DE69120496T2

DE69120496T2 - Halbleiterlaser

Info

Publication number: DE69120496T2
Application number: DE69120496T
Authority: DE
Inventors: Toshitaka Aoyagi; Yutaka Nagai; Kimio Shigihara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1991-04-17
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2011-04-18
Also published as: DE69120972T2; US5177749A; EP0603164A2; EP0603164A3; US5161164A; EP0482733B1; JPH04107976A; EP0603164B1; DE69120496D1; DE69120972D1; EP0482733A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterlaservorrichtung und insbesondere eine, die ein einzelnes Element aufweist, das dazu in der Lage ist, bei zwei oder mehr verschiedenen Wellenlängen zu oszillieren.
Fig. 4(a) zeigt eine Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung für Oszillationen bei zwei Wellenlängen nach dem Stand der Technik, die beispielsweise in "Y. Tokuda et al., Appl. Phys. Lett. 49(24), Seiten 1629 bis 1631, (1986)" zitiert ist. Fig. 4(b) zeigt deren Lichtleistung in Abhängigkeit vom Strom, und Fig. 4(c) zeigt ein Energiebanddiagramm in der Nachbarschaft ihrer aktiven Schicht. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind auf einem Substrat 701 vom p-Typ oder n-Typ nacheinander eine Pufferschicht 702 vom p-Typ oder n-Typ, eine untere Überzugsschicht 703 vom p-Typ oder n-Typ, eine Lichteinschlußschicht 704 vom p-Typ oder n-Typ, eine undotierte aktive Quantenwannenschicht 705, eine Lichteinschlußschicht 706 vom n-Typ oder p-Typ, eine obere Überzugsschicht 707 vom n-Typ oder p-Typ und eine Kontaktschicht 708 vom n-Typ oder p-Typ angeordnet. Eine dünne SiO&sub2;-Schicht 709 ist auf einem Bereich auf der oberen Überzugsschicht 707 angeordnet, wo die streifenförmige Kontaktschicht 708 nicht ausgebildet ist. Eine Elektrode 710 ist auf der hinteren Oberfläche des Substrates 701 angeordnet, und eine Elektrode 711 ist auf der Kontaktschicht 708 und der dünnen SiO&sub2;-Schicht 709 angeordnet. Das Bezugszeichen 712 bezeichnet einen Fremdatomdiffusionsbereich.
Eine Beschreibung der Funktionsweise wird gegeben.
Wenn ein Strom in die Halbleiterlaservorrichtung injiziert wird, wird, zuallererst, spontanes Emisstonslicht (i in Fig. 4(b)) emittiert. Dann wird Strom weiter injiziert, und induzierte Emission tritt auf, wenn die Verstärkung aufgrund der Strominjektion und der totale Verlust in dem Halbleiterlaser einander gleich sind (ii in Fig. 4(b)). Dann erhält man wie in Fig. 4(c) gezeigt, eine Oszillation in Folge des Quantenwannenübergangs bei dem unteren Zustand (n = 1). Wenn Strom noch weiter injiziert wird, nimmt die Zahl der Elektronen und Löcher, die den Quantenwannenzustand mit n = 2 besetzen, zu, und man erhält eine Oszillation in Folge des in Fig. 4(c) gezeigten Überganges mit n = 2 (iii in Fig. 4(b)).
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung vom Gruppentyp nach dem Stand der Technik, die eine Vielzahl von Laserlichtern verschiedener Wellenlänge emittiert, beispielsweise zitiert in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-242093. In Fig. 5 sind auf einem GaAs-Substrat 110 vom n-Typ nacheinander eine GaAs-Pufferschicht 111 vom n-Typ, eine AlxGa1-xAs-Schicht 112 vom n-Typ (x = 0,4), eine AlyGa1-yAs-Schicht 113 (y = 0,2), eine AlzGa1-zAs-Schicht 114 (z = 0,1 bis 1), eine AlyGa1-xAs-Schicht 115 (y = 0,2), eine AlxGa1-xAs-Schicht 116 vom p-Typ (x = 0,4) und eine GaAs-Schicht 117 vom p&spplus;-Typ angeordnet. Weiterhin ist eine gemeinsame n-Stirnflächenelektrode 118 auf der hinteren Oberfläche des Substrates 110 angeordnet, und p-Stirnflächenelektroden 119 und 120 sind auf der GaAs-Schicht 117 vom p&spplus;-Typ angeordnet. Diese Halbleiterlaservorrichtung vom Gruppentyp ist mit einem ersten Laserlichterzeugungsbereich 121 und einem zweiten Laserlichterzeugungsbereich 122 ausgestattet, und eine reflektierende Schicht 125 ist bei dem Teilbereich 123a des ersten Laserlichterzeugungsbereiches 121 bei der Facette 124 der Vorrichtung ausgebildet, während bei dem Teilbereich 123b des zweiten Laserlichterzeugungsbereiches 122 bei der Facette 124 der Vorrichtung keine reflektierende Schicht ausgebildet ist.
