DE69312767T2

DE69312767T2 - Lasersystem

Info

Publication number: DE69312767T2
Application number: DE69312767T
Authority: DE
Inventors: Jun-Ichi Hashimoto; Tsukuru Katsuyama; Ichiro Yoshida
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1992-03-11
Filing date: 1993-03-11
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2013-03-12
Also published as: EP0560358A2; DE69312767D1; EP0560358B1; CA2091302A1; EP0560358A3; US5663975A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mehrfachstrahl- Halbleiterlaser mit zumindest einen ersten und zweiten Laserelement zum Erzeugen eines ersten oder zweiten Laserstrahls und Betreiben durch Zuführen eines Stroms jeweils zu einer ersten oder zweiten Elektrode, eine Verschlechterungsdetektorvorrichtung zum Detektieren einer Verschlechterung des aktiven Bereichs des Laserelements, das den Laserstrahl bei Zuführen des Stroms zu der entsprechenden ersten oder zweiten Elektrode emittiert, und eine Treiberumschaltvorrichtung zum Stoppen der Stromzufuhr zu der ersten Elektrode oder der zweiten Elektrode dann, wenn die Verschlechterungsdetektorvorrichtung die Verschlechterung des aktiven Bereichs des entsprechend betriebenen Laserelements detektiert hat, sowie zum Zuführen des Stroms jeweils zu der zweiten Elektrode oder der ersten Elektrode.
Ein derartiges Lasersystem ist bekannt von Patent Abstracts of Japan, Bd. 9, Nr. 143, JP-A-60 024 083, in dem vorgeschlagen wird, unterschiedliche Laserelemente eines Lasersystems alternativ durch die Betätigung eines Schalters zu treiben. Der Schalter wird in dem Fall betätigt, indem eine Fotodiode die Unterbrechung der Lichtemission detektiert, oder das Absenken der Intensität in Hinblick auf ein Laserelenent.
In Patent Abstracts of Japan, Bd. 11, Nr. 119, JP-A-61 265 885, wird vorgeschlagen, die oszillationswellenlänge eines Halbleiterlasers durch ein Verfahren zu stabilisieren, bei dem der Halbleiterlaser mit einer ersten Elektrode ausgebildet ist, die den Treiberstrom zu einem lichtemittierenden Teil führt, sowie einer zweiten Elektrode, die die Erzeugung von Wärme in einem PN-Verbindungsteil ermöglicht. Im Ergebnis können Temperaturveränderungen kompensiert werden.
In Patent Abstracts of Japan, Bd. 9, Nr. 240, JP-A-60 089 990, ist eine optische integrierte Schaltung beschrieben, die ein Schalten von einen Hauptleiterelement zu einen Ersatzlaserelement dann ermöglicht, wenn ein Überwachungsinspektionselement eine Verschlechterung des momentan getriebenen Laserelements detektiert.
In Patent Abstracts of Japan, Bd. 14, Nr. 368, JP-A-02 132 930, wird vorgeschlagen, eine kostengünstige Lichtausgabezeit-Umschaltschaltung dadurch zu erhalten, indem zwei Lichtausgänge unterschiedlicher Laserdioden unter Einsatz eines opotischen Multiplexers kombiniert werden.
In EP-A-0 449 636 ist ein Lasergerät beschrieben, mit einem Detektionshohlraum zum Detektieren des Laserleistungspegels eines Laserhohlraums, die beide in einen Halbleiterwafer parallel gebildet sind.
In EP-A-0 356 302 ist ein Gerät für die optische Filterung und die Modulation eines in einen Verstärkungslaser vom Resonanztyp eingegebenen Signais vorgeschlagen.
In EP-A-0 405 800 ist ein Laserfotodetektoraufbau beschrieben, bei dem ein Fotodetektor und ein Injektionslaser monolithisch auf demselben Halbleiterchip integriert sind. Eine Seite-an-Seite-Anordnung dieser Elemente ermöglicht die Überwachung der Ausgangsleistung des Injektionslasers ohne Verschlechterung der Ausgangsleistung durch den Fotodetektor.
In Hinblick auf den Stand der Technik wird deutlich, daß momentan eine Vielzahl von Halbleiterlasern verfügbar sind. Diese Erfindung betrifft insbesondere die Technik zum Verbessern der Zuverlässigkeit dieser Halbleiterlaser und der Stabilität der Laserausgangsgröße. Dies ist von besonderer Wichtigkeit für den Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser, beispielsweise von dem oben beschriebenen Typ.
Ein Grund besteht darin, daß momentan Halbleiterlaser allgemein in Laserdruckern und optischen Scheibenspeichersystemen eingesetzt sind, daß sie durch die Schreibarten der Drucker und die Datenübertragungsraten der optischen Scheiben nicht immer ausreichend hoch sind. Unter derartigen Umständen wird erwartet, daß dann, wenn es möglich ist, zwei Laserstrahl-Emitterbereiche zueinander benachbart und unabhängig voneinander betreibbar auf demselben Halbleiterlasersubstrat auszubilden, Systeme mit doppelten Schreibraten oder Datenübertragungsraten mit einen optischen System realisiert werden. Hierfür wurden zu diesem Zweck Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser vor kurzem studiert. Momentan bei derartigen Anwendungen eingesetzte Laser sind AlGaAs- basierte, und sie weisen Wellenlängen von 0,78 bis 0,84 um auf. Im Hinblick auf den Stand der elektrischen Isolierung der strahlemittierenden Bereiche in Lasern dieses Materials ist die Diffusion von Verunreinigungen zwischen den strahlemittierenden Bereichen zum Erzielen höherer Widerstände bekannt, sowie das Ätzen von Vertiefungen tiefer als die aktiven Schichten während der Schritte zum Formen der strahlemittierenden Bereiche und das Vergraben der geätzten Vertiefungen mit Kristallen mit geringem Brechungsindizes und höherem Widerstand, usw..
Andererseits wurden AlGaInP-basierte Infrarot-Halbleiterlaser mit Wellenlängen von 0,6 bis 0,7 µm entwickelt. Die Ersetzung von AlGaAs-basierten Halbleiterlaser durch AlGaInP-basierten Halbleiterlaser ermöglicht den Einsatz empfindlicher Materialien hoher Empfindlichkeit in Laserdruckern, mit dem Ergebnis, daß höhere Druckraten erwartet werden können. Bei optischen Scheiben wird es möglich sein, Strahlpunkte besser zu fokussieren, mit den Ergebnis größerer Kapazitäten.
Jedoch wurde die Mehrstrahltechnik, die in großem Umfang bei AlGaAs-Lasern studiert wurde, bei AlGaInP-basierten Lasern nicht in großem Umfang entwickelt. Dies bedeutet, daß die Anwendung der Technik zum Diffundieren von Verunreinigungen zwischen strahlemittierenden Bereichen für einen höheren Widerstand oder die Technik zum Ätzen von Vertiefungen, die tiefer als die aktiven Schichten sind, und zum Vergraben der Vertiefungen mit Kristallen mit einem geringen Brechungsindex und hohem Widerstand, die eine Technik für Mehrfachstrahlen bei AlGaAs-basierten Halbleiterlasern ist, bei AlGaInP- basierten Halbleiterlasern, so wie sie ist, keine ausreichenden Eigenschaften des Mehrfachstrahl- Halbleiterlasers erzeugt, bei dem sich die jeweiligen Strahlen unabhängig voneinander treiben lassen. Die Technik, bei der die einzelnen Strahlen nicht unabhängig voneinander betrieben werden, sondern gleichzeitig einfach zum Erzielen höherer Ausgangsgrößen, ist bekannt (Laserdioden Array hoher Leistung von Typ mit AlGaInP und drei Stegen ", Electronics Letters, 17., 1988, Bd. 24, Nr. 6).
Der Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser enthält auf einem Laserchip mehrere Laserresonatoren von Typ mit unabhängigen Treibern, die jeweils einen Oszillatorbereich und eine Treibereinheit enthalten. Bei Betätigung des Mehrfachstrahl- Halbleiterlasers werden die Treibereinheiten der angeforderten Laserresonatoren ausgewählt und jeweils mit einer erforderlichen Spannung versorgt, und die einzelnen ausgewählten Treibereinheiten führen Betriebsströme oberhalb eines Schwellstroms zu, so daß die Oszillatorbereiche der angeforderten Laserresonatoren zum Emittieren von Laserstrahlen getrieben werden. Diese Laserstrahlen werden zu dem Lichtdetektormedium über optische Systeme, optische Phasen usw. geführt.
Beim Treiben von Laserresonatoren ist ein Ausgangspegel der Laserstrahlen unmittelbar nach einem Betätigen hoch, und mit dem Verstreichen der Zeit senkt sich der Ausgangspegel ab. Der Grund hierfür besteht darin, daß keines der Elemente Wärme vor der Betätigung erzeugt, und die Oszillationsbereiche lassen sich einfach zum Emittieren von Strahlen mit einen niedrigen Schwellwertstrom erregen, jedoch wird nach der Emission von Strahlen mit festgelegter Kalorie erzeugt, und sie gibt eine Temperatur des Laserchips an, mit dem Ergebnis, daß ein höherer Strom zum Anschalten der Laseroszillation erforderlich ist. Ein Prozentsatz des Abfallens einer Laseroszillation von einer Erregung einer Oszillation wird als "Abfallverhältnis" bezeichet.
Bei dem AlGaAs-Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser ist es aufgrund eines hohen Betriebsstroms und eines relativ hohen Wärmewiderstands das Auftreten einer Wärmeleitung zwischen der Laserresonatoren wahrscheinlich. Dies führt zu großen Schwankungen der Ausgangspegel der Strahlen, die von den jeweiligen Laserresonatoren emittiert werden, und zu einer geringen Betriebszuverlässigkeit des Halbleiterlasers. Zum Vermeiden des Einflusses der Wärmewechselsprechvorgänge, sind die Laserresonatoren beabstandet gemäß einer großen Distanz voneinander ausgebildet, und ein Wärmeleitungs- Behinderungselement ist hierzwischen vorzusehen, oder andere Maßnahmen sind erforderlich. Dies stellte einen Engpaß bei der Reduktion der Herstellungskosten dar.
Die oben beschriebenen Wärmewechselwirkungen konnten durch Verbessern der Wärmeabstrahlung es Chips verbessert werden. Eines dieser Verfahren ist in "1991 Herbsttagung für Angewandte Physik, 11p-ZM-18, Murata et al.", beschrieben. Dieses Verfahren wird zusammengefaßt. Die Elektroden eines Mehrfachstrahllasers werden auf einen Si-Wafer zum Bilden eines Elektrodenboards gedruckt und ein hierauf gefertigter Chip mit einem Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser wird epiabwärts (mit nach oben gerichtetem Substrat) an das Elektrodenwort diegebondet. Ein als Radiator bezeichneter Wärmeleitungsdraht ist an der Seite des Substrats vorgesehen. Das Vorsehen des Wärmeleitungsdrahts verbessert die Wärmestrahlung. Jedoch läßt sich das Wärmenebensprechen nicht in ausreichendem Umfang unterdrücken.
Die oben beschriebene Vorrichtung ist wirksam zum Vermeiden von Veränderungen eines Ausgangspegels von Laserstrahlen des Halbleiterlasers beim fortlaufenden Betrieb, doch arbeitet sie nicht im ausreichenden Umfang wirksam zum Unterdrücken von Veränderungen eines Ausgangspegels des Laserstrahls unmittelbar nach dem Start eines Treibervorgangs.
Insbesondere in dem Fall, in dem mehrere Laserstrahlen eingesetzt werden, wenn einer der Laserresonatoren absatzweise betrieben wird, während die anderen Laserresonatoren getrieben werden, verändert sich ein Ausgangspegel der emittierten Laserstrahlen in großem Umfang aufgrund der Wärmeveränderungen und der Interferenz aufgrund der Wärmeveränderungen
Dies führt zu Problemen dahingehend, daß beispielsweise bei Laserprintern statisch latente Bilder, die Aufzeichnungsmuster sein sollen, uneinheitliche Dichten aufweisen, und Bilder und Buchstaben weisen uneinheitliche Dichten auf, und ferner zu anderen Problemen.
In dem Fall, daß mehrere Laserstrahlen als lichtemittierender Bereich einer optischen Disk eingesetzt werden, läßt sich das Aufzeichnen/Lesen des Speichers der optischen Disk nicht korrekt durchführen. In dem Fall, daß mehrere Laserstrahlen als Signallicht-Emissionsbereich bei der optischen Kommunikation eingesetzt werden, führt dies zu einem Problem dahingehend, daß Veränderungen eines Signalpegels zu Fehlern beim Demodulieren von Daten führen, sowie zu anderen Problemen.
Die in Laserprintern, optischen Diskspeichersystemen usw. eingesetzten Halbleiterlaser weisen unterschiedliche Lebenszeiten auf, in Abhängigkeit von ihren Einsatzbedingungen und den Umgebungstemperaturen. Insbesondere Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser weisen allgemein kürzere Lebensdauern auf, aufgrund ihrer uneinheitlichen Eigenschaften im Hinblick auf die einzelnen Laserstrahlen. Als Gegenmaßnahmen werden Fotodioden oder andere Einheiten für die Detektion der optischen Ausgangsgrößen in der Nähe der Halbleiterlaser angeordnet, um konstant die Pegel der Ausgangsgrößen zu überwachen, um die Langlebigkeit der Halbleiterlaser zu bestätigen und Schwierigkeiten bei dem System zu vermeiden.
