichtung die optische Halbleitervorrichtung verwendet wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind vier Sendeempfänger vorgesehen und die Lichtsignale werden in jedem Lichtleiter in zueinander entgegengesetzten Richtungen übertragen.
In Fig. 15 sind mit 601 bis 604 Sendeempfänger, die die Endgeräte mit dem Netz verbinden, mit 605 ein Sternkoppler, der die Eingänge und Ausgänge der Sendeempfänger 601 bis 604 in dem Netz in Matrixform verbindet, mit 606 bis 613 Übertragungsleitungen, die Lichtleiter sind, mit 614 bis 617 Lichtsender, die elektrische Signale zu Lichtsignalen umsetzen, um diese zu dem Netz zu übertragen, mit 618 bis 621 Lichtempfänger, die aus dem Netz ankommende Lichtsignale in elektrische Signale umsetzen, mit 622 bis 625 optische Abzweig/Mischvorrichtungen, die die Sender 614 bis 617 und die Empfänger 618 bis 621 in den Sendeempfängern an die Lichtleiter 610 bis 613 anschließen, und mit 626 bis 638 die vorstehend genannten erfindungsgemäßen optischen Verstärkungsvorrichtungen bezeichnet, welche die Lichtsignale auf direkte Weise verstärken. Diese Verstärkungsvorrichtungen 626 bis 638 sind in Nachverstärker 626 bis 629 der Lichtsender 614 bis 627, Vorverstärker 630 bis 633 der Lichtempfänger 618 bis 621, einen Nachverstärker 634 des Sternkopplers 605 und Leitungsverstärker 635 bis 638 der Übertragungsleitungen unterteilt.
Als nächstes wird die Funktion dieses Ausführungsbeispiels unter der Annahme erläutert, daß die Übertragung von der Endstelle 601 zu dem Sendeempfänger 603 erfolgt. Das elektrische Signal wird in dem Sender 614 des Sendeempfängers 601 zu dem Lichtsignal umgesetzt und dieses Lichtsignal wird durch den optischen Verstärker 626 verstärkt und über die Abzweig/Mischvorrichtung 622 zu dem Lichtleiter 610 des Netzes geleitet. Das auf dem Lichtleiter 610 fallende Lichtsignal wird durch den optischen Verstärker 635 verstärkt und über den Lichtleiter 606 zu dem Sternkoppler 605 übertragen. Das Lichtsignal wird durch den optischen Verstärker 634 in dem Sternkoppler 605 verstärkt und zu allen Lichtleitern 606 bis 609 gesendet, die an den Sternkoppler 605 angeschlossen sind. Die auf die Lichtleiter 606 bis 609 85 auftreffenden Lichtsignale werden durch die optischen Verstärker 635 bis 638 verstärkt und durch die Abzweig/Mischvorrichtungen 622 bis 625 abgezweigt und Teile derselben werden zur Übertragung zu den Enpfängern 618 bis 621 durch die optischen Verstärker 630 bis 633 verstärkt.
Die Empfänger 618 bis 621 setzen die Lichtsignale in elektrische Signale um. Die Sendeempfänger 601 bis 604 erkennen aus diesen elektrischen Signalen jeweils das Signal, das an den eigenen Sendeempfänger adressiert ist. Dieses Signal ist an den Sendeempfänger 603 adressiert, so daß der Sendeempfänger 603 dieses Signal erkennt und aufnimmt. Auf diese Weise ist die Übertragung abgeschlossen. Auch bei dem Sternsystem wird zum Senden von Lichtsignalen aus irgendeinem Sendeempfänger zu allen Übertragungsleitungen die Übertragung auf die Weise ausgeführt, daß die Lichtsignale unter Anwendung des Zeitteilungs-Multiplex, des Frequenzteilungs-Multiplex und dergleichen miteinander nicht auf der Übertragungsleitung kollidieren.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die optischen Verstärkungsvorrichtungen, die die erfindungsgemäßen optischen Halbleitervorrichtungen enthalten, in allen Wegen angeordnet, entlang denen die Lichtsignale in dem Netz übertragen werden, aber es ist möglich, die optische Verstärkungsvorrichtung jeweils in einem Teil dieser Wege anzuordnen. Ferner sind bei diesem Ausführungsbeispiel der Sender und der Empfänger über die Abzweig/Mischvorrichtung angeschlossen und die Zweiwege-Übertragung erfolgt mittels eines Lichtleiters für einen Sendeempfänger. Es ist aber ein derartiges System möglich, bei dem für einen Sendeempfänger zwei Lichtleiter für das Senden und das Empfangen verwendet werden.