Eine Beschreibung der Arbeitsweise dieser Halbleiterlaservorrichtung vom Gruppentyp wird gegeben.
Wie oben diskutiert wurde, ist, da die reflektierende Schicht 125 bei der Facette 123a des ersten Laserlichterzeugungsbereiches 121 ausgebildet ist, während keine reflektierende Schicht bei der Facette 123b des zweiten Laserlichterzeugungsbereiches 122 ausgebildet ist, der optische Verlust in dem ersten Laserlichterzeugungsbereich 121 größer als der in dem zweiten Laserlichterzeugungsbereich 122. Als eine Folge tritt in dem zweiten Laserlichterzeugungsbereich 122 eine Oszillation der Wellenlänge λ&sub1; beim Quantennivau n = 1 mit geringerem optischen Verlust auf, während in dem ersten Laserlichterzeugungsbereich 121 eine Oszillation der Wellenlänge λ&sub2; beim Quantennivau n = 2 mit hohem optischen Verlust auftritt. Auf diese Weise werden die optischen Verluste in den entsprechenden Laserlichterzeugungsbereichen 121 und 122 geändert, indem man das Reflexionsvermögen bei den entsprechenden Laserfacetten 123a und 123b ändert, wodurch eine monolithische Vorrichtung realisiert wird, die bei einer Vielzahl von Wellenlängen oszilliert.
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleiterlaservorrichtung nach dem Stand der Technik, die eine Vielzahl von Laserlichtern verschiedener Wellenlänge emittiert, beispielsweise zitiert in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-312688. In Fig. 6 sind auf einem GaAs-Substrat 201 vom n&spplus;-Typ nacheinander eine AlzGa1-zAs-Überzugsschicht 202 vom n-Typ, eine AlzGa1-zAs-Schicht 203 vom n-Typ mit einer parabolischen Brechungsindexverteilung (z T y), eine aktive AlxGa1-xAs-Schicht 204a, eine AlyGa1-yAs-Sperrschicht 205, eine aktive AlxGa1-x-As-Schicht 204b, eine AlzGa1-zAs-Schicht 206 vom p-Typ mit einer parabolischen Brechungsindexverteilung (z T y) und eine AlzGa1-zAs-Überzugsschicht 207 vom p-Typ angeordnet. Eine n-Stirnflächenelektrode 211 ist auf der Gesamtheit der hinteren Oberfläche des Substrates 201 angeordnet. Weiterhin ist eine GaAs-Deckschicht 208a vom p&spplus;-Typ auf einem Bereich A auf der Überzugsschicht 207 und eine GaAs-Deckschicht 208b vom p&spplus;-Typ auf einem Bereich B auf der Überzugsschicht 207 angeordnet. P-Stirnflächenelektroden 212a und 212b sind auf den Deckschichten 208a bzw. 208b angeordnet. Diese Halbleitervorrichtung weist einen aktiven Quantenwannenschichtteil A und einen Lichtabsorptionsmengeregelungsteil B auf, die die Oszillation durch Anlegen eines elektrischen Feldes an den Regelungsteil B unter Verwendung der Elektroden 211 und 212b regelt.
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Halbleitervorrichtung vom Gruppentyp nach dem Stand der Technik, die eine Vielzahl von Laserlichtern verschiedener Wellenlänge emittiert, beispielsweise zitiert in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-32986. In Fig. 7 sind auf den GaAs-Substrat 305 vom n-Typ nacheinander eine AlGaAs-Überzugsschicht 306 vom n-Typ, eine aktive Quantenwannenschicht 307 und eine AlGaAs-Überzugsschicht 308 vom p-Typ angeordnet, und GaAs-Kontaktschichten 309a, 309b und 309c vom p-Typ sind auf der Überzugsschicht 308 parallel zueinander angeordnet. Isolierschichten 310 sind bei Bereichen auf der Überzugsschicht 308 angeordnet, wo die Kontaktschichten 309a, 309b und 309c nicht angeordnet sind. Eine n-Stirnflächenelektrode 303 ist auf der Gesamtheit der hinteren Oberfläche des Substrates 305 angeordnet, und p-Stirnflächenelektroden 304a, 304b und 304c, die jede eine verschiedene Länge aufweisen, sind entsprechend zu den Kontaktschichten 309a, 309b bzw. 309c angeordnet. Stromanschlüsse 301, 302a, 302b und 302c sind entsprechend mit der n-Stirnflächenelektrode 303 und den p-Stirnflächenelektroden 304a, 304b und 304c verbunden. Zusätzlich zeigt die gestrichelte Linie 311 eine Diffusionsfront von Fremdatomen vom p-Typ.