Jedoch war es sehr schwierig, die Ausgangspegel einzelner Laserstrahlen zu überwachen, und zwar aufgrund eines Abstands zwischen den Laserstrahlen, der so klein wie 10 & 100 µm ist. Unabhängig von Einfach- oder Mehrfach-Halbleiterlasern ist es mühsam, Fotodioden in der Nähe der Halbleiterlaser zu befestigen. Verbesserungen wurden erwartet. Ferner berücksichtigt die Überwachung die tatsächlichen Temperaturen der Halbleiterchips, und manchmal ist es schwierig, die Lebensdauern der Halbleiterlaser zu beurteilen.
Jedoch weisen die Halbleiterlaser unterschiedliche Lebensdauern auf, in Abhängigkeit von ihren Treiberfrequenzen, ihren Ausgangspegeln, ihren Umgebungstemperaturen, usw., und es ist unmöglich, deren Lebensdauern exakt zu schätzen. Tatsächlich kann deren Lebensdauer nicht mitgeteilt werden, bis sie tatsächlich eingesetzt werden. Manchmal ist von den Komponenten eines Sytems ein Halbleiterlaser diejenige mit der geringsten Zuverlässigkeit. In einem solchen Fall bestimmt die Zuverlässigkeit des Halbleiterlasers die Zuverlässigkeit des Systems.
In einigen Beispielen ist eine übliche Vorrichtung zum Detektieren eines Ausgangsabfalls eines Laserstrahls oder eine Vorrichtung zum Detektieren einer Schwellwertstromzunahme bei dem System vorgesehen, so daß dann, wenn ein detektierter Wert einen festgelegten zulässigen Bereich überschreitet, das Erreichen einer Lebensdauer eines Halbleiterlasers festgestellt wird, und die Anormalität wird angezeigt. In diesem Zeitpunkt ersetzt ein Betreiber den anormalen Halbleiterlaser mit einem normalen Halbleiterlaser.
Jedoch enthält das System ein optisches System, das mit hoher Präzision angeglichen wird. Üblicherweise ist ein neuer Halbleiterlaser genau im Hinblick auf das optische System zu positionieren. Es besteht ein Problem dahingehend, daß dieser Betriebsschritt viel Zeit erfordert. Ferner sind Abfälle eines Ausgangspegels bei Laserstrahlen oder Zunahmen eines Schwellwertstroms nicht immer auf das Erreichen einer Lebensdauer des Halbleiterlasers zurückzuführen. Beispielsweise tritt dasselbe Phänomen aufgrund von Temperaturveränderungen auf, die durch thermisches Nebensprechen bewirkt sind. Im Ergebnis wurde aufgrund der fehlerhaften Detektion des Erreichens der Lebensdauer des Halbleiterlasers die nicht erforderliche Ersetzung des Halbleiterlasers durchgeführt.
Andererseits ist in dem Fall, in dem ein System Teile mit geringer Zuverlässigkeit einsetzt, allgemein üblich, daß Ersatzteile mit gleichen Spezifikationen enthalten sind, zum Erzielen einer hohen Zuverlässigkeit des Systems. Jedoch muß das System mit einem Halbleiterlaser, bei dem das optische System positionsgemäß angeglichen ist, ein optisches System enthalten, das ausschließlich für die Ersatzteile vorgesehen ist, wodurch das System sehr teuer wird.
Deshalb besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Halbleiterlasers mit der Struktur, mit der sich eine Vielzahl von Laserelementen in einem Lasersystem individuell zueinander zusammen mit Temperaturen in dem Lasersystem durch eine einfache Vorrichtung überwachen läßt.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Anspruch 1 durch ein Lasersystem des eingangs genannten Typs dadurch erreicht, daß die Verschlechterungsdetektorvorrichtung ferner eine Stromdetektorschaltung zum Detektieren einer Spannung enthält, und verfügbar ist, wenn ein Referenzstrom einem nicht getriebenen Laserelement zugeführt wird, vorgesehen benachbart zu dem getriebenen Laserelement, derart, daß die Spannung in Abhängigkeit von einer Wärmezunahme in dem nicht getriebenen Laserelement variiert, im Ansprechen auf eine Wärmezunahme in dem getriebenen Laserelement.
Die Detektion einer Spannung, die dann verfügbar ist, wenn ein Referenzstrom dem nicht getriebenen Laserelement zugeführt wird, ermöglicht das Ableiten eines momentanen Widerstandswerts, der zum indirekten Detektieren einer Wärmezunahme in dem Lasersystem eingesetzt werden kann. Dies vereinfacht die Beurteilung dahingehend, ob eine Abnahme eines Ausgangspegels des momentan aktivierten Laserelements auf das Erreichen von dessen Lebensdauer oder auf die erzeugte Wärme zurückzuführen ist. Somit lassen sich Situationen vermeiden, bei denen Befehlssignale fehlerhafterweise durch die Verschlechterungsdetektorvorrichtung ausgegeben werden. Deshalb kann ein Halbleiterlasersystem geschaffen werden, das die Herstellung kostengünstiger, sehr zuverlässiger Systeme ermöglicht.
Dies bedeutet, daß diese Erfindung bei einem Mehrfachstrahl- Halbleitersystem eingesetzt werden kann, enthaltend eine aktive Schicht, eine erste und zweite Hüllschicht, die die aktive Schicht sandwichartig umgeben, eine auf der zweiten Hüllschicht gebildete Kontaktschicht, eine Teilervorrichtung zum physikalischen Teilen der Kontaktschicht in zwei Bereiche, und Elektroden, die jeweils auf den beiden Bereichen der Kontaktschicht gebildet sind, und eine Heizvorrichtung.
Zudem ist diese Erfindung anwendbar bei einem Verfahren zum Treiben eines Mehrfachstrahl-Halbleiterlasers enthaltend eine aktive Schicht, eine erste und zweite Hüllschicht, die die aktive Schicht sandwichartig umgeben, eine Kontaktschicht, die auf der zweiten Hüllschicht gebildet ist, eine Teilervorrichtung, die zum physikalischen Teilen der Kontaktschicht in zwei Bereiche gebildet ist, und eine erste und eine zweite Elektrode, die jeweils in den geteilten Bereichen der Kontaktschicht gebildet sind, wobei das Verfahren den Schritt zum Zuführen von Strom alternativ zu der ersten Elektrode oder der zweiten Elektrode enthält.
Diese Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf ein Verfahren zum Treiben eines Mehrfachstrahl-Halbleiterlasers enthaltend eine aktive Schicht, eine erste und zweite Hüllschicht, die die aktive Schicht sandwichartig umgeben, eine Kontaktschicht, gebildet auf der zweiten Hüllschicht, eine Teilervorrichtung, gebildet zum physikalischen Teilen der Kontaktschicht in zwei Bereiche, und eine erste und zweite Elektrode, die jeweils bei den geteilten Bereichen der Kontaktschicht gebildet sind, derart, daß das Verfahren den Schritt zum Aufrechterhalten eines Gesamtzuführstroms der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode auf einem im wesentlichen konstanten Wert enthält.
Diese Erfindung ist ebenfalls anwendbar auf einen Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser, enthaltend eine aktive Schicht, eine erste und zweite Hüllschicht, die die aktive Schicht sandwichartig umgeben, eine Kontaktschicht, gebildet auf der zweiten Hüllschicht, eine Teilervorrichtung, gebildet zum physikalischen Teilen der Kontaktschicht in zwei Bereiche, und Elektroden, die jeweils in den geteilten Bereichen der Kontaktschicht gebildet sind, derart, daß die aktive Schicht aus einen nicht dotierten gemischten Halbleiterkristall gebildet ist, die erste Hüllschicht aus einem gemischten Halbleiterkristall von einem ersten Leitungstyp gebildet ist, und die zweite Hüllschicht aus einem gemischten Halbleiterkristall von einem zweiten Leitungstyp gebildet ist.
Zudem ist diese Erfindung anwendbar auf ein Lasersystem, das einen Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser enthält, mit einem Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser, einer Verschlechterungsdetektorvorrichtung, und einer Treiberumschaltvorrichtung, derart, daß der Mehrfachstrahl- Halbleiterlaser eine aktive Schicht enthält, sowie eine erste und zweite Hüllschicht, die die aktive Schicht sandwichartig umgeben, eine Kontaktschicht, die auf der zweiten Hüllschicht gebildet ist, eine Teilervorrichtung, gebildet zum physikalischen Teilen der Kontaktschicht in zwei Bereiche, und eine erste und zweite Elektrode, die jeweils in den geteilten Bereichen der Kontaktschicht gebildet ist, derart, daß die Verschlechterungsdetektorvorrichtung die Verschlechterung eines Bereichs detektiert, der einen Laserstrahl dann emittiert, wenn Strom der ersten Elektrode zugeführt wird, und die Treiber-Umschaltvorrichtung die Stromzufuhr zu der ersten Elektrode dann stoppt, wenn die Verschlechterungsdetektorvorrichtung eine Verschlechterung detektiert hat, und Strom zu der zweiten Elektrode zuführt.
Weiterhin ist diese Erfindung zudem auf ein Lasersystem anwendbar, das einen Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser enthält, mit einem Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser, einer
Verschlechterungsdetektorvorrichtung und einer Treiber- Umschaltvorrichtung, derart, daß der Mehrfachstrahl- Halbleiterlaser zumindest zwei Strahlen aufweist, daß ein erster und zweiter Strahl jeweils durch Zuführen von Strom zu einer ersten und zweiten Elektrode betrieben wird, und daß die Verschlechterungsdetektorvorrichtung die Verschlechterung eines Bereichs detektiert, der einen Laserstrahl emittiert, wenn Strom zu der ersten Elektrode zugeführt wird, und daß die Treiber-Umschaltvorrichtung die Stromzufuhr zu der ersten Elektrode dann stoppt, wenn die Verschlechterungsdetektorvorrichtung eine Verschlechterung detektiert hat, und Strom der zweiten Elektrode zuführt.
Zudem ist diese Erfindung ebenfalls anwendbar auf einen Halbleiterlaser enthaltend eine aktive Schicht, eine erste und zweite Hüllschicht, die die aktive Schicht sandwichartig umgeben, eine Kontaktschicht, gebildet auf der zweiten Hüllschicht, eine Teilervorrichtung, gebildet zum physikalischen Teilen der Kontaktschicht in zwei Bereiche, und eine erste und zweite Elektrode, die jeweils in den geteilten Bereichen der Kontaktschicht gebildet sind, einen Widerstand, der elektrisch mit den ersten Elektroden verbunden ist und die Veränderung einer elektrischen Leistung aufgrund eines Laserstrahls von einem Bereich, der den Laserstrahl dann erzeugt, wenn Strom zu der zweiten Elektrode zugeführt wird, in eine Spannungsveränderung umsetzt, derart, daß ein Abstand zwischen dem Zentrum des Bereichs, der den Laserstrahl dann erzeugt, wenn Strom zu der ersten Elektrode zugeführt wird, und denjenigen eines Bereichs, und denjenigen eines Bereichs, der einen Laserstrahl dann erzeugt, wenn Strom zu der zweiten Elektrode zugeführt wird, kleiner als 15 µm ist.
Weiterhin ist diese Erfindung anwendbar bei einem Verfahren zum Messen einer Ohiptemperatur eines Halbleiterlasers enthaltend eine aktive Schicht, eine erste und zweite Hüllschicht, die die aktive Schicht sandwichartig umgeben, eine Kontaktschicht, gebildet auf der zweiten Hüllschicht, eine Teilervorrichtung, gebildet zum physikalischen Teilen der Kontaktschicht in zwei Bereiche, und eine erste und zweite Elektrode, die jeweils in den geteilten Bereichen der Kontaktschicht gebildet ist, und einen Widerstand, der elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist zum Umsetzen eines elektrischen Leistungsveränderung aufgrund eines Laserstrahls aus einem Bereich, der den Laserstrahl erzeugt, wenn Strom zu der zweiten Elektrode zugeführt wird, in eine Spannungsveränderung, derart, daß ein Intervall zwischen dem Zentrum des Bereichs, der den Laserstrahl erzeugt, wenn Strom zu der ersten Elektrode zugeführt wird, und demjenigen eines Bereichs, der einen Laserstrahl erzeugt, wenn Strom zu der zweiten Elektrode zugeführt wird, kleiner als 15 µm ist, und das Verfahren enthält den Schritt zum Zuführen eines festgelegten Stroms zu der ersten Elektrode zum Messen eines Spannung der ersten Elektrode dann, wenn Strom nicht zu der zweiten Elektrode zugeführt wird.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich anhand der detaillierten Beschreibung, die her nachfolgend gegeben wird, und der beiliegenden Zeichnungen, die lediglich illustrativ sind, und somit nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend betrachtet werden.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich anhand der detaillierten, im folgenden gegebenen Beschreibung. Jedoch ist zu erkennen, daß die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, während sie bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anzeigen, lediglich illustrativ sind, da zahlreiche Veränderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung für den mit dem Stand der Technik Vertrauten anhand dieser Erfindung offensichtlich sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Querschnittsstrukturansicht eines Beispiels eines Mehrfachstrahl-Halbleiterlasers;
Fig. 2A bis 2D und 3A bis 3D zeigen Querschnittsansichten des Schritts zum Herstellen des Mehrfachstrahl-Halbleiterlasers nach Fig. 1;