Die Fig. 16 zeigt den Aufbau eines optischen SchleifenÜbertragungsnetzes, in welchem die erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung als Verstärkungsvorrichtung eingesetzt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind vier Sendeempfänger vorgesehen und das Lichtsignal wird in dem Schleifennetz in Uhrzeigerrichtung übertragen. In Fig. 16 sind mit 701 bis 704 Sendeempfänger für das Anschließen von Endgeräten an das Netz, mit 705 bis 712 Lichtleiter, mit 713 bis 716 Sender für das Umsetzen des elektrischen Signals in das Lichtsignal für die Abgabe in das Netz, mit 717 bis 720 Empfänger für das Umsetzen des aus dem Netz eingegebenen Lichtsignals in das elektrische Signal und mit 721 bis 732 erfindungsgemäße optische Verstärker für das direkte Verstärken des Lichtsignals bezeichnet. Die optischen Verstärker 721 bis 732 sind in Nachverstärker 721 bis 724 der Sender 713 bis 716, Vorverstärker 725 bis 728 der Empfänger 717 bis 720 und Leitungsverstärker 729 bis 732 in der Lichtübertragungsleitung unterteilt.
Als nächstes wird die Funktion dieses Ausführungsbeispiels unter der Annahme erläutert, daß die Übertragung von dem Sendeempfänger 701 zu dem Sendeempfänger 703 erfolgt. In dem Sender 713 des Sendeempfängers 701 wird das elektrische Signal in das Lichtsignal umgesetzt, welches durch den optischen Verstärker 721 verstärkt wird, um dem Lichtleiter 705 des Netzes zugeführt zu werden. Dieses Lichtsignal wird durch den optischen Verstärker 729 verstärkt, über den Lichtleiter 706 übertragen, durch den optischen Verstärker 726 des Sendeempfängers 702 verstärkt und in dem Empfänger 718 in das elektrische Signal umgesetzt. Da dieses Signal an den Sendeempfänger 703 adressiert ist, wird das Signal in dem Sendern 714 des Sendeempfängers 702 in das Lichtsignal umgesetzt und dieses Lichtsignal wird für die Eingabe in den Lichtleiter 707 in dem Netz durch den optischen Verstärker 722 verstärkt Dieses Lichtsignal wird durch den optischen Verstärkter 730 verstärkt, über den Lichtleiter 708 übertragen, durch den optischen Verstärkter 727 der Endstelle 703 verstärkt und in dem Empfänger 719 in das elektrische Signal umgesetzt. Da dieses Signal an den Sendeempfänger 703 adressiert ist, wird von dem Sendeempfänger 703 dieses Signal erkannt und aufgenommen. Damit ist die Übertragung abgeschlossen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die optischen Verstärker in dem Netz in allen Wegen angeordnet, entlang denen die Lichtsignale übertragen werden, jedoch ist es möglich, den optischen Verstärker in einem Teil der Wege in dem Netz anzuordnen. Ferner ist dieses Ausführungsbeispiel eine aktive Ausführung, bei der das Signal in dem Sendeempfänger regeneriert und weitergegeben wird. Es ist aber möglich, ein passives System aufzubauen, in welchem die optische Abzweig/Mischvorrichtung dazu verwendet wird, den Sendeempfänger an dem Lichtleiter anzuschließen, der die Übertragungsleitung ist. Bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 9 bis 16 wird als Lichtverstärker eine erfindungsgemäße optische Halbleitervorrichtung eingesetzt, jedoch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als Laserlichtquelle eines Lichtsenders in einem optischen Übertragungssystem verwendet werden.
Während dargestellt und beschrieben wurde, was als bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zu betrachten ist, ist es für den Fachmann ersichtlich, daß vielerlei Abänderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne von der durch die Ansprüche definierten Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Optische Halbleitervorrichtung, die ein Substrat (21; 41; 61), eine an dem Substrat (21; 41; 61) angebrachte Kollektorschicht (22; 42; 62) aus einem Halbleiter eines ersten Leitungstyps, eine an der Kollektorschicht (22; 42; 62) angebrachte Mehrfachquantenquellenschicht (15; 23; 43; 63), eine an der Mehrfachquantenquellenschicht (15; 23; 43; 63) angebrachte Basisschicht (24, 26; 44, 46; 64, 66) aus einem Halbleiter eines zweiten Leitungstyps, eine an der Mehrfachquantenquellenschicht (15; 23; 43; 63) angebrachte aktive Schicht (14; 25; 45; 65) , eine an der Basisschicht (24, 26; 44, 46; 64, 66) und der aktiven Schicht (14; 25; 45; 65) angebrachte Emitterschicht (27; 47; 67) aus einem Halbleiter des ersten Leitungstyps und eine Kollektorelektrode (30; 50; 70), eine Basiselektrode (29, 29'; 49, 49'; 69, 69') und eine Emitterelektrode (28; 48; 78) aufweist, welche jeweils elektrisch mit der Kollektorschicht, der Basisschicht (24, 26; 44, 46; 64, 66) bzw. der Emitterschicht (27; 47; 67) verbunden sind, wobei die Mehrfachquantenquellenschicht, die Basisschicht und die aktive Schicht bewirken, daß sich durch sie hindurch Licht fortpflanzt, um die Lichtemission oder Lichtverstärkung von Licht mit gewählter Wellenlänge zu bewirken,