Es ist allgemein bekannt, daß, wenn ein Strom in die aktive Quantenwannenschicht injiziert wird und die Injektionsladungsträgerdichte erhöht wird, um die Bandbesetzung zu erzeugen, die Verstärkung höher ist, wenn das Energieniveau des Quantenniveaus höher ist. In einer Lasergruppe, in der jedes Laserelement dieselbe Länge der Kavität aufweist, ist die Veränderung der Länge des Verstärkungsbereiches mittels Verändern der Länge der Elektrode äquivalent dazu, daß der Verlust verändert wird, und wenn der Laser eine Elektrode kürzerer Länge aufweist, ist eine höhere Verstärkung erforderlich, um zu oszillieren. Dementsprechend, wenn die Länge der Elektrode kürzer ist, ist ein Quantenniveau höherer Energie erforderlich, um eine Laseroszillation zu erhalten. In dieser Halbleiterlaservorrichtung vom Gruppentyp oszuliert der Laser, der eine kürzere Elektrode zur Strominjektion aufweist, im höheren Quantenniveau, wodurch die Oszillationswellenlängen der entsprechenden Laser variiert werden können.
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsansicht einer Quantenwannen-Halbleiterlaservorrichtung, die in einem hohem Quantenniveau unter Erhöhung des Kavitätsverlustes oszilliert, beispielsweise zitiert in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 63-54794. In Fig. 8 sind auf einem GaAs-Substrat 402 vom n-Typ nacheinander eine AlGaAs-Überzugsschicht 403 vom n-Typ, eine aktive GaAs-Quantenwannenschicht 404, eine AlGaAS-Überzugsschicht 405 vom p-Typ und eine GaAs-Kontaktschicht 406 vom p-Typ angeordnet. Eine n- Stirnflächenelektrode 401 ist auf der hinteren Oberfläche des Substrates 402 angeordnet, und eine p-Stirnflächenelektrode 407 ist auf der Kontaktschicht 406 mit Ausnahme des Absorptionsbereiches 409 angeordnet.
In dieser Halbleiterlaservorrichtung wird der Absorptionsbereich 409 bei einem Teil der Vorrichtung bereitgestellt, um den Verlust der gesamten Vorrichtung zu erhöhen, wodurch eine Oszillation bei einem höherem Quantenwannenenergieniveau ermöglicht wird. Wenn die Größe dieses Absorptionsbereiches 409 angepaßt wird, ist es möglich, die Lichter beider Wellenlängen n = 1 und n 2 zu schalten, oder die Lichter beider Wellenlängen n = 1 und n = 2 zur selben Zeit auszugeben, indem man die Höhe des Injektionsstromes ändert.
Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Halbleiterlaservorrichtung nach dem Stand der Technik, zitiert in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung 63- 32985, in der die Strominjektionselektrode in eine Vielzahl aufgeteilt ist und die Stromniveaus, die in die aufgeteilten Elektroden injiziert werden sollen, geregelt werden, um Oszillation bei verschiedenen Quantenniveaus zu ermöglichen. In Fig. 9 sind auf einem GaAs-Substrat 505 vom n&spplus;-Typ nacheinander eine AlGaAS-Überzugsschicht 506 vom n-Typ, eine aktive Quantenwannenschicht 507, eine AlGaAs-Überzugsschicht 508 vom p-Typ und eine GaAs-Kontaktschicht 509 vom p-Typ angeordnet. Eine n-Stirnflächenelektrode 503 ist auf der hinteren Oberfläche des Substrates 505 angeordnet, und p-Stirnflächenelektroden 504A und 504B sind auf der Kontaktschicht 509 angeordnet. Stromanschlüsse 501, 502A und 502B sind mit diesen Elektroden 503, 504A bzw. 504B verbunden. Zusätzlich zeigt die gestrichelte Linie 513 eine Diffusionsfront von Fremdatomen vom p-Typ.