Fig. 4 zeigt einen Beziehungsgraphen zwischen den Strömen und Strahlausgangsgrößen, die erhalten werden, wenn der Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser nach Fig. 1 getrieben wird;
Fig. 5 zeigt eine Querschnittsstruktur an sich des Mehrfachstrahl-Halbleiterlasers, der zusätzlich eine Heizvorrichtung enthält;
Fig. 6 zeigt eine Querschnittstrukturansicht des Mehrfachstrahl-Halbleiterlasers gemäß einer Modifikation, bei der ein Nachbarresonator als Heizvorrichtung getrieben wird;
Fig. 7 zeigt eine Ansicht eines Treiberzeitablaufs von zwei Laserresonatoren;
Fig. 8 zeigt eine Querschnittsstrukturansicht des Halbleiterlasers mit vier Laserresonatoren;
Fig. 9 zeigt eine Querschnittsstrukturansicht des Halbleiterlasers, bei dem die Lebensdauer der Halbleiterlaser bestätigbar sind;
Fig. 10 zeigt eine Ansicht des Halbleiterlasers gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung, der die Verschlechterung des Halbleiterlasers detektieren kann und einen Treibervorgang zu einem anderen Laserresonator umschalten kann;
Fig. 11 zeigt eine Querschnittsstruktur an sich des Halbleiterlasers, der Wärmenebensprechen unterdrücken kann;
Fig. 12 zeigt eine Ansicht zum Erläutern des Unterdrückens des Wärmenebensprechens;
Fig. 13 zeigt eine Querschnittsstruktur an sich epitaxial aufgebrachter Schicht mit Mischkristall;
Fig. 14A bis 14D, 15A bis 15D und 16A bis 16D sind Querschnittsansichten der Herstellungsschritte des Halbleiterlasers nach Fig. 11, der Wärmenebensprechen unterdrücken kann;
Fig. 17 zeigt eine Querschnittsstrukturansicht des Halbleiterlasers, der Wärmenebensprechen unterdrücken kann;
Fig. 18 zeigt eine Ansicht des Halbleiterlaser nach Fig. 17, der zusätzlich eine Radiatorvorrichtung enthält;
Fig. 19 zeigt eine Querschnittsstrukturansicht des Halbleiterlaserchips, der bei der in Fig. 18 gezeigten Struktur eingesetzt wird;
Fig. 20A bis 20D und 21A bis 21D zeigen Querschnittsansichten der Schritte zum Herstellen des Halbleiterlaserchips nach Fig. 17;
Fig. 22A bis 22C zeigen Ansichten der Schritte zum Hinzufügen einer Heizvorrichtung zu dem Halbleiterlaserchip.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zum Erläutern des Halbleiterlasers gemäß dieser Erfindung ist eine Querschnittsansicht eines Halbleiterlasers in Fig. 1 gezeigt. Der Halbleiterlaser ist ein Mehrfachstrahl- Halbleiterlaser mit zwei lichtemittierenden Bereichen, die unabhängig voneinander getrieben werden. Eine erste Hüllschicht 103 von Se-dotierten AlGaInP und eine aktive Schicht 104 sind auf einem Si-dotierten GaAs-Substrat 1 in dieser Folge gebildet, und anschließend wird eine zweite Hüllschicht 105 vom Zn-dotieren AlGaInP auf der aktiven Schicht 104 gebildet. Die zweite Hüllschicht 105 weist zwei (vorstehende) Mesaabschnitte auf, die Emissionsbereichen entsprechen, und sie ist so entworfen, daß sie physikalisch fortlaufend die aktive Schicht 104 abdeckt. Eine Deckschicht 107 aus Zn-GaInP wird ferner auf dem flachen Abschnitt von jedem der Mesaabschnitte gebildet.
Zusätzlich sind Stromblockierschichten 106 aus Si-dotiertem GaAs auf der zweiten Hüllschicht 105 gebildet, ausschließlich derjenigen Bereiche, auf denen die Abdeckschichten 107 gebildet sind. Dies bedeutet, daß die Stromblockierschicht 107 so gebildet ist, daß sie zwischen den beiden Mesaabschnitten (die beiden Seiten der Mesaabschnitte enthaltend) eingebettet ist, die jeweils die Abdeckschicht 107 und die zweite Hüllschicht 105 enthalten.
Zusätzlich ist eine Kontaktschicht 108 aus Zn-dotierten GaAs auf der Abdeckschicht 107 und den Stromblockierschichten 106 gebildet. Ein Siliziumnitridfilm 112, der die Kontaktschicht 108 strukturrnäßig trennt, ist auf der Oberfläche des zentralen Abschnitts der Stromblockierschicht 106 gebildet, durch die die beiden Emissionsbereiche voneinander getrennt sind. Dies bedeutet, daß der Siliziumnitridfilm 112 zum Vergraben einer Isolationsnut 111 gebildet ist, die zwischen einem lichtemittierenden Bereich A und einem lichtemittierenden Bereich B gebildet ist.
Eine positive Elektrode 109 wird auf jeder der beiden getrennten Kontaktschichten 108 gebildet, und eine negative Elektrode 110 wird an der Rückoberfläche des GaAs-Substrats 101 gebildet. Eine Pufferschicht kann zwischen dem Substrat 101 und der Hüllschicht 103 gebildet werden.
Der Halbleiterlaser kann als AlGaInP-basierter Halbleiterlaser bezeichnet werden, jedoch enthält das, was hier als AlGaInP-basiert bezeichnet wird, Halbleiterlaser mit aktiven Schichten, die ein Aluminiumzusammensetzungsverhältnis von Null aufweisen, d.h. GaInP, und eine Hüllschicht, die ein Ga- Zusammensetzungsverhältnis von Null aufwärts, d.h. AlInP. Die Zeichnung auf der linken Seite von Fig. 1 ist eine Energiebandansicht der Strain-Quantentopfstruktur der aktiven Schicht 104. Wie gezeigt, enthält die aktive Schicht 104 100 Å-Topfschichten 141 aus nichtdotiertem Ga0,47In0,57P, 80 Å- Sperrschichten aus (Al0,4Ga0,6)0,5In0,5P zum Beabstanden der Wannenschichten 141, und 800 Å-Lichtbegrenzungsschichten 143. Im Stand der Technik ist bekannt, daß die aktive Schicht eine derartige Mehrfachquanten-Topfstruktur aufweist. Der Einsatz der Materialien mit den oben beschriebenen Aufbauverhältnissen vermittelt der aktiven Schicht eine Druckverformung.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, und alle dimensionsmäßigen Verhältnisse der einzelnen Zeile der Querschnittsansicht sind nicht die tatsächlichen Dimensionierungsverhältnisse. Beipielsweise beträgt tatsächlich die Dicke des GaAs-Substrats 101 70 µm, die Gesamtdicke von der Hüllschicht 103 zu den Abdeckschichten 107 beträgt 2 bis 3 µm, und die Dicke der Kontaktschichten 108 hierauf beträgt ungefähr 2 µm.
Die aktive Schicht 104 und die erste Schicht 103 sind den jweiligen Lichtemissionsbereichen A, B gemeinsam, jedoch ist die zweite Hüllschicht 105 zwischen den lichtemittierenden Bereichen A, B dünner, und die Dicke des ausgedünnten Teils der zweiten Hüllschicht 105 beträgt 2000 Å. Zwischen den Kontaktschichten 108 ist die Isolationswanne 111 geformt, die die Oberfläche der Stromblockierschicht 106 erreicht. Der Siliziumnitridfilm 112 ist gebildet, um die Nut 111 zu vergraben, um hierdurch die Lichtemissionsbereiche A, B zu isolieren. Durch Verdünnen des Teils der zweiten Hüllschicht 105 zwischen den Strahlen A, B, lassen sich elektrische Nebensprechvorgänge praktisch ausreichend gering erzielen. Die gesamte Entfernung des Teils der oberen Hüllschicht verschlechtert die Oszillationseigenschaften der Lichtemissionsbereiche A, B. Es ist wichtig, den Teil der oberen Hüllschicht (d.h., die zweite Hüllschicht 105) ausreichend auszudünnen, kurz vor dem gesamten Entfernen.
Zum Realisieren eines praktischen Mehrfachstrahl- Halbleiterlasers ist es erforderlich, nicht nur das elektrische Nebensprechen zu unterdrücken, sondern auch das Wärmenebensprechen. Dies bedeutet, daß aufgrund der Tatsache, daß der Halbleiterlaser die Eigenschaft aufweist, daß mit Anstieg der Temperatur eine Ausgangsgröße abnimmt, es erforderlich ist, den umgekehrten Einfluß zu unterdrücken, daß durch die durch das Treiben eines der Lichtemissionsbereiche erzeugten Wärme eine Ausgangsgröße des anderen abnimmt. Maßnahmen, die hierfür betrachtet werden, sind 1) Vermeiden des Leitens von Wärme zwischen dem lichtemittierenden Bereichen, 2) Ausbilden der Lichtemissionsbereiche derart, daß sie unempfindlich gegen Wärme sind, 3) Ausbilden der Lichtemissionsbereiche derart, daß eine Wärmeeinwirkung schwierig ist, sowie andere Maßnahmen.
Nun wird der Prozeß zum Herstellen des Mehrfachstrahl- Halbleiterlasers unter Bezug auf die Fig. 2 und 3 erläutert.
Die erste Hüllschicht 103, die aktive Schicht 104, die zweite Hüllschicht 105 und die Abdeckschicht 107 werden epitaxial auf dem GaAs-Substrat 101 in der gegebenen Reihenfolge gezüchtet, und anschließend wird ein Siliziumnitridfilm 121 gebildet (Fig. 2A). Die Kristallzüchtungstemperatur in diesem Zeitpunkt beträgt 740ºC. Die erste Hüllschicht 103 ist eine Schicht vom n&supmin;-Leitungstyp (Verunreinigungskonzentration:
2x10¹&sup7; cm&supmin;³), und die zweite Hüllschicht 105 ist eine Schicht vom p&supmin;-Typ (Verunreinigungskonzentration: 4x10¹&sup7; cm&supmin;³), und die Dicke beider Hüllschichten beträgt 1 µm. Die Siliziumnitridfilme 121 sind so gemustert, daß sie die Maske zum Ätzen derjenigen Teile darstellen, die durch die gestrichelte Linie angedeutet sind, und zwar im nächsten Schritt. Für diesen Ätzvorgang ist es das Ätzmittel gepufferter Fluorwasserstoff. Die Breite der beiden gemusterten Siliziumnitridfilme 121 beträgt 5 µm, und der Abstand zwischen den beiden Filmen 121 beträgt 15 µm. Korrekt ist die Distanz eine Distanz zwischen dem Zentrum der Filme 121 entsprechend dem Lichtemissionsbereich A und demjenigen des Films 121 entsprechend dem Lichtemissionsbereich B.
Anschließend folgt der Mesa-Ätzvorgang. Der Mesa-Ätzvorgang wurde bei der zweiten Hüllschicht 105 während 6 Minuten unter Einsatz einer gemischten Säure (Schwefelsäure : Wasserstoffperoxid : Wasser = 3 : 1 : 1) mit 50º durchgeführt, und die zweite Hüllschicht 105 wurde mit einer Dicke von 2000 Å (Fig. 2B) zurückgelassen. Si-dotiertes GaAs (Verunreinigungskonzentration: 2x10¹&sup7; cm&supmin;³) wird auf den weggeätzten Teilen gezüchtet, und die Stromblockierschicht 106 wird gebildet. Die Siliziumnitridfilme 121 werden mit einem Ätzmittel (Schwefelsäure : Wasser 1 : 1) entfernt (Fig. 2C). Anschließend wird ein Siliziumnitridfilm auf der gesamten Oberfläche gebildet, und er wird anschließend einer Restistmusterung unterzogen und so geätzt, daß lediglich der Teil des Siliziumnitridfilms 122 zwischen den Lichtemissionsbereichen A, B zurückbleibt (Fig. 2D).
Anschließend wird ein Zn-dotierter GaAs-Film (Verunreinigungskonzentration: 1x10¹&sup9; cm&supmin;³) mit einer Dicke von 1 µm gezüchtet, und Kontaktschichten 108 werden gebildet, beabstandet zueinander durch den Teil, in dem der Siliziumnitridfilm 122 zurückbleibt (Fig. 3A). Anschließend wird der zurückbleibende Siliziumnitridfilm 122 entfernt, und ein anderer (nicht gezeigter) Siliziumnitridfilm wird auf der gesamten Oberfläche gebildet. Ein Resistmuster 123 verbleibt auf dem Teil, der die Kontaktschicht in 108 isoliert, und mit dem Resistmuster 123 als Maske wird der (nicht gezeigte) Siliziumnitridfilm weggeätzt, und der gemusterte Siliziumnitridfilm 112 bleibt zurück (Fig. 3B)
Anschließend werden Metlalfilme 109 und 109' von drei Ti/Pt/Au-Filmen auf der gesamten Oberfläche aufgedampft (Fig. 3C), und anschließend wird das Resistmuster 123 mit Aceton zum Anheben des Metallfilms 109' entfernt, und p-Elektroden 109 werden für die jeweilgen Lichtemissionsbereiche zurückgelassen. Anschließend wird das Substrat von der Unterseite mit einer Dicke von ungefähr 70 µm weggeätzt. Hierauf wird eine n-Elektrode auf der Unterseite aufgedampft, und legiert, mit einer Dicke von ungefähr 70 µm. Anschließend wird eine n-Elektrode auf der Unterseite aufgedampft und legiert, während einer Minute bei 400ºC in einer Stickstoffumgebungsatmosphäre, und eine n-Elektrode 110 mit drei Filmen gemäß AuGe/Ni/Au wird gebildet (Fig. 3D).
Der so hergestellte Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser wurde in einen Chip getrennt, mit einer 400 µm-Breite und einer Resonatorlänge von ungefähr 250 µm und mit zwei Mehrfachstrahlen, und er wurde bei der epitaxial aufgebrachten Oberfläche nach oben befestigt mit Gold-20%- Zinnlot. Die Fig. 4 zeigt die Strom-Licht- Ausgangseigenschaften der jeweiligen Strahlen für den derart montierten Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser. In Fig. 4 zeigen die durchgezogenen Linien A und B die Eigenschaften der Strahlen A und B dann, wenn die jeweiligen Strahlen unabhängig voneinander getrieben werden, und die durchgezogene Linie C zeigt die Eigenschaft, die erhalten wird, wenn die p-Elektroden beider Strahlen A und B kurzgeschlossen sind. Der Schwellwertstrom beträgt im wesentlichen das Zweifache von dem der Strahlen, wenn diese unabhängig voneinander getrieben werden. Es wurde das Nahfeldmuster für den Fall beobachtet, daß einer der Strahlen angeschaltet wurde, und es wurde festgestellt, daß der andere der Strahlen sein Licht emittierte. Zusätzlich wurde der Widerstand zwischen den p-Elektroden beider Strahlen überprüft, d.h. die Spannungs-Strom-Kennlinie. Der Widerstandswert verlief nicht linear, und der Widerstandswert nahm mit Abnahme der anliegenden Spannung ab. In dem Bereich der Spurspannungen unterhalb von 0,1 Volt war der Widerstandswert im wesentlichen konstant, und er lag bei ungefähr 10 KQ. Dies bedeutet, daß festgestellt wurde, daß der Halbleiterlaser konstant einen Widerstandswert oberhalb 10 KΩ zwischen den p-Elektroden und ein sehr kleines Stromnebensprechen aufweist. Mit einem Inter-p-Elektroden- Widerstandswert oberhalb 1 KΩ lassen sich die jeweiligen Strahlen unabhängig voneinander treiben. Die Dicke d der p- Hüllschicht (der zweiten Hüllschicht) zwischen den lichtemittierenden Bereichen beträgt 0,2 µm, jedoch ist dann, wenn die Dicke d 0,3 µm beträgt, der Inter-p- Elektrodenwiderstand angehoben, und es wurden mehr Stromnebensprechvorgänge festgestellt. Jedoch läßt sich das praktische unabhängige Treiben der Strahlen in ausreichendem Umfang gewährleisten.
