DE69521157T2

DE69521157T2 - Polarisationsselektiver Halbleiterlaser, Lichtsender und optisches Kommunikationssystem unter Verwendung dieses Lasers

Info

Publication number: DE69521157T2
Application number: DE69521157T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Handa; Jun Nitta
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1994-02-18
Filing date: 1995-02-16
Publication date: 2001-11-08
Anticipated expiration: 2015-02-17
Also published as: EP0668641A1; EP0668641B1; DE69521157D1; US5901166A

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterlaser, dessen Polarisationswellentyp von einer externen Steuerung geändert werden kann, und der beispielsweise als Lichtquellengerät im Gebiet optischer Kommunikation geeignet ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein optisches Kommunikationssystem und einen Lichtsender, die jeweils den zuvor genannten Halbleiterlaser verwenden.

Zum Stand der Technik

Als herkömmliche Einrichtung offenbart die japanische Anmeldung 2159781 einen Verteilrückkopplungslaser (DFB-Laser), dessen Schwingungspolarisationswellentyp durch eine externe Steuerung geändert wird. In diesem DFB-Laser veranlaßt eine Trägerinjektion zur Phaseneinstellung und Bildung einer Populationsinversion eine Änderung in der Phase internen Lichts, und die Schwingung tritt entweder als transversalelektrischen Wellentyp (TE-Wellentyp) oder als transversalmagnetischer Wellentyp (TM-Wellentyp) auf, dessen Schwellwertverstärkung geringer ist.
Bei der zuvor angesprochenen Einrichtung wird jedoch der Schwingungspolarisationswellentyp des Einrichtungsausgangssignals durch Steuern der Phasen des Lichts in TE- und TM-Wellentypen geändert. Folglich muß immer ein vorbestimmter Strombetrag in die Einrichtung injiziert werden, um die Besetzungsinversion zu erzeugen. In der Einrichtung nach dem Stand der Technik wird weiterhin eine aktive Schicht mit einem Ladungsmaterial gebildet, und somit ist die Verstärkungsdifferenz zwischen TE- und TM-Wellentypen gering. Wenn jedoch eine aktive Schicht mit einer Quantenpotentialmuldenstruktur verwendet wird, wird die Verstärkungsdifferenz zwischen TE- und TM-Wellentypen groß. Im Ergebnis kann ein Wellenlängenbereich, in dem der Polarisationswellentyp oszillierenden Lichts durch dasselbe Arbeitsprinzip wie beim Ladungsmaterial geändert werden kann, angenähert werden, und die Herstellgenauigkeit zur Bildung eines Beugungsgitters und dergleichen ist strikt. Hier bestimmt das für die Schwingungswellenlängen des Lichts in TE- und TM- Wellenlängen verantwortliche Beugungsgittergrundmaß die Braggschen Wellenlängen für TE- und TM-Wellentypen.
Weiterhin ist die Einrichtung nach dem Stand der Technik nicht mit einem effektiven und positiven Mittel zur Wellentypumschaltung der Schwingungspolarisation ausgestattet. Folglich ist es schwierig, einen polarisationsselektiven Laser mit guter Reproduzierbarkeit zu schaffen.
Weiterhin offenbart das Dokument WO 92/14174 einen Polarisationshalbleiterlaser mit zwei hintereinander angeordneten Halbleiterzonen. In den beiden Laserzonen ist jeweils ein Verstärkungsspektrum des TE- oder TM- Polarisationswellentyps dominant. In der Einrichtung dieses Dokuments werden die unterschiedlichen Polarisationswellentypen durch die auf die aktiven Schichten ausgeübte Dehnungs- oder Kompressionsstärke verursacht. Weiterhin ist die erforderliche Rückkopplung zur Erzielung des Betriebs in jedem Laserabschnitt mit Beugungsgittern 114 und 116 mit einer λ/4-Phasenverschiebung in ihren Mitten vorgesehen. Weiterhin ist eine Mittenisolationszone 118 zwischen den Laserabschnitten 110 und 112 vorgesehen. Der Zwischenisolationsabschnitt wird von einer separaten Elektrode 120 auf Massepotential gehalten.
Weiterhin offenbart das Dokument EP-A-0 332 446 einen Zwillingsführungs-Halbleiterlaser, dessen beide Laserzonen eine Parallelanordnung aufweisen.
Außerdem offenbart das Dokument EP-A-0 361 035 eine Halbleiterlaseranordnung, die sich aus zwei Quasi-Indexführungs- Laserdioden zusammensetzt, die jeweils mit einer lichtintensivierenden Schicht in einer von beiden Dioden gemeinsam verwendeten Ebene angeordnet sind. In einer Diode herrscht der eine Polarisationswellentyp vor, während in der anderen Diode der andere Polarisationswellentyp vorherrscht.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen polarisationsselektiven Halbleiterlaser zu schaffen, dessen Schwingungspolarisationswellentyp durch einen injizierten Strom oder Anlegen einer Spannung geändert werden kann, und der das obige Problem eines Ansteuerverfahren dieses Halbleiterlasers, eines Lichtsenders oder Empfängers mit diesem Halbleiterlaser und eines optischen Kommunikationssystems unter Verwendung dieses Halbleiterlasers löst.
Nach der vorliegenden Erfindung werden die obigen Aufgaben durch den polarisationsselektiven Halbleiterlaser, das Ansteuerverfahren, den Lichtsender und das optische Kommunikationssystem gelöst, wie es in den anliegenden Patentansprüchen 1, 2, 19, 20 beziehungsweise 21 angegeben ist.