In dieser Halbleiterlaservorrichtung wird die Höhe des Injektionsstromes von der Elektrode 504B verändert, um zu regeln, ob die Oszillation in der aktiven Quantenwannenschicht 507 im Quantennivau n = 1 oder Quantenniveau n = 2 stattfindet. Das heißt, wenn kein Strom in die Elektrode 504B injiziert wird, tritt keine Oszillation mit einer Verstärkung für das Quantenniveau n = 1 auf. Indem man die Höhe des in die Elektrode 504A injizierten Stromes erhöht, wird die Verstärkung für das Quantenniveau n = 2 erhöht und eine Laseroszillation tritt bei einer Wellenlänge auf, die dem Quantenniveau n = 2 entspricht. Wenn in diesem Zustand in die Elektrode 504b Strom injiziert wird, nimmt der Verlust innerhalb des Laserelementes ab und die Verstärkung für das Quantenniveau n = 1 übersteigt den Verlust, und eine Laseroszillation tritt dann bei einer Wellenlänge auf, die dem Quantenniveau n = 1 entspricht. In dieser herkömmlichen Vorrichtung wird das Stromniveau, das in die in eine Vielzahl aufgeteilte Strominjektionselektrode injiziert wird, geregelt, wodurch Oszillationen bei einer Vielzahl von Wellenlängen realisiert werden.
Fig. 10 zeigt eine Halbeiterlaservorrichtung nach dem Stand der Technik, in der die Wellenlänge der Oszillation variiert wird, indem man den Brechungsindex des bei der Laserfacette bereitgestellten elektro-optischen Kristalls variiert, zitiert in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1-208884. Wie in Fig. 10 gezeigt, ist ein reflektierender Spiegel 602 bei einer Stirnflächenfacette einer Laserdiode 601 bereitgestellt, und ein elektro-optischer Kristall 603 ist bei der anderen Facette bereitgestellt. Ein Steuerschaltkreis 604, um den Brechungsindex des elektro-optischen Kristalls 603 zu regeln, ist mit dem elektro-optischen Kritall 603 verbunden.
In dieser Halbleiterlaservorrichtung wird die Wellenlänge der Oszillation durch die Schwingungsmode der Laserdiode 601 und die Schwingungsmode des elektro-optischen Kristalls 603 bestimmt. Die Schwingungsmode des elektro-optischen Kristalls 603 kann variiert werden, dadurch, daß eine Spannung mittels des Steuerschaltkreises 604 an den elektro-optischen Kristall 603 angelegt wird, um den Brechungsindex des elektro-optischen Kristalls 603 zu verändern, wodurch die Wellenlänge der Laseroszillation variiert werden kann.
Die Halbleiterlaservorrichtungen nach dem Stand der Technik, die in der Lage sind, bei zwei oder mehr Wellenlängen zu oszillieren, sind so konstruiert, daß die Wellenlänge der Oszillation mittels des Stromes, der in das Laserelement oder den Wellenlängenregelungsbereich, der als Einheit mit dem Laserelement ausgebildet ist, injiziert wird, variiert wird, oder daß Oszillationen bei verschiedenen Wellenlängen in verschiedenen lichtemittierenden Bereichen der Laservorrichtung vom Gruppentyp auftreten. In solchen Laservorrichtungen ist kein Element bereitgestellt, das von dem Halbleiterlaserelement separiert bzw. getrennt ist, um das Halbleiterlaserelement bei verschiedenen Wellenlängen oszillieren zu lassen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterlaservorrichtung fur Oszillationen bei mehreren Wellenlängen bereitzustellen, die in der Lage ist, bei zwei oder mehr Wellenlängen von einem Halbleiterlaserelement zu oszillieren, und eine erwünschte Lichtleistung bei entsprechenden Wellenlängen mittels Bereitstellen eines von dem Halbleiterlaserelement separierten bzw. getrennten Elementes zu erhalten.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleiterlaservorrichtung für Oszillationen bei mehreren Wellenlängen bereitzustellen, die in der Lage ist, die Wellenlänge mit hoher Geschwindigkeit zu ändern.