Im folgenden umfaßt der Begriff "Halbleiterlaser" den Halbleiterlaser nach Fig. 1, soweit es nicht anders angegeben ist.
Ausführungsformen dieser Erfindung werden unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben.
Die Fig. 5 zeigt eine Querschnittsstrukturansicht eines Halbleiterlasers. Der Halbleiterlaser weist eine Struktur auf, die ferner vier Widerstände 220 über Isolationen 219 der in Fig. 1 gezeigten Struktur aufweist. Der Laserchip wird durch das oben erwähnte Verfahren aus dem Stand der Technik hergestellt.
Bei Treiben dieser Laserresonatoren wird das Fließen eines Stroms von den Stromzuführanschlüssen 218a, 218b zu einem gemeinsamen Stromzuführanschluß 210 bewirkt. Anschließend schreiten Träger über Kontaktschichten 217a, 217b zu einer Hüllschicht 214 fort, über Lücken jeweils zwischen den Stromblockierschichten 215a, 215c, und einer Stromblockierschicht 215b. In diesem Zeitpunkt wird ein Verteilen der Träger bewirkt, aufgrund eines elektrischen Felds in der Form von Strahlen von der Hüllschicht 214 zu der gemeinsamen Elektrode 210, und eine Breite der die aktive Schicht 213 kreuzenden Träger entspricht einer Breite der zugeordneten Streifenbereiche 216a, 216b, die aus Hüllschichten gebildet sind. Teile der aktiven Schicht 213 entsprechend dieser Breite oszillieren, und jeweilige Laserstrahlen werden emittiert. Zur gleichen Zeit wird eine festgelegte Kaloriengröße von Oszillationswärme erzeugt.
Dieser Halbleiterlaser wird als Lichtquelle eines Laserprinters genutzt. Bei diesem Halbleiterlaser beträgt die Breite der Streifenbereiche 216a, 216b 4 µm, der Abstand zwischen den Zentren der Streifenbereiche beträgt 15 um, die Länge der jeweiligen Resonatoren zu einem Bogen beträgt 250 um.
Der Halbleiterlaser enthält eine Heizvorrichtung zum Erzeugen einer Vorwärme von im wesentlichen derselben Kaloriengröße wie bei der Oszillatorwärme, die bei Treiben der Laserresonatoren erzeugt wird. Insbesondere sind Widerstände 220 zum Erzeugen von Wärme proportional zu einem Zuführstrom vorgesehen, und zwar in der Nähe der jeweiligen Laserresonatoren, über Isolationsfilme 219. Es ist vorzuziehen, daß mehrere der Widerstände 220 beabstandet zueinander sind.
Nun wird ein Verfahren zum Treiben des Halbleiterlasers erläutert. Werden die lichtemittierenden Bereiche als Lichtquelle getrieben, wird zunächst die Heizvorrichtung aktiviert, um eine Vorwärme an die Laserresonatoren abzugeben. Nach dem Treiben der Laserresonatoren wird die Heizvorrichtung gestoppt, um eine Kaloriengröße der Vorwärme abzusenken.
Es ist vorzuziehen, daß die Vorwärme im wesentlichen dieselbe Kaloriengröße wie die oben beschriebene erzeugte Wärme aufweist, jedoch kann sie unterhalb der erzeugten Wärme liegen. Insbesondere dann, wenn sämtliche der beiden Laserresonatoren getrieben werden, kann die Heizvorrichtung eine Kaloriengröße für einen Laserstrahl derart erzeugen, daß Wärmenebensprechvorgänge aufgrund des wechselseitigen Einflusses der Wärmeerzeugung der Laserstrahlen unterdrückt werden. In diesem Fall stoppt die Heizvorrichtung das Heizen lediglich dann wenn beide Laserresonatoren getrieben werden, und sie führt das Heizen in anderen Fällen fort.
Somit weist unabhängig davon, ob der eine und/oder er andere der laseremittierenden Bereiche getrieben ist, der Laserchip eine im wesentlichen konstante Temperatur auf, und Temperaturveränderungen vor und nach einem Aktivieren werden unterdrückt. Im Ergebnis lassen sich Laserstrahlen einheitlicher Ausgangspegel zu der Druckeinheit eines Laserprinters zuführen.
Nun wird eine erste Modifikation eines Halbleiterlasers erläutert. Bei dieser Modifikation ist die Heizvorrichtung durch eine Laserresonator ersetzt. Insbesondere bei dem in Fig. 6 gezeigten Halbleiterlaser, der dieselbe Struktur aufweist, die in Fig. 1 gezeigt ist, werden der eine der Laserresonatoren und der andere, benachbart zu dem vorhergehenden, alternativ in Übereinstimmung mit einem Binärsignal getrieben, und die Wärme, die beim Treiben eines der Laserresonatoren erzeugt wird, wird dem anderen der Laserresonatoren zugeführt. Lediglich die von einem der Laserresonatoren emittierten Laserstrahlen werden als Lichtquelle eingesetzt, und die Laserstrahlen von dem anderen werden geschirmt.
Die Fig. 7 zeigt ein Treiber-Zeitablaufdiagramm der jeweiligen Laserresonatoren des Halbleiterlasers gemäß der ersten Modifikation. Unter der Annahme, daß der Betriebsstrom zum Treiben eines der Laserresonatoren so ist, wie er bei (a) nach Fig. 7 gezeigt ist, wird der Betriebsstrom dem anderen der Laserresonatoren mit dem Zeitablauf nach (b) in Fig. 7 zugeführt. Dies bedeutet, daß ein Zeitablauf so festgelegt ist, daß eine Spannung E[V] alternativ den Laserresonatoren zugeführt wird, damit eine Summe der Betriebsströme beider Laserresonatoren konstant ist.
Ein derartiger Betrieb kann eine Temperatur des Laserchips immer konstant halten, ohne daß zusätzlich eine Heizvorrichtung bei dem in Fig. 5 gezeigten Halbleiter vorzusehen ist. Selbst wenn ein Zeitpunkt vorliegt, in dem ein Betriebsstrom gleichzeitig durch beide Laserresonatoren fließt, tritt keine Schwierigkeit bei den meisten Anwendungsfällen des Halbleiters auf, solange die Zeit unterhalb von 100 ns liegt.
Der Halbleiterlaser einer zweiten Modifikation wird erläutert. Diese Modifikation stellt eine Verbesserung der ersten Modifikation dar. Der Einfluß der Laserstrahlen von einem der Laserresonatoren, der als Heizvorrichtung benützt wird, wird verringert.
Die Fig. 8 zeigt eine Querschnittsstrukturansicht der zweiten Modifikation. Diese Modifikation enthält vier Laserresonatoren. Der Halbleiterlaser wird nach dem Stand der Technik hergestellt, so wie es jeweils bei den in Fig. 5 und 6 gezeigten Halbleiterlasern durchgeführt wurde.
Bei diesem Beispiel weisen der zweite Streifenbereich 236b und der dritte Streifenbereich 236c im Zentrum eine Breite von 4 µm auf, und der erste Streifenbereich 236a und der vierte Streifenbereich 236d weisen eine Breite von 80 µm auf. Alle Streifenbereiche sind zueinander um 11 µm beabstandet. Eine Weglänge der jeweiligen Laserresonatoren zu einem Bogen beträgt 250 µm (µM).
In diesem Fall, in dem lediglich ein Schutzfilm auf der Endoberfläche vorgesehen ist, damit ein Reflexionsvermögen nicht verändert wird, beträgt ein Schwellwertstrom, der für die Oszillation eines Laserstrahls von 6 mW ausgehend von einem der 4 µm-breiten Laserresonatoren erforderlich ist, ungefähr 30 mA. Bei diesem Strom emittieren die 80 µm-breiten Oszillationsbereiche keine Laserstrahlen. Durch Anwendung dieser Charakteristik werden die 80 µm-breiten Streifenbereiche 236a, 236d (hiernach als erster Laserresonator und als vierter Laserresonator bezeichnet) als Heizvorrichtung eingesetzt, zum Abgeben einer Vorwärme an die 4 µm-breiten Streifenbereiche 236b, 236c (im folgenden als zweiter Laserresonator und dritter Laserresonator bezeichnet).
Dies bedeutet, daß dem zweiten und/oder dem dritten Laserresonator und dem ersten und/oder dem vierten Laserresonator alternativ ein Betriebsstrom zugeführt wird, der nicht einen Schwellwert des letzteren übersteigt. In diesem Zeitpunkt erzeugt der letztere der Laserresonatoren Vorwärme, die zu dem vorhergehenden der Laserresonatoren zuzuführen ist, jedoch weisen die von dem vorhergehenden der Laserresonator emittierten Laserstrahlen einen so niedrigen Ausgangspegel auf, daß es praktisch nicht erforderlich ist, die Laserstrahlen abzuschirmen.
Die Treiberbereiche des ersten und vierten Laserresonators sind kurzgeschlossen, um einen gemeinsamen Treiberbereich zu bilden, und eine Summe der Betriebsströme, die den jeweiligen Treiberbereichen des zweiten und dritten Laserresonators zugeführt wird, und der gemeinsame Treiberbereich wird konstant ausgebildet, wodurch eine Temperatur des Laserchips immer auf einem im wesentlichen konstanten Wert gehalten werden kann. Ferner wird die Stromzufuhr zu dem gemeinsamen Treiberbereich lediglich dann gestoppt, wenn dem zweiten und dritten Laserresonator gleichzeitig ein Strom zugeführt wird, und in den anderen Fällen wird der Betriebsstrom zugeführt, wie derjenige, der zugeführt wird, wenn der zweite und dritte Laserresonator getrieben werden, wodurch sich der Leistungsverbrauch absenken läßt.
Die dritte Modifikation des Halbleiterlasers wird erläutert. Bei dieser Modifikation sind die Laserstrahlen eines der Laserresonatoren, die alternativ gemäß der ersten Modifikation getrieben werden, nicht abgeschirmt, sondern sie werden postitiv eingesetzt.
Insbesondere wird der Halbleiterlaser gemäß der ersten Modifikation als Signallichtquelle für die optische Kommunikation angewandt. Die jeweiligen Laserstrahlen fallen auf Signalübertragungsleitungen ein, beispielsweise optischen Fasern oder anderen. Da die Laserresonatoren alternativ getrieben werden, enthalten die jeweiligen Laserstrahlen dieselbe Information. Die Fotodetektionsseite detektiert die durch die jeweiligen optischen Fasern übertragene Information, und sie vergleicht die Identität der beiden Informationen. Im Ergebnis lassen sich optische Kommunikationssysteme hoher Redundanz und Sicherheit bereitstellen.
Bei derartigen optischen Kommunikationssystemen kann der Halbleiterlaser so angepaßt sein, daß er Laserstrahlen mit mehreren Wellenlängen emittiert, und die Laserstrahlen werden in Übereinstimmung mit den Wellenlängen detektiert, wodurch das System eine höhere Präzision aufweisen kann.
Die Fig. 9 zeigt eine Querschnittsstrukturansicht eines weiteren Halbleiterlasers. Dieser Halbleiterlaser ist ein Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser mit vier lichtemittierenden Bereichen, die unabhängig voneinander getrieben werden. Eine erste Hüllschicht 312 von Se-dotierten AlGaInP und eine aktive Schicht 313 werden auf einem Si-dotierten GaAs- Substrat 311 in dieser Folge gebildet, und anschließend wird eine zweite Hüllschicht 214 vom Zn-dotierten AlGaInP auf der aktiven Schicht 313 gebildet. Die zweite Hüllschicht 314 weist zwei Mesa-(vorstehende)-Abschnitte auf, die den Emissionsbereichen entsprechen, und sie ist so entworfen, daß sie physikalisch fortlaufend die aktive Schicht 313 abdeckt. Vier Streifenbereiche 316a - 316d, hergestellt aus Abdeckschichten von Zn-GaInP, werden weiter auf dem flachen Oberabschnitt jedes der Mesaabschnitte gebildet.
Zusätzlcih werden Stromblockierschichten 315a - 315e aus Si- dotiertem GaAs auf der zweiten Hüllschicht 314 gebildet, ausschließlich derjenigen Bereiche, bei denen die Streifen Bereiche 316a - 316d (Abdeckschichten) gebildet sind. Dies bedeutet, daß die Stromblockierschichten 315a - 315b so gebildet sind, daß sie zwischen den beiden Mesaabschnitten eingebettet sind (die beiden Seiten der Mesaabschnitte enthalten), jeweils enthaltend die Streifenbereiche 316a - 316d (Abdeckschichten), und die zweite Hüllschicht 314.
Zusätzlich werden Kontaktschichten 317a - 317d aus Zn- dotiertern GaAs auf den Streifenbereichen 316a - 316d (Abdeckschichten) und den Stromblockierschichten 315a - 315e gebildet. Weiterhin werden Siliziumnitridfilme 319a, 319c zum strukturmäßigen Trennen der Kontaktshichten 317a - 317d auf der Oberfläche des Mittenabschnitts der Stromblockierschichten 315a - 315d gebildet, durch die die vier Emissionsbereiche voneinander getrennt sind. Dies bedeutet, daß Siliziumnitridfilme 319a - 319c gebildet sind, um drei Isolationsnuten zu vergraben, die zwischen den vier lichtemittierenden Bereichen gebildet sind.