Diese Vorteile und andere werden in Verbindung mit der nachstehenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die den schematischen Aufbau eines ersten erläuternden Beispiels eines Halbleiterlasers zeigt, der nicht Gegenstand dieser Erfindung ist.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 1A-1A' von Fig. 1.
Fig. 3 veranschaulicht die Energiebandstruktur einer aktiven Schicht des ersten erläuternden Beispiels.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Ansteuerverfahren des ersten erläuternden Beispiels veranschaulicht.
Fig. 5A - 5D sind Graphen, die das Ansteuerverfahren des ersten erläuternden Beispiels und Lichtausgangssignale des ersten erläuternden Beispiels darstellen.
Fig. 6A - 6D sind Graphen, die ein anderes Ansteuerverfahren des ersten erläuternden Beispiels und Lichtausgangssignale des ersten erläuternden Beispiels darstellen.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die ein zweites erläuterndes Beispiel eines Halbleiterlasers darstellt, das nicht zum Gegenstand dieser Erfindung gehört.
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht, die ein drittes erläuterndes Beispiel eines Halbleiterlasers darstellt, das nicht Gegenstand dieser Erfindung ist.
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht, die ein viertes erläuterndes Beispiel eines Halbleiterlasers darstellt, das nicht Gegenstand dieser Erfindung.
Fig. 10 ist eine Längsquerschnittsansicht des vierten erläuternden Beispiels.
Fig. 11 ist ein Graph vom Verstärkungsspektrum von TE- und TM-Wellentypen vom vierten erläuternden Beispiel.
Fig. 12 ist ein Graph der Beziehung zwischen injizierten Strömen und Schwingungswellentypen.
Fig. 13 ist eine Querschnittsansicht, die ein fünftes erläuterndes Beispiel eines Halbleiterlasers darstellt, das nicht Gegenstand dieser Erfindung ist.
Fig. 14 ist ein Graph vom Verstärkungsspektrum von TE- und TM-Wellentypen vom fünften erläuternden Beispiel.
Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht, die ein sechstes erläuterndes Beispiel eines Halbleiterlasers darstellt, das nicht Gegenstand dieser Erfindung ist.
Fig. 16 ist ein Graph vom Verstärkungsspektrum einer Quantenpotential-Aktivschicht vom sechsten erläuternden Beispiel.
Fig. 17 ist ein Graph vom Verstärkungsspektrum von TE- und TM-Wellentypen einer Quantenpotential-Aktivschicht des sechsten erläuternden Beispiels.
Fig. 18 ist ein Graph von Schwellwertverstärkungen von TE- und TM-Wellentypen vom sechsten erläuternden Beispiel.
Fig. 19 ist ein Graph von Schwellwertverstärkungen von TE- und TM-Wellentypen vom sechsten erläuternden Beispiel.
Fig. 20 ist ein Graph der Beziehung zwischen injizierten Strömen und Schwingungswelientyper±;
Fig. 21 ist eine Querschnittsansicht, die ein siebentes erläuterndes Beispiel eines Halbleiterlasers darstellt, das nicht Gegenstand dieser Erfindung ist.
Fig. 22 stellt die Energiebandstruktur einer gedehnten Supergitter-Aktivschicht des siebenten erläuternden Beispiels dar.
Fig. 23 ist ein Graph vom Verstärkungsspektrum von TE- und TM-Wellentypen einer Aktivschicht vom siebenten erläuternden Beispiel.
Fig. 24 ist ein Graph vom Verstärkungsspektrum von TE- und TM-Wellentypen der gedehnten Supergitter-Aktivschicht vom siebenten erläuternden Beispiel.
Fig. 25A und 25B stellen die Energiebandstrukturen von zwei Aktivschichten vom achten erläuternden Beispiel dar.
Fig. 26 ist ein Graph vom Verstärkungsspektrum von TE- und TM-Wellentypen einer Quantenpotential-Aktivschicht vom achten erläuternden Beispiel.
Fig. 27 ist ein Graph vom Verstärkungsspektrum von TE- und TM-Wellentypen einer gedehnten Supergitter-Aktivschicht vom achten erläuternden Beispiel.
Fig. 28 ist eine Aufsicht, die ein erstes Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers darstellt, das nach dieser Erfindung aufgebaut ist.
Fig. 29 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 28A-28A' von Fig. 28.
Fig. 30 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 28B-28B' von Fig. 28.
Fig. 31 ist ein Graph von Schwellwertverstärkungen von TE- und TM-Wellentypen in unterschiedlichen Strominjektionszuständen des ersten Ausführungsbeispiels.
Fig. 32 ist eine Aufsicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlasers darstellt, das gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist.
Fig. 33 ist eine Querschnittsanalcht- entlang der Linie 32A-32A' von Fig. 32.
Fig. 34 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines optischen Senders darstellt, der einen Halbleiterlaser enthält, der gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist.
Fig. 35 ist ein Blockdiagramm, das ein optisches Sendesystem mit Wellenlängenmultiplex darstellt, das einen Halbleiterlaser verwendet, der gemäß dieser Erfindung aufgebaut ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Erstes erläuterndes Beispiel