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden von der im folgenden gegebenen ausführlichen Beschreibung offensichtlich werden; es versteht sich jedoch, daß die ausführliche Beschreibung und die spezifische Ausführungsform nur zur Veranschaulichung gegeben sind, da für Fachleute aus dieser ausführlichen Beschreibung verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Anwendungsbereiches der Erfindung offensichtlich werden. Halbleiterlaservorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen 1 und 5 definiert.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine perspektivischen Ansicht einer Struktur einer Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Diagramm, um die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu erklären; und
die Figuren 4 bis 10 Diagramme, die Halbleiterlaservorrichtungen nach dem Stand der Technik zeigen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Halbleiterlaserelement, das eine aktive Quantenwannenschicht oder eine aktive Multi-Quantenwannenschicht aufweist, die zwei oder mehr quantenmechanische Zustände ermöglicht. Die aktive Quantenwannen- oder Multi-Quantenwannenschicht 2 ist beim Zentrum des Laserelementes 1 angeordnet. Eine untere Stirnflächenelektrode 3 ist auf der unteren Oberfläche des Halbleiterlaserelementes 1 angeordnet, und eine obere Stirnflächenelektrode 4 ist auf der oberen Oberfläche des Halbleiterlaserelementes 1 angeordnet. Eine dünne Schicht 5 mit schwachem Reflexionsvermögen oder ohne Reflexionsvermögen (Anti-Reflexionsschicht (AR-Schicht)) ist auf der vorderen Facette des Halbleiterlaserelementes 1 aufgetragen bzw. als Beschichtung aufgebracht. Eine dünne Schicht 6 mit hohem Reflexionsvermögen ist auf der hinteren Facette des Halbleiterlaserelementes 1 als Beschichtung aufgebracht bzw. aufgetragen. Eine metallene Verdrahtung 7, um Strom zu injizieren, ist auf der oberen Stirnflächenelektrode 4 angeordnet. Das Halbleiterlaserelement 1 ist auf einem leitfähigem Sockel (nicht gezeigt) angebracht, und elektrischer Strom fließt von der metallenen Verdrahtung 7 durch das Laserelement 1 hindurch zu dem leitfähigen Sockel. In Fig. 1 sind aus Gründen der Vereinfachung und Übersichtlichkeit andere Schichten als die aktive Schicht 2, die die Laserstruktur des Laserelementes 1 bilden, nicht gezeigt.
Eine Halbleiterplatte 9, an deren beiden Oberflächen dünne Anti-Reflexionsschichten oder schwach reflektierende Schichten 10a und 10b angebracht sind, um die Halbleiterplatte 9 nicht-reflektierend oder schwach reflektierend zu machen, in einem Zustand, wo Strom injiziert ist, ist in der Nachbarschaft der schwach reflektierenden dünnen Schicht 5 des Laserelementes 1 angeordnet.
Die Halbleiterplatte 9 ist vom p-Typ oder n-Typ oder undotiert, eine Elektrode 11, um Ladungsträger zu injizieren, ist an ihr angebracht, und eine metallene Verdrahtung 12 zur Ladungsträgerinjektion ist mit der Elektrode 11 verbunden.
Die Halbleiterlaservorrichtung dieser Ausführungsform benützt eine Veränderung im Brechungsindex in Folge von Ladungsträgerinjektion in die Halbleiterplatte 9, um das Reflexionsvermögen bzw. die Reflektivität elektrisch zu variieren. Das Halbleiterlaserelement 1 weist eine aktive Quantenwannen- oder Multi-Quantenwannenschicht 2 auf, die, ähnlich wie die erste Ausführungsform, quantenmechanische Zustände mit zwei oder mehr Quantenniveaus ermöglicht. Hierbei ist das Reflexionsvermögen der reflektierenden dünnen Schicht 5 der vorderen Facette Rf, und das Reflexionsvermögen der reflektierenden dünnen Schicht 6 der hinteren Facette ist Rr, wobei diese Reflektivitäten der Bedingung Rf Rr < Rth&sub1;, &sub2; genügen. Wie oben beschrieben, sind die dünnen Beschichtungen 10a und 10b, die die Halbleiterplatte 9 nicht-reflektierend oder schwach reflektierend in einem Zustand machen, wo Strom in die Halbleiterplatte 9 injiziert wird, auf den Oberflächen der Halbleiterplatte 9 bereitgestellt. Dementsprechend kehrt Licht, wenn Ladungsträger in die Halbleiterplatte 9 injiziert werden, nicht zu dem Halbleiterlaser zurück, und man erhält eine Oszillation kurzer Wellenlänge des Zustandes n = 2.