wobei die optische Halbleitervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die aktive Schicht (14; 25; 45; 65) aus einem Halbleiter des zweiten Leitungstyps gebildet ist und die aktive Schicht (14; 25; 45; 65) dadurch innerhalb der Basisschicht (24, 26; 44, 46; 64, 66) in unmittelbarer Nähe zu der Mehrfachquantenquellenschicht (15; 23; 43; 63) angeordnet ist, daß die Basisschicht durch Einschichten der aktiven Schicht (14; 25; 45; 65) zwischen eine erste und eine zweite Halbleiterschicht (24, 26; 44, 46; 64, 66) gebildet ist, welche jeweils vom zweiten Leitungstyp sind und jeweils einen Bandabstand haben, der breiter als derjenige der aktiven Schicht (14; 25; 45; 65) ist.

2. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Fabry-Perot-Resonator für die Resonanz des sich durch die Basisschicht und die Mehrf achquantenquellenschicht hindurch fortpflanzenden Lichtes.

3. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Beugungsgitter für die verteilte Rückführung des sich durch die Basisschicht (24, 26; 44, 46; 64, 66) und die Mehrfachquantenquellenschicht (15; 23; 43; 63) hindurch fortpflanzenden Lichtes.

4. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter in einer dritten Halbleiterschicht ausgebildet ist, die zwischen der Basisschicht (24, 26; 44, 46; 64, 66) und der Emitterschicht (27; 47; 67) angebracht ist.

5. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfachquantenquellenschicht (15; 23; 43; 63) aus einer Vielzahl von Quellenschichten aus einem undotierten eigenleitenden Halbleiter und einer Vielzahl von Sperrschichten aus einem undotierten eigenleitenden Halbleiter gebildet ist, die abwechselnd übereinander geschichtet sind.

6. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellenschicht und die Sperrschicht aus AlGaAs mit unterschiedlichen Al-Mischkristall-Verhältnissen bestehen.

7. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Quellenschicht eine Dicke von 7 bis 12 nm hat.

8. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregungswellenlänge der Mehrfachquantenquellenschicht (15; 23; 43; 63) um ungefähr 10 bis 15 nm kürzer ist als die Wellenlänge des sich durch sie hindurch fortpflanzenden Lichtes.

9. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorschicht (30; 50; 70) und die Emitterschicht (27; 47; 67) aus p-AlGaAs bestehen und die Basisschicht (24, 26; 44, 46; 64, 66) aus n-AlGaAs besteht.

10. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorschicht (30; 50; 70) und die Emitterschicht (27; 47; 67) aus n-AlGaAs bestehen und die Basisschicht (24, 26; 44, 46; 64, 66) aus p-AlGaAs besteht.

11. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterschicht (27; 47; 67) mit einer streifenförmigen Rippe ausgebildet ist, die sich in einer Fortpflanzungsrichtung des Lichtes erstreckt.

12. Optische Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Schicht (14; 25; 45; 65) Einzelquantenquellenstruktur hat.

13. Optisches Übertragungssystem, das mindestens einen Sender (101, 102; 211, 241), mindestens einen Empfänger (103, 104; 221, 231), mindestens eine Übertragungsleitung (118, 119; 218, 219) für das Anschließen des Senders und Empfängers und eine optische Verstärkungseinrichtung (116; 213) mit der optischen Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 aufweist, die an mindestens einem Ort des mindestens einen Senders und des mindestens einen Empfängers angeordnet ist.

14. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 13, das eine Verstärkereinrichtung (106; 203) aufweist, die mindestens eine Übertragungsleitung für den Anschluß des mindestens einen Senders und des mindestens einen Empfängers verbindet.

15. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 13, das als optisches Zweirichtungs-Übertragungssystem gestaltet ist, welches eine Vielzahl von Sendeempfängern (201, 202), eine Übertragungsleitung für den Anschluß der Sendeempfänger (201, 202) und eine optische Verstärkungseinrichtung (212, 222, 232, 242) mit der optischen Halbleitervorrichtung nach Anspruch l aufweist, die an mindestens einem Ort der Sendeempfänger (201, 202) angeordnet ist.

16. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 14, das als optisches Zweirichtungs-Übertragungssystem gestaltet ist, welches eine Vielzahl von Sendeempfängern (201, 202), eine Verstärkereinrichtung (203), eine Übertragungsleitung (218, 219) für den Anschluß der Sendeempfänger (201, 202) über die Verstärkereinrichtung (203) und eine optische Verstärkungseinrichtung (212, 213, 222, 232, 242) mit der optischen Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 aufweist, die an mindestens einem Ort der Sendeempfänger (201, 202) und der Verstärkereinrichtung (203) angeordnet ist.

17. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 13 oder 14, das als optisches Bus-Übertragungsnetz (Fig. 11) gestaltet ist, welches eine Vielzahl von Endgeräten (321 bis 329), eine Vielzahl von jeweils an die Endgeräte (321 bis 329) angeschlossenen Sendeempfängern (311 bis 319) für die optische Übertragung zwischen den Endgeräten, mindestens eine Übertragungsleitung (300) für den Anschluß der Sendeempf änger (311 bis 319) und eine optische Verstärkungseinrichtung mit der optischen Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 aufweist, die an mindestens einer Stelle auf einem Lichtübertragungsweg von einem Lichtsendeteil von irgendeinem der Sendeempfänger (311 bis 319) zu einem Lichtempfangsteil von irgendeinem der Sendeempfänger (311 bis 319) angeordnet ist.

18. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 13 oder 14, das als optisches aktives Bus-Übertragungsnetz (Fig. 13) gestaltet ist, welches eine Vielzahl von Endgeräten (411 bis 419), eine Vielzahl von optischen Knotenpunkten (421 bis 429), die jeweils zumindest mehrere Vorrichtungen zum Senden von Lichtsignalen, mehrere Vorrichtungen zum Empfangen von Lichtsignalen und Vorrichtungen zum Steuern der Übertragung enthalten, eine Übertragungsleitung (400, 401) zum Verbinden der optischen Knotenpunkte (421 bis 429) und eine optische Verstärkungseinrichtung mit der optischen Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 aufweist, die an mindestens einer Stelle auf einem Lichtübertragungsweg von der Lichtsignal-Sendevorrichtung in irgendeinem der optischen Knotenpunkte (421 bis 429) zu der Lichtsignal-Empfangsvorrichtung in irgendeinen der optischen Knotenpunkte angeordnet ist.

19. Optisches Übertragungssystem gemäß Anspruch 13 oder 14, das als optisches Stern-Übertragungsnetz (Fig. 15) gestaltet ist, welches eine Vielzahl von Sendeempfängern (601 bis 604), die jeweils einen Lichtsendeteil (614 bis 617) und einen Lichtempfangsteil (618 bis 621) enthalten, einen Sternkoppler (605), eine Übertragungsleitung (606 bis 609) zum Verbinden des Sternkopplers (605) mit den Sendeempfängern (601 bis 604) und eine optische Verstärkungseinrichtung (635 bis 638) mit der optischen Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 aufweist, die an mindestens einer Stelle eines Lichtübertragungsweges angeordnet ist.

20. Optisches Übertragungssystem nach Anspruch 13 oder 14, das als optisches Schleifen-Übertragungsnetz (Fig. 16) gestaltet ist, welches eine Vielzahl von Sendeempfängern (701 bis 704), die jeweils einen Lichtsendeteil (713 bis 716) und einen Lichtempfangsteil (717 bis 720) enthalten, eine Übertragungsleitung (795 bis 712) zum Anschließen der Sendeempfänger (701 bis 704) und eine optische Verstärkungseinrichtung (729 bis 732) mit der optischen Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 aufweist, die an mindestens einer Stelle eines Lichtübertragungsweges angeordnet ist.

21. Verfahren zum Verstärken von Licht mit einer optischen Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Außenseite der Vorrichtung her Licht auf einen Wellenleiter gerichtet wird, der durch die Mehrfachquantenquellenschicht (15; 23; 43; 63) , die Basisschicht (24, 26; 44, 46; 64, 66) und die aktive Schicht (14; 25; 45; 65) gebildet ist, und dann, wenn zwischen die Emitterelektrode (28; 48; 78) und die Basiselektrode (29, 29'; 49, 49'; 69, 69') ein elektrisches Feld zur Vorwärtsvorspannung angelegt wird, das Licht, dessen Wellenlänge aus dem einfallenden Licht gewählt ist, zur Abgabe des verstärkten Lichtes aus der Vorrichtung verstärkt wird, und dann, wenn zwischen die Basiselektrode (29, 29'; 49, 49?, 69, 69') und die Kollektorelektrode (30; 50; 70) ein elektrisches Feld zur Gegenvorspannung angelegt wird, die Wellenlänge des zu verstärkenden Lichtes geändert wird.

22. Verfahren zum Emittieren von Licht mit einer optischen Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Vorrichtung durch das Anlegen eines elektrischen Feldes zur Vorwärtsvorspannung zwischen die Emitterelektrode (28; 48; 78) und die Basiselektrode (29, 29'; 49, 49', 69, 69') ein Laserlicht abgestrahlt wird, dessen Wellenlänge gewählt ist, und durch Anlegen eines elektrischen Feldes zur Gegenvorspannung zwischen die Basiselektrode (29, 29', 49, 49', 69, 69') und die Kollektorelektrode (30; 50; 70) die Wellenlänge des von der Vorrichtung abzugebenden Laserlichtes geändert wird.