Stromzuführanschlüsse 318a - 318d sind auf jeder der vier getrennten Kontaktschichten 317a - 317d gebildet, und ein gemeinsamer Stromzuführanschluß 310 ist auf der Rückoberfläche des GaAs-Substrats 311 gebildet. Der Halbleiterlaser wird durch den bekannten Prozeß unter Einsatz epitaxialen Züchtens, Ätzens usw. hergestellt.
Wie in Fig. 9 gezeigt, enthält der Halbleiterlaser zwei Paare von Laserresonatoren, die als Oszillationsbereiche die aktive Schicht 313 aufweisen, die durch die Hüllschicht 312, 314 sandwichartig umgeben sind. Ein erster Stromzuführanschluß 318a und ein vierter Stromzuführanschluß 318d der jeweiligen Paare der Laserresonatoren werden als Überwachungsanschlüsse eingesetzt, und sie sind mit dem gemeinsamen Stromzuführanschluß 310 jeweils über Shuntwiderstände 320a, 320b von ungefähr 10 Ohm verbunden.
Bei diesem Halbleiterlaser sind die jeweiligen Streifenbereiche 316a, 316d zueinander um ungeführ 4 µm beabstandet. Der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Streifenbereich 316a, 316b und derjenige zwischen dem dritten und dem vierten Streifenbereich 316c, 316d beträgt jeweils 7 um. Der Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Streifenbereich 316b, 316c beträgt 15 µm. Die Laserresonatoren, bei denen die Oszillationsbereiche im Zusammenhang mit dem ersten bis vierten Streifenbereich 316a - 316d vorliegen, werden im folgenden als der erste bis vierte Laserresonator bezeichnet.
Wird bewirkt, daß ein Strom von deren Stromzuführanschlüssen 318b, 318d zu dem gemeinsamen Stromzuführanschluß 310 zum Treiben des zweiten und dritten Laserresonators fließt, so durchqueren Träger, die durch die Kontaktschichten 317b, 317c passiert sind, die Hüllschicht 314, jeweils über die Abstände zwischen der Stromblockierschicht 315c und den Stromblockierschichten 315b und 315d. Zu diesem Zeitpunkt weisen die Träger aufgrund eines elektrischen Felds strahlenartige Verteilungen ausgehend von der Hüllschicht 314 zu der gemeinsamen Elektrode 310 auf. Die Breite der Verteilungen in der aktiven Schicht 313 entspricht den Breiten der zugeordneten Streifenbereiche 316b, 316c. Teile der aktiven Schicht 313 entsprechend diesen Breiten oszillieren jeweils zum Emittieren von Laserstrahlen.
In diesem Zeitpunkt wird der erste und der vierte Laserresonator nicht getrieben, jedoch tritt bei den Laserstrahlen durch die aktive Schicht ein Leckvorgang auf. Im Ergebnis werden elektromotorische Kräfte erzeugt aufgrund der Lichtinterferenz zwischen den Stromzuführanschlüssen des ersten Laserresonators und des vierten Laserresonators. Die Spannungen dieser elektromotorischen Kräfte sind konstant, unabhängig von den Intensitäten der emittierten Laserstrahlen, jedoch werden sie über die Shuntwiderstände 320a, 32db geleitet, und sie nehmen im Hinblick auf ihre Spannungswerte ab. Die elektromotorischen Kräfte können eine Funktion der Intensitäten der Laserstrahlen sein. Entsprechend lassen sich durch Messen dieser Spannungen durch den ersten und den vierten Laserresonator die Zustände des zweiten und dritten Laserresonators überwachen. Beziehungen zwischen den Shuntwiderständen, der Spannung und dem Ausgangspegel der Laserstrahlen unterscheiden sich in Abhängigkeit der Strukturen der Halbleiterlaser. Werte der Shuntwiderstände 3,20a, 32db werden in Übereinstimmung mit den Strukturen der eingesetzten Halbleiterlaser bestimmt.
Wird der zweite und der dritte Laserresonator nicht getrieben, so wird ein Referenzstrom von beispielsweise 1 mA den gemeinsamen Stromzuführanschlüssen 318a, 318b des ersten und vierten Laserresonators zugeführt, und die Zwischenanschlußspannung in diesem Zeitpunkt wird gemessen, um eine Stromtemperatur des Laserchips mit zu überwachen. Dies bedeutet, daß dann, wenn der Referenzstrom zugeführt wird,
(Widerstandswert des Laserchips) x (Referenzstrom) = (Zwischenanschlußspannung)
gilt. Da ein Widerstandswert des Laserchips als Funktion der Laserchiptemperatur ausgedrückt wird, wird ein Widerstandswert bei der Referenztemperatur und ein gemessener Widerstandswert verglichen, um hierdurch indirekt eine Stromtemperatur des Laserchips zu berechnen. Auf Basis dieser Temperatur kann ein Gesamtzustand des Halbleiterlasers überwacht werden.
Hier wird der erste und der vierte Laserresonator als Überwachungselement eingesetzt, jedoch sind in dem Fall, daß der erste und dritte Laserresonator nicht ausreichend zueinander beabstandet werden können, die Stromzuführanschlüsse 318a, 318c des letzteren mit den Shuntwiderständen 320a, 32db für die Überwachung verbunden. Im Ergebnis tritt die Lichterinterferenz wwischen den benachbarten Laserresonatoren nicht auf, und eine Detektionsgenauigkeit ist verbessert.
Dieser Halbleiterlaser enthält zwei Paare von Laserresonatoren in dem Laserchip. Jedoch läßt sich der Halbleiterlaser mit lediglich einem Paar der Laserresonatoren oder drei oder mehr Paaren der Laserresonatoren unter Erzielung derselben Effekte herstellen.
Wie oben beschrieben, sind in dem Laserchip mehrere Paare von Laserresonatoren enthalten, und bei einem Paar der Laserresonatoren erfolgt eine Fotointerferenz mit dem anderen Paar der Laserresonatoren. Die Stromzuführanschlüsse eines Paars sind elektrisch über die Shuntwiderstände verbunden. Der Halbleiterlaser kann auch die Funktion zum Überwachen seiner Laserstrahlen durch ihn selbst aufweisen. Im Ergebnis vereinfacht selbst in dem Fall, daß die Oszillationspunkte nicht stark beabstandet sind, der Einsatz des Halbleiterlasers für die Überwachungseinrichtungen die Überwachung der Ausgangspegel der jeweiligen Laserstrahlen mit Genauigkeit.
Bei diesem Halbleiterlaser sind in dem Fall, daß zwei Paare von Laserresonatoren vorgesehen sind, die Stromzuführanschlüsse eines Paars der Laserresonatoren elektrisch über die Shuntwiderstände verbunden. Im Ergebnis läßt sich die Lichtinterferenz zwischen den Laserresonatoren des anderen Paars verhindern. Die Überwachung kann genau sein. Der Einsatz der Halbleiterlaser ermöglicht die einfache Überwachung der Laserchiptemperatur.
Die Fig. 10 zeigt eine Struktur an sich des Halbleiterlasers gemäß einer Ausführungsforrn dieser Erfindung. Der Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser 401 gemäß dieser Erfindung enthält drei Laserresonatoren, der als Oszillationsbereiche eine aktive Schicht 413 aufweist, die von Hüllschichten 412, 414 sandwichartig umgeben ist. Bei Einsatz ist dieser Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser 410 gepackt.
Wird ein Fließen von Strom von den Stromzuführanschlüssen 418b, 418c zu dem gemeinsamen Stromzuführanschluß 410 zum Treiben der Resonatoren bewirkt, so treten Träger, die durch die Kontaktschichten 417b, 417c passiert sind, zu der Hüllschicht 414 durch, über die Abstände zwischen der Stromblockierschicht 415c und jeweils den Stromblockierschichten 415b und 415d. In diesem Zeitpunkt weisen die Träger aufgrund eines elektrischen Felds strahlenartige Verteilungen ausgehend von der Hüllschicht 414 zu der gemeinsamen Elektrode 410 auf. Die Breite der Verteilungen in der aktiven Schicht 413 entspricht den Breiten der zugeordneten Streifenbereiche 416b, 416c. Teile der aktiven Schicht 413 entsprechend diesen Breiten oszillieren, um jeweils Laserstrahlen zu emittieren. Der Strahlabstand zwischen diesen Laserstrahlen beträgt 15 µm.
Bei dem Halbleiterlaser 401 gemäß dieser Ausführungsform mit der oben beschriebenen Struktur ist der Laserresonator mit dem ersten Streifenbereich 416a geeignet für den Stromeinsatz, und die Laserresonatoren mit dem zweiten und dem dritten Streifenbereich 416b, 416c sind jeweils geeignet zum Einsparen von Laserresonatoren, und die von dem Strom verwendeten Laserresonatoren emittierten Strahlen werden als Lichtquelle eines Laserprinters benützt.
Eine Verschlechterungs-Detektorvorrichtung 402 detektiert die Verschlechterung des stromverwendenden Laserresonators des Halbleiterlasers 401 und sie enthält eine Detektorschaltung für eine elektromotorische Kraft zum Detektieren einer elektromotorischen Kraft, die in einem benachbarten Spar/Ersatz-Laserr,esonator erzeugt wird. Bei dem in Fig. 10 gezeigten Laserresonator 401 mit einer Struktur, bei der mehrere Resonatoren optisch eng gekoppelt sind, dient ein nicht getriebener Laserresonator in der Nachbarschaft eines getriebenen Laserresonators als Fotodiode. Demnach ist durch Detektion einer elektromotorischen Kraft des Resonators eines Ausgangsgröße eines Laserstrahls des getriebenen Laserresonators bekannt. In diesem Fall ist die in der aktiven Schicht des getriebenen Laserresonators erzeugte Spannung konstant, unabhängig von den Laserstrahlintensitäten, jedoch erfolgt durch Shunten der Spannung mit einem geeigneten Widerstand ein Spannungsabfall in den Hüllschichten, sowie anderer Elemente des Ersatz- Laserresonators. Eine zwischen den Stromzuführanschlüssen erzeugte Spannung ist eine Funktion einer Intensität eines getriebenen Strahls. Demnach wird bei Abfall einer elektromotorischen Kraft unterhalb eines festgelegten zulässigen Bereichs festgestellt, daß eine Lebensdauer des stromverwendenden Laserresonators abgelaufen ist, und ein Befehissignal wird ausgegeben, zum Treiben einer Umschaltvorrichtung 403, die beschrieben werden wird.
Die Verschlechterungsdetektorvorrichtung 402 enthält auch eine Spannungsdetektorschaltung zum Detektieren einer Spannung, die verfügbar ist, wenn ein Referenzstrom dem nicht getriebenen Ersatzlaserresonator zugeführt wird. Dies erfolgt auf Basis der Tatsache, daß ein Wärmewiderstand in dem Ersatzlaserresonator unter dem Einsatz der in dem getriebenen Laserresonator erzeugten Wärme ansteigt. Dies bedeutet, daß eine bei Zuführung des Referenzstroms verfügbare Spannung gemessen wird, und in diesem Zeitpunkt wird ein Widerstandswert detektiert, wodurch sich eine Wärmezunahme des Laserchips indirekt detektieren läßt. Dies vereinfacht die synthetische Beurteilung der Tatsache, ob eine Abnahme eines Ausgangspegels des getriebenen Laserresonators auf dessen Lebensdauer oder die erzeugte Wärme zurückzuführen ist. Entsprechend lassen sich Situationen vermeiden, in denen Befehlssignale fehlerhafterweise ausgegeben werden.
Diese Ausführungsform enthält zwei Laserresonatoren in dem Laserchip. Jedoch läßt sich ein anderer Halbleiterlaser, der beispielsweise nicht nur der oben erwähnte Laserchip ist, der drei oder mehr Laserresonatoren enthält, zur Erzielung derselben Effekte herstellen.
Bei diesem Lasersystem kann die Verschlechterungsdetektorvorrichtung 402 durch eine gebräuchliche Fotodiode vorgesehen sein, die von dem Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser-Chip getrennt ist. In diesem Fall ist eine Diode in einem Gehäuse des Halbleiterlasers angeordnet, um, wie gefordert, ein Ermüdungsverhältnis des stromverwendenden Laserresonators zu messen. Die Verschlechterungsdetektorvorrichtung 402 beurteilt den Ablauf einer Lebensdauer des stromverwendenden Laserresonators, beispielsweise dann, wenn ein gemessenes Ermüdungsverhältnis ungefähr 80% eines anfänglichen Ermüdungsverhältnisses beträgt, und sie gibt ein festgelegtes Binärsignal an die Treiber-Umschaltvorrichtung 403 aus.
Das Lasersystem kann eine automatische Leistungssteuereinheit (APC-Einheit) aufweisen, das den Strom so steuert, daß eine Intensität des Laserstrahls konstant gehalten wird. In diesem Fall detektiert die APC-Einheit die Verschlechterung durch Messen des Stroms, zum Ersetzen der Messung der Intensität des Laserstrahls. Somit enthält bei dieser Erfindung die Detektion der Verschlechterung auf Basis der Intensität des Laserstrahls die Detektion der Verschlechterung auf Basis des Stroms oder der Spannung.
Die Treiber-Umschaltvorrichtung 403 stoppt das Treiben des stromverwendenden Laserresonators in Ansprechen auf ein Befehlssignal, das von der Verschlechterungsdetektorvorrichtung 402 ausgegeben wird, und sie schaltet um, zum Treiben eines verbleibenden Ersatz Laserresonators in einer festgelegten Reihenfolge der Vorgänge, als stromverwendenden Laserresonator. Insbesondere wird nach Fig. 10 der Laserresonator mit dem zweiten Streifenbereich 416b als der stromverwendende Laserresonator eingesetzt. Die Treiber-Umschaltvorrichtung 403 benützt die Betriebsstrom-Umschaltschaltung zum Zuführen einer Leistung zu den Treiberbereichen der jeweiligen Laserresonatoren, um das Treiben umzuschalten, während der verschlechterte stromverwendende Laserresonator keine Strahlen emittiert.