Andererseits, wenn kein Strom in die Halbleiterplatte 9 injiziert wird, wird der Brechungsindex groß im Vergleich dazu, wenn Strom injiziert wird. Dann wird die Reflexion von der Halbleiterplatte 9 groß, wodurch man eine Oszillation langer Wellenlänge des Zustandes n = 1 erhält.
Gemäß der geometrischen Optik erhält man keine Reflexion gegenüber Licht der Wellenlänge λ, wenn eine Substanz mit dem Brechungsindex nm mit einer Dicke von λ/4 nm zwischen einem Halbleiter oder einer dielektrischen Substanz mit Brechungsindex nm und Luft angeordnet wird. Folglich wird die in Figur 3(a) gezeigte Struktur, in der Materialien 41a und 41b mit Brechungsindex nf (= nm) mit einer Dicke von λ/4nf als schwach reflektierende dünne Schichten bei den beiden Seiten des Halbleiters oder der dielektrischen Substanz 40 angeordnet werden, eine nicht-reflektierende dünne Schicht gegenüber bzw. in Bezug auf die Wellenlänge λ. Da es jedoch in der Praxis schwierig ist, ein Material mit dem Reflexionsvermögen bzw. der Reflektivität nf = nm zu erhalten, erhält man keine perfekte nichtreflektierende dünne Schicht sondern eine schwach reflektierende dünne Schicht, die nahezu nicht-reflektierend ist. Diese schwach reflektierende dünne Schicht verändert das Reflexionsvermögen nicht im großen Ausmaß, wenn sich die Wellenlänge λ von der Wellenlänge des Quantenniveaus n = 1 zu der Wellenlänge des Quantenniveaus n = 2 ändert, wobei der Wert der Veränderung einige 10 nm beträgt. Folglich weist diese Struktur keine Wellenlängenselektivität auf.
Wenn Ladungsträger injiziert werden oder wenn ein elektrisches Feld an den Halbleiter oder die dielektrische Substanz angelegt wird, ändert sich der Brechungsindex des Halbleiters oder der dielektrischen Substanz von nm zu nm + Δnm. Das Reflektionsvermögen bzw. die Reflektivität R der in Fig. 3(a) gezeigten Struktur in diesem Zustand wird durch die folgende Formel gegeben.
Die Änderung des Brechungsindex gegenüber der Menge an in-jizierten Ladungsträgern (Δnm/ΔN, ΔN: Menge an injizierten Ladungsträgern) beträgt im Falle von AlGaAs -4,0 x 10&supmin;²¹ cm³.
In der Struktur von Fig. 1 ist, wenn AlxGa1-xAs (x = 0,1) für die Halbleiterplatte 9 verwendet wird, nm = 3,52. Wenn die Menge an injizierten Ladungsträgern 1 x 10²&sup0; cm³ beträgt, ist Δnm = -0,4. Weiterhin, wenn Zr&sub2;O&sub3; mit einem Brechungsindex von 2,2 für die schwach reflektierende dünne Schicht verwendet wird, wird das Reflexionsvermögen, im Fall das Ladungsträger injiziert werden, 4,8%, was ungefähr zweimal so hoch ist wie das Reflexionsvermögen von 2,5%, das man erhält, wenn die Ladungsträger nicht injiziert werden. Dies ist ein Beispiel und es ist möglich, das Reflektionsvermögen bzw. die Reflektivität mittels Auswahl der Materialien und der Injektionsladungsträgermenge im großen Ausmaß zu verändern.
In der obigen Ausführungsform ist das reflektierende Spiegelelement, das die Halbleiterplatte 9 und die schwach reflektierenden dünnen Schichten 10a und 10b aufweist, getrennt bzw. separiert von dem Laserelement 1 in der Nach- barschaft der Facette des Laserelementes 1 angeordnet, und der Brechungsindex des reflektierenden Spiegelelementes wird mittels Regeln der Menge der in die Halbleiterplatte 9 injizierten Ladungsträger variiert, um dadurch das Reflexionsvermögen des reflektierenden Spiegelelementes zu verändern. Folglich kann der Spiegelverlust des Lasers geregelt werden, und man erhält eine Oszillation des Quantenwannenlasers bei bzw. in verschiedenen Quantenniveaus. Zusätzlich erhält man, da das Schalten der Wellenlänge mittels Ladungsträgerinjektion in das reflektierende Spiegelelement, das von dem Laserelement getrennt ist, durchgeführt wird, Eigenschaften einer ziemlich hohen Schaltgeschwindigkeit bzw. eine Hochgeschwindigkeitsschaltkennlinie.