Anhand der Fig. 1 und 2, die einen Halbleiterlaser mit einem Fabry-Perot-Resonator darstellen, ist nachstehend ein erstes erläuterndes Beispiel beschrieben, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. In den Fig. 1 und 2 bedeutet Bezugszeichen 1 ein n-dotiertes GaAs-Substrat. Bezugszeichen 2 bedeutet eine erste n-dotierte Al0,5Ga0,5As-Deckschicht.
Bezugszeichen 31 bedeutet eine erste Aktivschicht, die eine größere Verstärkung für TE-Wellentyplicht hat. Bezugszeichen 32 bedeutet eine zweite Aktivschicht, die eine größere Verstärkung für Licht des TM-Wellentyps hat. Bezugszeichen 4 bedeutet eine zweite p-dotierte Al0,5Ga0,5As-Deckschicht. Bezugszeichen 5 bedeutet eine p-dotierte GaAs-Kappenschicht. Bezugszeichen 6 bedeutet eine Isolierschicht. Bezugszeichen 7 bedeutet eine erste Elektrode aus einer Legierung aus Au und Ge, die auf der Grundoberfläche des Substrats 1 gebildet ist, Bezugszeichen 8 bedeutet eine zweite Elektrode einer Legierung aus Au und Cr, die zur Injektion eines Stromes in die erste Aktivschicht 31 gebildet ist, und Bezugszeichen 9 bedeutet eine dritte Elektrode aus einer Legierung aus Au und Cr, die zur Injektion eines Stromes in die zweite Aktivschicht 32 gebildet ist. Bezugszeichen 10 ist eine Trennrille zur elektrischen Trennung der zweiten Elektrode 8 von der dritten Elektrode 9.
Fig. 3 veranschaulicht Energiebandabstände der ersten Aktivschicht 31 und der zweiten Aktivschicht 32, lediglich unter Verwendung von Energieniveaus im Leitfähigkeitsband. Die Energiebandabstände der ersten Deckschicht 2 und der zweiten Deckschicht 4 sind ebenfalls dargestellt. Die erste Aktivschicht 31 setzt sich zusammen aus den Schichten 31-1, 31-2 und 31-3. Die Schicht 31-2 besteht aus sich abwechselnden Potentialmuldenschichten 31-21 und Sperrschichten 31-22. Die Schicht 31-1 ist eine abgestufte Indexschicht (GRIN-Schicht), deren Brechungsindex oder Energiebandabstand von demjenigen von Al0,5Ga0,5As zu demjenigen von Al0,3Ga0,7 variiert, während die Schicht 31-3 eine GRIN-Schicht ist, deren Index oder Energiebandabstand von demjenigen von Al0,3Ga0,7As zu demjenigen von Al0,5Ga0,5 variiert. Die Schicht 31-2 ist eine aktive Zone mit einer Quantenpotentialmuldenstruktur. Die Potentialmuldenschicht 31-21 ist beispielsweise gebildet aus GaAs, und die Sperrschicht 31-22 ist beispielsweise aus Al0,3Ga0,7As gebildet. Andererseits hat die zweite Aktivschicht 32 eine geringfügig unterschiedliche Struktur gegenüber der ersten Aktivschicht 31. Die Potentialmuldenschicht 31-21 der zweiten Aktivschicht 32 ist beispielsweise aus GaAl0,8P0,2 gebildet, und somit ist die Potentialmuldenschicht 31-21 eine sogenannte dehnbeanspruchtes Quantenpotentialmulde. Folglich hat die erste Aktivschicht 31 eine höhere Verstärkung für TE-Licht, und die zweite Aktivschicht 32 hat eine größere Verstärkung für TM-Licht.