eine Position eines Laserstrahls ist zu derjenigen des vorhergehenden Laserstrahls um ungefähr 15 µm beabstandet. Jedoch ist das optische System so angeordnet, daß sich eine ungefähr 30 µm-Verstellung einer Halbleiterlaser- Montierposition anpassen läßt, wodurch sich das Umschalten von dem stromverwendenden Laserresonator zu einem Ersatz- Laserresonator ermöglichen läßt. Ferner wird dann, wenn der ersetzende Laserresonator verschlechtert ist, dieser Laserresonator zu einem verbleibenden Laserresonator umgeschaltet, zu einem verbleibenden Ersatz-Laserresonator. Wenn dieser verbleibende Ersatz-Laserresonator verschlechtert ist, ist eine Lebensdauer des Halbleiterlasers abgelaufen.
Wie oben beschrieben, kann aufgrund der Tatsache, daß in dem Halbleiterlaser 401 selbst ein Ersatz-Laserresonator eingebaut ist, die Struktur des Halbleiterlasers vereinfacht werden. Zusätzlich können Laserstrahlen stabil während einer langen Periodenzeitdauer emittiert werden. Im Ergebnis führt der Einsatz des Laserresonators gemäß dieser Ausführungsform als Lichtquelle zu kostengünstigen Laserdruckern, und er erhöht deren Betriebszuverlässigkeit im Vergleich zu den üblichen Laserdruckern.
Bei dieser Ausführungsform enthält der Halbleiterlaser drei Laserresonatoren. Jedoch läßt sich diese Ausführungsform durch Einbeziehen von stromverwendenden Laserresonatoren und Ersatz-Laserresonatoren realisieren, und die Zahl der stromverwendenden und der Ersatz-Laserresonatoren ist im wesentlichen nicht auf die oben angegebenen Zahlen begrenzt. Der Halbleiterlaser gemäß dieser Erfindung ist bei optischen Informationsverarbeitungssystemen und optischen Kommunikationssystemen einsetzbar. Bei dieser Ausführungsforrn werden die Ersatz-Laserresonatoren als Rückfallposition und als Überwachungs-(-Sensor) für den stromverwendenden Laserresonator eingesetzt, jedoch können sie lediglich als Überwachungselement eingesetzt werden.
Ein weiterer Halbleiterlaser weist die Struktur nach Fig. 11 auf, und eine erste Hüllschicht 512 wird auf einem gemischten n-AlGaInP-Kristall gebildet, und eine zweite Hüllschicht 514 wird aus einer gemmischten p-AlGaInP-Kristall gebildet.
Eine Vorrichtung zum Unterdrücken von Wärmenebensprechvorgängen bei Mehrfachstrahl-Halbleiterlasern dient zum Verbessern der Wärmeabstrahlung der Laserchips zum Unterdrücken eines Temperaturanstiegs der Laserchips aufgrund deren Erwärmung. Aus diesem Gesichtspunkt erscheint es nachteilhaft, ein AlGaInP-Mischkristall einzusetzen, das einen Wärmewiderstandswert aufweist, der ein Mehrfaches desjenigen des üblichen AlGaAs-Mischkristalls beträgt. Jedoch wurde auf Basis von Studien der genannten Erfinder festgestellt, daß höhere Widerstandswerte der Hüllschichten deutlich mehr Vorteile bringen.
Wie in Fig. 12 gezeigt, wird die bei Treiben eines Laserresonators getriebene Wärme von der ersten Hüllschicht 512 aus AlGaInP-Mischkristall zu dem GaAs-Substrat 510 mit geringerem Wärmewiderstand geleitet, und anschließend zu einem anderen Laserresonator entlang dem Substrat 510. Die Wärme wird entlang der sogenannten Umleitstrecke geleitet. der übliche Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser mit der Hüllschicht 512 aus AlGaAs-Mischkristall weist ebenfalls diese Tendenz auf, jedoch hat er, wie anhand der gestrichelten Linie in Fig. 12 gezeigt, einen kürzeren Leitungspfad als die Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser mit der Hüllschicht 512 aus AlGaInP-Mischkristall. Der Grund hierfür besteht darin, daß beide Halbleiterlaser unterschiedliche Wärmewiderstandsverhältnisse im Hinblick auf das GaAs- Substrat 510 aufweisen.
So beträgt beispielsweise in dem Fall, in dem die Hüllschichten 512, 514 aus (Al0,6Ga0,3)0,5In0,5P- Mischkristall gebildet sind, deren Wärmewiderstand, obgleich nicht genau bekannt, ungefähr 17 Kcm/W (Hatakoshi, et al., The Transactions of the IEICE, Bd. E71, Nr. 4, 1988, S. 315 - 317), was dem 2-fachen von Al0,6Ga0,4As(8,8 Kcm/W) und dem 7- fachen von GaAs-Kristall (2,3 Kcm/W) des Halbleitersubstrats 510 entspricht. Die Wärmewiderstandswerte von AlGaAs und GaAs wurden auf Basis der Daten berechnet, die von Nakwaski, Journal of Applied Physics, Bd. 65, 1988, S. 159-166, dargestellt wurden.
Demnach steigt mit höherwerdendem Wärmewiderstandsverhältnis der Hüllschichten zu dem GaAs-Substrat 510 die Länge des Wärmeleitungspfades, und die Wärmenebensprechvorgänge werden entsprechend verringert. Dies war der Fall mit den Hüllschichten 512, 514 aus AlGaInP-Mischkristall, jedoch läßt sich derselbe Effekt auch in Fällen erzeugen, in denen die Hüllschichten 512, 514 aus GaInP-Mischkristall oder aus AlInPMischkristall gebildet sind, in denen die Hüllschichten 512, 514 aus GaInP- oder AlInP-Mischkristall gebildet sind, und in denen die Hüllschichten 512, 514 aus einem Mischkristall gemäß GaInP, AlGaInP oder AlInP gebildet sind.
Eine derartige Schichtstruktur läßt sich nicht nur in Fällen einesetzen, in denen die aktiven Schichten 513 aus einem G&As-Kristall oder einem AlGaAs-Mischkristall gebildet sind, wie es üblicherweise erfolgte, sondern auch in denjenigen Fällen, in denen die aktive Schicht 513 aus InGaAs- Mischkristall gebildet ist, sowie GaInP-Mischkristall, AlGaInP-Mischkristall oder anderen Elementen. Insbesondere in dem Fall, in dem die aktive Schicht 513 aus einem GaAs- Kristall, einem AlGaAs-Mischkristall oder einem InGaAs- Mischkristall gebildet ist, sind die erste und zweite Hüllschicht 512, 514 aus einem AlGaInP-Mischkristall gebildet, wodurch sich sehr wirksam eine Bandlückendifferenz zwischen den beiden größer ausbilden läßt als in dem Fall, in dem die Hüllschichten 512, 514 aus einem AlGaAs-Mischkristall gebildet sind.
Bei der oben beschriebenen Struktur läßt sich aufgrund der Tatsache, daß die Stromblockierschichten 16a - 16c aus n- GaAs-Kristall gebildet sind, die Wärme leicht in gewissem Umfang leiten, jedoch läßt sich ein Mehrfachstrahl- Halbleiterlaser mit weniger Wärmenebensprechen als bei dem üblichen Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser herstellen. Dies ist insbesondere in dem Fall wirkungsvoll, in dem der Abstand zwischen den jeweiligen Streifen so klein wie unterhalb von 50 µm ist, und die üblichen Strukturen erhöhen die Wärmenebensprechvorgänge.
Die Fig. 13 zeigt eine Querschnittsstrukturansicht der epitaxial gezüchteten Schichten als Laserausgangsmaterial des Mehrfachstrahl-Halbleiterlasers. Nach Fig. 13 wird durch eine bekannte Kristallzüchtungstechnik, beispielsweise OMVPE (Organometallic Vapor Phase Epitaxy organometallische Gasphasen-Epitaxie) oder andere Techniken, eine Pufferschicht 511 mit einer Dicke von 0,23 µm gebildet, sowie eine erste Hüllschicht 512 mit einer Dicke von 1,1 µm, ein aktiver Schichtbereich 513 mit einer Lichteinschlußschicht 513a, einer aktiven Schicht 513b und einer Lichteinschlußschicht 513c, jeweils mit einer Dicke von 0,04 µm, eine zweite Hüllschicht 514 mit einer Dicke von 1,2 µm und eine Abdeckschicht 513 mit einer Dicke von 0,14 µm als Dicke, auf der oberen Oberfläche eines Halbleitersubstrats 510 in der angegebenen Reihenfolge.
Das Halbleitersubstrat 510 ist aus einem Si-dotierten GaAs- Mischkristall gebildet, mit einer Elektronenkonzentration von 2x10¹&sup8;cm&supmin;³, die Pufferschicht 511 ist aus einem Si-dotierten GaAs-Mischkristall mit einer Elektronenkonzentration von 1,5x10¹&sup8;cm&supmin;³ gebilet; die erste Hüllschicht 512 ist aus einem Se-dotierten (Al0,7Ga0,3) 0,5In0,5P-Mischkristall mit einer Elektronenkonzentration von 2x10¹&sup7; cm&supmin;³ gebildet; in dem aktiven Schichtbereich 513 sind die Lichteinschlußschichten 513a, 513c aus einem nicht dotierten Ga0,5In0,5P- Mischkristall gebildet, und die aktive Schicht 513b ist eine Potentialtopfschicht aus GaAs-Mischkristall; die zweite Hüllschicht 514 ist aus einem Zn-dotierten (Al0,7Ga0,3) 0,5In0,5P-Mischkristall mit einer Löcherkonzentration von 4x10¹&sup7; cm&supmin;³ gebildet; und die Abdeckschicht 515 ist aus einem Zn-dotierten Ga0,5In0,5P- Mischkristall mit einer Löcherkonzentration von 1x10¹&sup8;cm&supmin;³ gebildet.
Die Fig. 14 bis 16 zeigen die Schritte eines Prozesses zum Herstellen dieses Mehrfachstrahl-(Doppelstrahl)- Halbleiterlasers. Jeder Schritt wird unter Bezug auf die Fig. 14A bis 16D erläutert.
Zunächst wird mit den epitaxial gezüchteten Schichten nach Fig. 13 als Laserstartmaterial (Fig. 14A) ein Nitridfilm 520 auf der oberen Oberfläche der Abdeckschicht 515 gebildet, und anschließend unter Einsatz eines Resists 521 (Fig. 14B) gemustert. Anschließend wird der Teil des Nitridfilms 520, der nicht mit dem Resist 521 abgelegt ist, abgeätzt, beispielsweise mit gepuffertern Fluorwasserstoff, und anschließend wird der Resist 521 mit Aceton entfernt (Fig. 14C) . Der Nitridfilm 520 wird während 6 Minuten mit einer 50º-gemischten Säure geätzt (Schwefelsäure Wasserstoffperoxid Wasser = 3 : 1 : 1), damit die zweite Hüllschicht 514 mit einer Dicke von ungefähr 0.2 µm verbleibt (Fig. 14D). Somit werden zwei Streifenbereiche 515a, 515b auf der Abdeckschicht gebildet.
Anschließend wird Si-dotiertes GaAs (Elektronenkonzentration: 2x10¹&sup7; cm&supmin;³) mit einer Dicke von 0,3 µm gezüchtet, und anschließend wird der verbleibende Nitridfilm 520 mit einer Mischung von Fluorwasserstoff und Wasser (1 : 1) geätzt. Somit werden die Stromblockierschichten 216a - 516c und die Streifenbereiche gebildet, und ein Resist wird in dem Mittenteil hiervon positioniert (Fig. 15B). Der Teil des Nitridfilms 523 mit Ausnahme des mittleren Teils, in dem der Resist positioniert ist, wird geätzt (Fig. 15C). Zn-dotiertes GaAs (Flächenkonzentration: 4x10¹&sup7; cm&supmin;³) verbleibt auf der Oberfläche des linken Nitridfilms mit einer Dicke von 1 µm. Somit werden die Kontaktschichten 518a, 518b gebildet (Fig. 15D).
Der Teil des Nitridfilms 522 bei dem Mittenteil wird entfernt, und ein neuer Nitridfilm 524 wird auf den gesamten Oberflächen der Kontaktschichten 518a, 518b gebildet. Ein Resist 525 wird bei dem Mittenteil gemustert (Fig. 16A) . Die Teile des Nitridfilms 524 auf den Kontaktschichten 518a, 518b werden geätzt (Fig. 16B), und ein p-Elektrodenmaterial 526 wird auf der gesamten Oberfläche aufgedampft (Fig. 16C). Der Resist 525 wird mit Aceton zusammen mit dem p- Elektrodenmaterial 526 auf der Oberfläche des Resists 525 entfernt. Somit werden die p-Elektroden 519a, 519b gebildet. Ferner wird das Substrat 510 von der Unterseite in eine Dicke von ungefähr 70 µm geätzt. Anschließend wird eine gemeinsame n-Elektrode 519c an der Unterseite des Substrats 510 gebildet, und anschließend legiert bei 400ºC/min. in einer Stickstoffumgebungsatmosphäre (Fig. 16D).
Die Fig. 17 zeigt eine Querschnittsstrukturansicht der epitaxial gezüchteten Laserschichten eines weiteren Mehrfachstrahl-Halbleiterlasers. Dieses Beispiel unterscheidet sich von dem Beispiel nach Fig. 13 lediglich im Hinblick auf die Struktur des aktiven Schichtbereichs. Nach Fig. 17 enthält der aktive Schichtbereich 0,08 µm-dicke nicht dotierte (Al0,4Ga0,6)0,5In0,5P-Schichten 533a, 5339, 0,008 µm-dicke nicht dotierte (Al0,4Ga0,6)0,5In0,5P-Schichten 533c, 533e und 0,01 µm-Dicke Ga0,43In0,57P-Schichten 533b, 533d, 533f. Somit läßt sich ein sichtbarer Mehrfachstrahl-(Doppel)- Strahl-Halbleiterlaser herstellen.
Anschließend wurden Nebensprechvorgänge in diesem sichtbaren Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser tatsächlich gemessen. Bei der Messung wurde zunächst bestätigt, daß die beiden Laserresonatoren im wesentlichen dieselben Eigenschaften und ausreichend geringe Fotonebensprechvorgänge aufweisen, und deren Ströme bei einem Strahlausgang von 6 mW wurden gemessen. Anschließend wurden die Treiberbereiche der beiden Laserresonatoren kurzgeschlossen, und der Strom lab und der externe differenzielle Wirkungsgrad (SE) bei einem Strahlausgang von 12 mW wurden gemessen. Ein Nebensprechen war durch die folgende Gleichung vorgegeben.