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wo ein reflektierendes Spiegelelement verwendet wird, das, in einem Zustand, wo Ladungsträger in dieses injiziert werden, nicht-reflektierend oder schwach reflektierend wird, kann mit demselben Effekt bzw. derselben Wirkung wie oben beschrieben ein reflektierendes Spiegelelement verwendet werden, das nicht-reflektierend oder schwach reflektierend in einem Zustand wird, wo Ladungsträger nicht injiziert werden.
Fig. 2 zeigt eine Halbleiterlaservorrichtung als eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform benützt eine Veränderung des Brechungsindex in Folge eines elektro-optischen Effektes, um das Reflexionsvermögen zu verändern. In Fig. 2 bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie jene, die in Fig. 1 gezeigt sind, dieselben oder entsprechende Teile. Die vordere Facette und die hintere Facette des Halbleiterelementes 1 sind asymmetrisch mittels der schwach reflektierenden dünnen Schicht 5 bzw. der stark reflektierenden dünnen Schicht 6 beschichtet. Ein Halbleiter oder eine dielektrische Substanz 30 mit elektro-optischem Effekt, an bzw. auf deren beiden Oberflächen dünne Anti-Reflexionsschichten oder schwach reflektierende dünne Schichten 31a und 31b angebracht sind, um den Halbleiter oder die dielektrische Substanz 30 in einem Zustand, wo kein elektrisches Feld angelegt ist, nicht-reflektierend oder schwach reflektierend zu machen, ist in der Nachbarschaft der schwach reflektierenden dünnen Schicht 5 des Halbleiterelements 1 angeordnet.
In dieser Ausführungsform wird, verschieden von der Ausführungsform von Fig. 1, der Brechungsindex des Halbleiters oder der dielektrischen Substanz 30 nicht in Folge von Ladungsträgerinjektion sondern in Folge eines elektro-optischen Effektes mittels Anlegen eines elektrischen Feldes variiert. Das Prinzip, um Oszillationen bei mehreren Wellenlängen zu realisieren, ist jedoch vollkommen dasselbe. Das heißt, wenn an den Halbleiter oder die dielektrische Substanz 30 kein elektrisches Feld angelegt ist, wird das reflektierende Spiegelelement, das die schwach reflektierenden dünnen Schichten 31a und 31b und den Halbleiter oder die dielektrische Substanz 30 aufweist, nicht-reflektierend oder schwach reflektierend und, folglich, oszilliert der Laser im Zustand n = 2. Wenn ein elektrisches Feld angelegt ist, verändert sich der Brechungsindex des Halbleiters oder der dielektrischen Substanz 30 und das Reflexionsvermögen nimmt zu, wodurch man eine Oszillation im bzw. beim Zustand n = 1 erhält. Da das Schalten der Wellenlänge mittels Anlegen bzw. Beaufschlagen eines elektrischen Feldes durchgeführt wird, kann man, ähnlich wie in der Ausführungsform von Fig. 1, Eigenschaften einer ziemlich hohen Schaltgeschwindigkeit bzw. eine Hochgeschwindigkeitsschaltkennlinie erhalten.
Während in der oben beschriebenen Ausführungsform ein reflektierendes Spiegelelement verwendet wird, das in einem Zustand, wo ein elektrisches Feld nicht an dieses angelegt ist, nicht-reflektierend oder schwach reflektierend wird, kann mit denselben Effekten bzw. Wirkungen wie oben be- schrieben ein reflektierendes Spiegelelement verwendet werden, das nicht-reflektierend oder schwach reflektierend wird, wenn ein elektrisches Feld an dieses angelegt wird.
Zusätzlich, wenn das Halbleiterlaserelement bis zu i (> 2) Quantenniveuas erlaubt, ist es möglich, Oszillationen bis zum i-ten Niveau zu erhalten, indem man die Amplitude des an den Halbleiter oder die dielektrische Substanz angelegten elektrischen Feldes verändert.