Im ersten erläuternden Beispiel wird eine

Kammwellenleiterstruktur verwendet, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, für eine transversale oder laterale Begrenzungsstruktur des Wellenleiters. Andere seitliche Begrenzungsstrukturen, die in einem herkömmlichen Halbleiterlaser verwendet werden, wie eine Untergrundstruktur, können anstelle der Kammstruktur verwendet werden.
Im ersten erläuternden Beispiel wird des weiteren die Struktur zur einfachen Teilung der Elektrode in zwei Abschnitte zum Trennen der beiden Elektroden 8 und 9 voneinander verwendet. Andere Strukturen, wie beispielsweise ein tiefgeätzter Schlitz, können verwendet werden anstelle der Trennrille 10.
Ein Laseransteuerverfahren dieses erläuternden Beispiels ist nachstehend anhand der Fig. 4 und 5A-5D beschrieben. In Fig. 4 bedeutet 11 einen Strom, der in die erste Aktivschicht 31 injiziert wird, und 12 ist ein Strom, der in die zweite Aktivschicht 32 injiziert wird. Bezugszeichen 11 bedeutet ein Lichtausgangssignal. Fig. 5A und 5B veranschaulichen ein Verfahren zur Injektion von Strom in diese Einrichtung. Der Injektionsstrom 11 und der Injektionsstrom I&sub2;&sub1;, der ein Vorspannbetrag des Stromes 12 ist, sind so eingerichtet, daß das Schwingungslicht aus dem Halbleiterlaser dieses erläuternden Beispiels im TE-Wellentyp ist. Ein Injektionsstrom 122, der ein Modulationsbetrag des Stromes 12 ist, wird so eingestellt, daß das Schwingungslicht aus dem Halbleiterlaser dieses Ausführungsbeispiels im TM-Wellentyp ist. Das Lichtausgangssignal 21 ist in Fig. 5C dargestellt und kann durch ein derartiges Ansteuerverfahren gewonnen werden. Der Schwingungspolarisationswellentyp dieses Lichtausgangssignals 11 wird zwischen den Wellentypen TE und TM umgeschaltet, wie in Fig. 5D dargestellt.
Wenn in mehr Einzelheiten Ströme jeweils in die erste Aktivschicht 31 und in die zweite Aktivschicht 32 injiziert werden, werden 11 und 122 eine vorgegebene Wellenlänge eines Longitudinalwellentyps haben, die nur der Schwingungsbedingung im Wellentyp TE genügt, was zu der Schwingung im Wellentyp TE führt. Wenn andererseits die Ströme, die jeweils in die erste Aktivschicht 31 und in die zweite Aktivschicht 32 injiziert werden, 11 und 122 sind, genügt eine vorgegebene Wellenlänge des Longitudinalwellentyps nur der Schwingungsbedingung im Wellentyp TM, was zu einer Schwingung im Wellentyp TM führt.
Fig. 6A und 6B veranschaulichen ein weiteres Strominjektionsverfahren dieser Einrichtung. Im Ansteuerverfahren, das anhand der Fig. 5A-5D beschrieben worden ist, fluktuiert das Lichtausgangssignal 11 (siehe Fig. 5C) durch das Umschalten zwischen dem Wellentyp TE und dem Wellentyp TM, abhängig von der Beziehung zwischen dem Injektionsstrom und der Schwellwertverstärkung. In diesem Ansteuerverfahren der Fig. 6A-6D werden die Ströme T1 und 12 in zueinander entgegengesetzten Phasen moduliert (siehe Fig. 6A und 6B), so daß keine Fluktuation im Lichtausgangssignal 11 auftritt (siehe Fig. 6C). Somit ändert sich der Schwingungspolarisationswellentyp nur in der in Fig. 6D gezeigten Weise, ohne irgendeine Fluktuation im Lichtausgangssignal 11.
Des weiteren kann die Strominjektion entgegengesetzt zu der in den Fig. 5A und 5B gezeigten Weise ausgeführt werden. Das heißt, der in die erste Aktivschicht 31 injizierte Strom 11 wird moduliert, und der in die zweite Aktivschicht 32 injizierte Strom 12 bleibt unverändert.