Nebensprechen (%) = (Iab - Ia - Ib) SE/12.
Das Ergebnis bestand darin, daß das Nebensprechen ungefähr 8% bei einer 500 µm-Resonatorlänge betrug. Es wurde bestätigt, daß sich praktikable Halbleiterlaser herstellen lassen. Dieser Wert gilt für den Fall, daß die Reflexionsoberfläche nicht beschichtet ist. Ein Halbleiterlaser mit Nebensprechvorgängen unter 5% läßt sich herstellen, beispielsweise durch Bilden einer Reflexionsschicht aus mehrfach dielektrischen Filmen auf der Reflexionsoberfläche.
Eine Variation des Mehrfachstrahl-Halbleiterlasers enthält die Stromblockierschicht 516a - 516c, gebildet aus Si&sub3;N&sub4;.
Eine Vorrichtung zum Unterdrücken von Wärmenebensprechvo,rgängen bei dem Mehrfachstrahl- Halbleiterlaser besteht in dem Verbessern der Strahlung des Laserchips zum Reduzieren eines Temperaturanstiegs aufgrund der Erwärmung. Aus diesem Gesichtpunkt erscheint es nachteilhaft, ein Dielektrikum, beispielsweise Si&sub3;N&sub4;, einzusetzen, das einen höheren Wärmewiderstand als das übliche GaAs-Kristall aufweist. Jedoch haben die Studien der genannten Erfinder gezeigt, daß bei Berücksichtigung eines Pfads der Wärmeleitung ein höherer Wärmewiderstandswert der Stromblockierschicht 516a - 516c ziemlich vorteilhaft ist. Dies bedeutet, daß die bei Treiben eines Laserresonators in dem aktiven Schichtbereich 513 erzeugte Wärme durch die Stromblockierschicht 516a - 516c mit einem hochwiderstandswertigen Dielektrikum unterdrückt wird. Entsprechend sind die Kalorienwerte, die zu dem benachbarten Laserresonator geleitet werden, im Vergleich zu dem üblichen Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser geringer, und die Wärmenebensprechvorgänge lassen sich entsprechend reduzieren.
Dies ist der Fall, wenn die Stromblockierschichten 516a - 516c aus einem SiN&sub4;-Dielektrikum gebildet sind, jedoch lassen sich in einem Fall, in dem die Stromblockierschicht aus einem SiO&sub2; oder Polyimid-Dielektrikum oder aus einem AlInP- Mischkristall oder aus einem AlGaInP-Mischkristall gebildet sind, dieselben vorteilhaften Effekte erzielen.
Die Fig. 18 zeigt die Struktur eines weiteren Halbleiterlasers. Dieser Halbleiterlaser enthält einen Chip 610 (mit einer Dicke von ungefähr 40 µm) mit Laserresonatoren, die an eine Elektrodenplatte 610 gebondet sind, sowie einem Wärmeleitungsdraht 603 als Radiator, der an der Seite des Substrats des Chips 610 angeordnet ist.
Die Elektroden 602,a, 602b sind an der Elektrodenplatte durch Aufdampfen von Gold und Gold-Zinn gebildet. Die Elektroden 602a, 602b, 602c, 602d sind elektrisch mit den Laserresonatoren auf dem Chip 610 verbunden. Der Wärmeleitungsdraht 603 ist in Kontakt mit dem Substrat des Chips 610 und ist beispielsweise aus Kupfer gebildet, so daß er gut als Radiator funktioniert. Der Wärmeleitungsdraht 603 ist elektrisch mit den Elektroden 602c, 602d verbunden. Wird ein Strom zwischen den Elektroden 602a, 602b und den Elektroden 602c, 602d zugeführt, so werden Laserstrahlen von den Laserresonatoren auf dem Chip 610 emittiert.
Der Chip 610 ist ein Mehrfachstrahl-Halbleiterlaserchip, und er enthält Laserresonatoren auf dem Substrat. Die Fig. 19 zeigt die Struktur des Chips 610. Dieser Chip 610 enthält eine Se-dotierte AlGaInP-Hüllschicht 703 (mit einer Dicke von 2000 Å), sowie eine aktive Schicht 704 mit einer gespannten Mehrfachquantenpotentialstruktur, eine Zn-dotierte AlGaInP- Hüllschicht 705, eine Si-dotierte GaAs-Stromblockierschicht 706 und eine Zn-dotierte GaInP-Abdeckschicht 707, die sequentiell auf einem Si-dotierten GaAs-Substrat 701 aufgebracht sind. Eine Zn-dotierte GaAs-Kontaktschicht 708 und Elektroden 709 werden auf der Abdeckschicht 707 gebildet. Ein Siliziumnitridfilm 712 ist zwischen Lichtemissionsbereichen A, B so gebildet, daß er eine Nut 711 zum Isolieren der Lichtemissionsbereiche A, B vergräbt.
Die Zeichnung auf der linken Seite der Fig. 19 ist eine Energiebandansicht der verspannten Mehrfachquantenpotentialstruktur der aktiven Schicht 704. Wie gezeigt, enthält die aktive Schicht 704 100 Å-dicke nicht dotierte Ga0,43In0,57P-Potentialschichten 741, nicht dotierte (Al0,4Ga0,6)0,5In0,5P-Sperrschichten 742 (mit einer Dicke von 80 Å), Lichteinschlußschichten 743 (mit einer Dicke von 800 aus demselben Material wie die Sprrschichten 742. Die aktive Schicht weist die Mehrfachquantenpotentialstruktur auf, so daß sie einer Kompressionsverspannung unterzogen wird.
Der Halbleiterlaser nach Fig. 18 wird wie folgt hergestellt.
Der Chip 710 wird mit einer Dicke von ungefähr 60 µm hergestellt. Der Chip 610 wird wie folgt hergestellt.
Die Hüllschicht 703, die aktive Schicht 704, die Hüllschicht 705 und die Abdeckschicht 707 werden epitaxial bei 740ºC auf dem GaAs-Substrat 701 in der gegebenen Reihenfolge gezüchtet, und anschließend wird ein Siliziumnitridfilm 721 gebildet (Fig. 20A). Die Dotiermengen der n- und der p-Hüllschichten betragen jeweils 2x10¹&sup7; cm&supmin;³ und 4x10¹&sup7; cm&supmin;³ und die Dicke beider Hüllschichten beträgt 1 µm. Der Siliziumnitridfilm 721 ist so gemustert, daß er die Maske zum Ätzen der anhand der gestrichelten Linie dargestellten Teile bildet, und zwar in dem nächsten Schritt. Für dieses Ätzen ist das Ätzmittel gepufferter Fluorwasserstoff. Die Breite der beiden strukturierten Siliziumnitridfilme 721 beträgt 5 µm, und der Abstand zwischen den beiden Filmen 721 beträgt 15 µm.
Es folgt ein Mesaätzvorgang. Der Mesaätzvorgang wurde auf der oberen Hüllschicht 705 während 6 Minuten unter Einsatz eines Ätzmittels in der Form einer gemischten Säure (Schwefelsäure : 5Wasserstoffperoxid : Wasser = 3 : 1 : 1) bei 50ºC durchgeführt, und die obere Hüllschicht 705 wurde mit einer Dicke von 2000 Å zurückgelassen (Fig. 20B). Si-dotiertes GaAs (Verunreinigungskonzentration: 2x10¹&sup7; cm&supmin;³) wird auf den weggeätzten Teilen gezüchtet, und die Stromblockierschicht 706 wird gebildet. Die Siliziumnitridfilme 721 werden mit einem Ätzmittel (Schwefelsäure : Wasser = 1 : 1) entfernt (Fig. 2º0) . Anschließend wird ein Siliziumnitridfilm auf der gesamten Oberfläche gebildet, und anschließend einer Resistmusterung und einem Ätzvorgang so unterzogen, daß lediglich der Teil des Siliziumnitridfilms 722 zwischen den Lichtemissionsbereichen A, B zurückbleibt (Fig. 20D)
Anschließend wird ein Zn-dotierter GaAs-Film (Verunreinigungskonzentration: 1x10¹&sup9; cm&supmin;³) mit einer Dicke von 1 µm gezüchtet, und Kontaktschichten 708 werden beabstandet zueinander durch den Teil gebildet, bei dem der Siliziumnitridfilm 722 zurückbleibt (Fig. 21A). Anschließend wird der Siliziumnitridfilm 722 entfernt, und ein gemusterter Siliziumnitridfilm 712 wird auf dem Teil gebildet, der die Kontaktschichten 708 isoliert (Fig. 21B). Metalifilme 709, 709a aus drei Schichten gemäß Ti/Pt/A werden auf der gesamten Oberfläche aufgedampft (Fig. 21C), und anschließend wird das Resistmuster 712 mit Aceton entfernt, um die Elektroden 709 anzuheben, für die jeweiligen Laserresonatoren (Fig. 21D) Anschließend wird das Substrat ausgehend von der Unterseite abgeätzt, in eine Dicke von etwa 70 µm, und anschließend legiert, während 1 Minute bei einer Stickstoffumgebungsatmosphäre mit 400ºC, und ein Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser mit drei Laserresonatoren ist vorbereitet.
Ein Resistfilm wird auf beide Oberflächen dieses Resists aufgebracht, und dieser Wafer wird in einen Stab getrennt, was einen Laserresonator mit ungefähr 500 µm-Länge ermöglicht. Anschließend wird ein Schutzfilm aus Siliziumnitridfilm aufgedampft, und der Resist wird mit Aceton entfernt. Da auf beiden Oberflächen des Wafers der Resistfilm aufgebracht wird, wird der Schutzfilm aus Siliziumnitrid lediglich bei den getrennten Oberflächen aufgebracht, d.h. den Endoberflächen des Laserresonators. Anschließend wird der Wafer mit einer Breite von ungefähr 400 µm abgetrennt, und der Chip 610 ist vorbereitet.
Andererseits wird ein Resist mit einem erforderlichen Muster angewendet. Gold und Gold/Zinn (Zinngehalt: 20%) werden verdampft, und anschließend wird der Resist entfernt. Zusätzlich wird eine Elektrodenplatte 601 mit Elektroden 602a, 602b, 602c, 602d, gebildet durch Anheben, beabstandet zueinander gemäß ungefähr 50 µm (ein Abstand zwischen den Elektroden 709), vorbereitet (Fig. 22A).
Anschließend wird der Chip 610 mit dem Substrat 701 des Chips nach oben ausgerichtet bei ungefähr 300ºC so die-gebondet, daß die Elektroden 707 des Chips 610 die Elektroden 610a, 602b. elektrisch in Kontakt zueinander gelangen (Fig. 22B). Anschließend wird das Substrat 701 mit einem Ätzmittel (wässriges Ammonium : wässrigers Wasserstoffperoxid : Wasser: = 9 : 6 : 25) in einer Dicke von ungefähr 30 µm geätzt. Anschließend wird ein Resist auf der gesamten Oberfläche aufgebracht, mit Ausnahme des Teils, an dem der Chip 610 angeordnet ist (der Resist kann auf einen Teil des Chips 610 aufgebracht werden). Ein metall mit ohmschem Kontakt zu dem Substrat 702 wird gebildet. Beispielsweise werden, wie in "J. Appl. Phys., 62(3), 1. August 1987" beschrieben, Paradium und Germanium verdampft und geglüht, und Ge/PdGe wird gebildet.
Ein Wärmeleitungsdraht 603 wird an dem Chip und der Elektrodenplatte 601 mit Zinn und Blei bei ungefähr 250ºC die-gebondet (Fig. 22C). Anschließend wird das gesamte Substrat 702 (Fig. 33C) mit Indium an einer Wärmesenke mit einem Kupferstamm bei ungefähr 160ºC die-gebondet, und die Elektroden 602a, 602b, 602c, 602d werden drahtgebondet, und der Halbleiterlaser ist fertig ausgebildet.
Die Laserresonatoren werden somit auf dem Wafer mit einer Dicke, d.h. mechanisch stabilem Substrat gebildet, was die Behandlung des Laserresonators bei dem Herstellungsprozeß vereinfacht, und den Laserresonator beständig gegenüber einer Wärmespannung macht. Daß ferner auf das Ätzen des Substrats 702 auf das die-Bonden des Chips 610 folgt, ist die Behandlung einfach.
Ein Strom wurde diesem Halbleiterlaser zum Oszillieren des Lasers zugeführt, und Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen wurden erhalten. Bei dem Chip nach Fig. 19 ist ein Schwellwertstrom für die Laseroszillation zu gering, daß die Wärmeerzeugung gering ist. Ferner ist aufgrund des dünnen Substrats 701 des Chips 601 die Wärmeerzeugung gering. Aufgrund der geringen Dicke d (Fig. 19) der Hüllschicht 705 erreicht die in dem Bereich eines Laserresonators erzeugte Wärme nicht einfach einen benachbarten Laserresonator, was im Ergebnis zu geringen Nebensprechvorgängen führt. Ferner ist aufgrund des geringen Wärmewiderstands des Substrats 701 die Strahlung der Laserresonatoren aus Wärmequellen gut, und zusätzlich hierzu funktioniert der Wärmeleitungsdraht 603 als Radiator, was ferner die Abstrahlung verbessert. Da sich die Wärmenebensprechvorgänge somit wirksam unterdrücken lassen, werden selbst in einem Fall, in dem die Laserresonatoren gepulst sind, die Veränderungen einer Ausgangsgröße des anderen Laserresonators gering gehalten.
Diese Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform begrenzt, sondern sie deckt andere Variationen und Modifikationen ab.
Weiterhin kann der Wärmeleitungsdraht durch eine Wärmesenke in dem Lasersystem ausgebildet sein, solange er als der Radiator funktioniert. Der Radiator kann eine dicke Goldplattierung sein. Hier ist das Substrat durch Ätzen dünner ausgebildet. Die Ätzmittel können Ätzmittel sein, die sich von den oben erwähnten unterscheiden, und das Substrat kann mechanisch geerdet sein, solange die Laserresonatoren nicht beschädigt werden. Der Chip 610 enthält Mehrfachstrahl- Halbleiterlaser-Resonatoren, kann jedoch einen einzigen Strahl aufweisen. AlGaInP zum Bilden der aktiven Schicht kann ein Al-Zusammensetzungsverhältnis aufweisen. AlGaInP zum Bilden der Hüllschichten kann ein Ga- Zusammensetzungsverhältnis von Null aufweisen.
Anhand der so beschriebenen Erfindung ist offensichtlich, daß sich die Erfindung auf zahlreiche Arten variieren läßt. Derartigen Reaktionen werden nicht als ein Abweichen von dem Schutzbereich der Erfindung betrachtet, und alle derartigen Modifikationen, wie sie für den mit dem Stand der Technik Vertrauten offensichtlich sind, sollen innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Patentansprüche liegen.