Claims

1. Eine Halbleiterlaservorrichtung mit:

einem Halbleiterlaserelement (1) mit einer aktiven Schicht (2), die eine Quantenwannenstruktur oder eine Multi-Quantenwannenstruktur aufweist, die n quantenmechanische Zustandsniveaus besitzt, n ≥ 2, von einem ersten Quantenniveau bis zu einem n-ten Quantenniveau, wobei das Reflexionsvermögen (Rf) der vorderen Facette und das Reflexionsvermögen (Rr) der hinteren Facette asymmetrisch oder niedrig sind, sodaß für das n-te Quantenniveau Oszillation auftritt; und

einem reflektierendem Spiegelelement (9-12), das ein Material (9) aufweist, dessen Brechungsindex mittels Injektion von Ladungsträgern geändert werden kann, um dessen Reflexionsvermögen zu ändern, und das sich entweder vor der vorderen Facette (5) oder hinter der hinteren Facette (6) des Halbleiterlaserelementes (1) befindet; wobei

das Halbleiterlaserelement (1) gezwungen werden kann, für ein anderes Quantenniveau zu oszillieren als Folge der Injektion der Ladungsträger.

2. Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das reflektierende Spiegelelement (9-12) aufweist:

eine Halbleiterplatte (9), deren Brechungsindex sich infolge Ladungsträgerinjektion verändert;

eine Einrichtung(11, 12), um Ladungsträger in die Halbleiterplatte (9) zu injizieren; und

Beschichtungen (10a, 10b) aus dünnen schwach reflektierenden Schichten oder dünnen Antireflexionsschichten, die auf beiden Oberflächen der Halbleiterpiatte (9) ausgebildet sind.

3. Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Beschichtungen (10a, 10b) aus dünnen schwach reflektierenden Schichten oder dünnen Antireflexions- schichten so beschaffen sind, daß das reflektierende Spiegelelement (9-12) in einem Zustand, wo Strom in dieses injiziert wird, entweder schwach reflektierend oder nichtreflektierend ist.

4. Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Beschichtungen (10a, 10b) aus dünnen schwach reflektierenden Schichten oder dünnen Antireflexionsschichten so beschaffen sind, daß das reflektierende Spiegelelement (9-12) in einem Zustand, wo kein Strom in dieses injiziert wird, entweder schwach reflektierend oder nicht-reflektierend ist.

5. Eine Halbleiterlaservorrichtung mit:

einem Halbleiterlaserelement (1) mit einer aktiven Schicht (2), die eine Quantenwannenstruktur oder eine Multi-Quantenwannenstruktur aufweist, die n quantenmechanische Zustandsniveaus besitzt, n ≥ 2, von einem ersten Quantenniveau bis zu einem n-ten Quantenniveau, wobei das Reflexionsvermögen (Rf) der vorderen Facette und das Reflexionsvermögen (Rr) der hinteren Facette asymmetrisch oder niedrig sind, sodaß im n-ten Quantenniveau Oszillation auftritt; und

einem reflektierendem Spiegelelement (30-33), das ein Material (30) aufweist, dessen Brechungsindex mittels Anlegen eines elektrischen Feldes geändert werden kann, um dessen Reflexionsvermögen zu ändern, und das sich entweder vor der vorderen Facette (5) oder hinter der hinteren Facette (6) des Halbleiterlaserelementes befindet; wobei

das Halbleiterlaserelement (1) gezwungen werden kann, für ein anderes Quantenniveau zu oszillieren als Folge des Anlegens des elektrischen Feldes.

6. Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei das reflektierende Spiegelelement (30-33) aufweist:

eine Halbleiterplatte (30), deren Brechungsindex sich infolge Anlegen eines elektrischen Feldes verändert;

eine Einrichtung(32, 33), um ein elektrisches Feld an die Halbleiterpiatte (30) anzulegen; und

Beschichtungen (31a, 31b) aus dünnen schwach reflektierenden Schichten oder dünnen Antireflexionsschichten, die auf beiden Oberflächen der Halbleiterplatte (30) ausgebildet sind.

7. Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Beschichtungen (31a, 31b) aus dünnen schwach reflektierenden Schichten oder dünnen Antireflexionsschichten so beschaffen sind, daß das reflektierende Spiegelelement (30-33) in einem Zustand, wo ein elektrisches Feld an dieses angelegt ist, entweder schwach reflektierend oder nicht-reflektierend ist.

8. Eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Beschichtungen (31a, 31b) aus dünnen schwach reflektierenden Schichten oder dünnen Antireflexionsschichten so beschaffen sind, daß das reflektierende Spiegelelement (30-33) in einem Zustand, wo kein elektrisches Feld an dieses angelegt ist, entweder schwach reflektierend oder nicht-reflektierend ist.