Claims

1. Lasersystem, enthaltend:

a) einen Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser (401) mit zumindest einem ersten und zweiten Laserelement zum Erzeugen eines ersten oder zweiten Laserstrahls und Betreiben durch Zuführen eines Stroms jeweils zu einer ersten oder zweiten Elektrode (418a, 418b),

b) eine Verschlechterungsdetektorvorrichtung (402) zum Detektieren einer Verschlechterung des aktiven Bereichs (413) des Laserelements, das den Laserstrahl bei Zuführen des Stroms zu der entsprechenden ersten (418a) oder zweiten Elektrode (418b) emittiert, und

c) eine Treiberumschaltvorrichtung (403) zum Stoppen der Stromzufuhr zu der ersten Elektrode (418a) oder der zweiten Elektrode (418b) dann, wenn die Verschlechterungsdetektorvorrichtung (402) die Verschlechterung des aktiven Bereichs des entsprechend betriebenen Laserelements detektiert hat, sowie zum Zuführen des Stroms jeweils zu der zweiten Elektrode (418b) oder der ersten Elektrode (418a),

dadurch gekennzeichnet, daß

d) die Verschlechterungsdetektorvorrichtung ferner eine Stromdetektorschaltung zum Detektieren einer Spannung enthält und verfügbar ist, wenn ein Referenzstrom einem nicht getriebenen Laserelement zugeführt wird, vorgesehen benachbart zu dem getriebenen Laserelement, derart, daß die Spannung in Abhängigkeit von einer Wärmezunahme in dem nicht getriebenen Laserelement variiert, im Ansprechen auf eine Wärmezunahme in dem getriebenen Laserelement.

2. Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser (401) enthält:

a) eine aktive Schicht (413),

b) eine erste und zweite Hüllschicht (412, 414), die die aktive Schicht (413) sandwichartig umgeben,

c) eine Kontaktschicht (417), gebildet an der zweiten Hüllschicht (414), und

d) einer Teilervorrichtung, gebildet zum physikalischen Aufteilen der Kontaktschicht (417) in zwei Bereiche, derart, daß

e) die erste und zweite Elektrode (418a, 418b) jeweils bei den unterteilten Bereichen (417a, 417b) der Kontaktschicht (417) gebildet sind.

3. Lasersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser (401) ferner enthält:

a) eine Stromblockiervorrichtung (415), gebildet an der zweiten Hüllschicht (414), derart, daß die Stromblockiervorrichtung (415) beabstandet zu der aktiven Schicht (413) mit einer festgelegten Distanz ist, derart, daß

b) die Teilervorrichtung oberhalb der Stromblockiervorrichtung (415) gebildet ist.

4. Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlechterungsdetektorvorrichtung (402) die Verschlechterung auf Basis einer Intensität des Laserstrahls von dem Bereich (413) detektiert, der den Laserstrahl dann emittiert, wenn der Strom zu der ersten Elektrode (418a) zugeführt wird.

5. Lasersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlechterungsdetektorvorrichtung (402) in dem Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser (401) enthalten ist und die Verschlechterung detektiert, indem sie eine elektrische Leistung mißt, die in der zweiten Elektrode (418b) erzeugt wird, auf Basis des Laserstrahls von dem Bereich (413), der den Laserstrahl erzeugt, wenn Strom zu der ersten Elektrode (418a) zugeführt wird.

6. Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser (401) ferner generiert

a) einen anderen Strahl, der durch Zuführung von Strom zu einer, Überwachungselektrode betrieben wird, derart, daß

b) die Verschlechterungsdetektorvorrichtung (401) in dem Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser (401) enthalten ist und sie die Verschlechterung detektiert, indem sie eine elektrische Leistung mißt, die in der Überwachungselektrode erzeugt wird, auf Basis des Laserstrahls von dem Bereich (413), der den Laserstrahl dann erzeugt, wenn Strom der ersten Elektrode (418a) zugeführt wird.

7. Lasersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser (401) ferner enthält:

a) eine andere Teilervorrichtung zum Bilden eines geteilten Überwachungsbereichs, und

b) eine Überwachungselektrode, und derart, daß die Verschlechterungsdetektorvorrichtung (402) in dem Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser (401) enthalten ist und die Verschlechterung dadurch detektiert, indem sie eine in der Überwachungselektrode erzeugte elektrische Leistung mißt, auf Basis des Laserstrahls von dem Bereich (413), der den Laserstrahl erzeugt, wenn Strom zu der ersten Elektrode (418a) zugeführt wird.

8. Lasersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser ein Intervall zwischen, dem ersten Strahl und einem zweiten Strahl aufweist, das gleich oder größer als 15 µm ist, und

b) ein Intervall zwischen dem ersten Strahl und dem anderen Strahl kleiner als 15 µm ist.

9. Lasersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser (401) ein Intervall zwischen dem Zentrum des Bereichs (413), der den Laserstrahl dann erzeugt, wenn Strom zu der ersten Elektrode (418a) zugeführt wird, und demjenigen des Bereichs, der den Laserstrahl erzeugt, wenn Strom zu der zweiten Elektrode zugeführt wird, aufweist, der gleich oder größer 15 µm ist, und

b) ein Intervall zwischen dem Zentrum des Bereichs (413), der den Laserstrahl dann erzeugt, wenn Strom zu der ersten Elektrode (418a) zugeführt wird, und demjenigen des Bereichs (413), der den Laserstrahl erzeugt, wenn Strom zu der Überwachungselektrode zugeführt wird, kleiner als 15 µm ist.

10. Lasersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Mehrfachstrahl-Laserstrahl (401) einen anderen Strahl aufweist, der durch Zuführen von Strom zu einer Überwachungselektrode betrieben wird, und

b) die Verschlechterungsdetektorvorrichtung (402) in dem Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser (401) enthalten ist und die Verschlechterung detektiert, indem eine Spannung, der Überwachungselektrode dann gemessen wird, wenn ein festgelegter Strom der Überwachungselektrode zugeführt wird.

11. Lasersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser ferner enthält:

a) eine andere Teilervorrichtung zum Bereitstellen eines anderen unterteilten Bereichs, und eine Überwachungselektrode, gebildet an dem anderen abgeteilten Bereich, derart, daß

b) die Verschlechterungsdetektorvorrichtung (402) in dem Mehrfachstrahl-Halbleiterlaser (401) enthalten ist und die Verschlechterung detektiert, indem eine Spannung der Überwachungselektrode dann gemessen wird, wenn ein festgelegter Strom der Überwachungselektrode zugeführt wird.