Zweites erläuterndes Beispiel

Ein zweites erläuterndes Beispiel, das nicht zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gehört, ist nachstehend anhand Fig. 7 beschrieben, die einen verteilten Braggschen Reflektor- Halbleiterlaser darstellt (DBR-LD). In Fig. 7 bedeutet Bezugszeichen 41 ein Substrat aus n-dotiertem GaAs.
Bezugszeichen 42 bedeutet eine erste n-dotierte Al0,5Ga0,5As- Deckschicht. Bezugszeichen 61 bedeutet eine erste Aktivschicht, die eine höhere Verstärkung für Licht des TE-Wellentyps hat. Bezugszeichen 62 bedeutet eine zweite Aktivschicht, die eine höhere Verstärkung für Licht des TM-Wellentyps hat.
Bezugszeichen 44 bedeutet eine zweite p-dotierte Al0,5Ga0,5As- Deckschicht. Bezugszeichen 45 bedeutet eine p-dotierte GaAs- Kappenschicht. Bezugszeichen 47 bedeutet eine erste Elektrode aus einer Legierung aus Au und Ge, die auf der Grundoberfläche des Substrats 41 gebildet ist, Bezugszeichen 48 bedeutet eine zweite Elektrode einer Legierung aus Au und Cr, die zur Injektion eines Stromes in die erste Aktivschicht 61 gebildet ist, und Bezugszeichen 49 bedeutet eine dritte Elektrode aus einer Legierung aus Au und Cr, die zur Injektion eines Stromes in die zweite Aktivschicht 62 gebildet ist. Bezugszeichen 56 ist eine Trennrille zur elektrischen Trennung der zweiten Elektrode 48 von der dritten Elektrode 49.
Das zweite erläuternde Beispiel hat eine Struktur, bei der ein verteilter Reflektor mit einer Seite der Struktur vom ersten erläuternden Beispiel in Fig. 1 verbunden ist. Der verteilte Reflektor kann verbunden werden mit jeder Seite der Struktur vom ersten erläuternden Beispiel. Im verteilten Reflektor des zweiten erläuternden Beispiels kann dessen Braggsche Wellenlänge durch einen Strom variiert wird, der in den verteilten Reflektor · geleitet wird.
Des weiteren bedeutet in Fig. 7 Bezugszeichen 50 eine untere Beugungsgitterzone aus Al0,3Ga0,7. Bezugszeichen 51 bedeutet eine obere Beugungsgitterzone aus Al0,4Ga0,6As. Bezugszeichen 52 ist ein Beugungsgitter, das an einer Grenze zwischen der unteren und oberen Beugungsgitterzone 50 und 51 im verteilten Reflektor gebildet ist. Bezugszeichen 55 ist eine Phaseneinstellzone aus Al0,4Ga0,6As. Bezugszeichen 53 ist eine vierte Elektrode in der Gittezone 50, 51 und 52, und Bezugszeichen 54 bedeutet eine fünfte Elektrode in der Phaseneinstellzone 55.
Im zweiten erläuternden Beispiel erfolgt die Änderung des Schwingungspolarisationswellentyps im wesentlichen in derselben Weise wie im ersten erläuternden Beispiel. In einem ersten Steuerzustand werden Ströme, jeweils injiziert in die erste Aktivschicht 61, die zweite Aktivschicht 62, die Beugungsgitterzone 50, 51 und 52 und in die Phaseneinstellzone 55, passend bestimmt, so daß ein Verstärkungsspektrum des TE- Wellentyps dominant ist in der Schwingung im TE-Wellentyp, die bei der Braggschen Wellenlänge des TE-Wellentyps auftritt, bei der das Verstärkungsspektrum des TE-Wellentyps eine Spitze hat. Andererseits werden in einem zweiten Steuerzustand Ströme jeweils in die erste Aktivschicht 61, die zweite Aktivschicht 62, die Beugungsgitterzone 50, 51, 52 und in die Phaseneinstellzone 55 injiziert, die ebenfalls passend so bestimmt sind, daß ein Verstärkungsspektrum des TM-Wellentyps dominant ist und die Schwingung im TM-Wellentyp bei der Braggschen Wellenlänge des TM-Wellentyps verursacht wird, bei dem das Verstärkungsspektrum des TM-Wellentyps eine Spitze hat.
Im zweiten erläuternden Beispiel ist der verteilte Reflektor oder das Beugungsgitter 52 zu einer schmalen Linienbreite des Schwingungslicht-Ausgangssignals gebildet und zur Änderung der Schwingungswellenlänge.

Drittes erläuterndes Beispiel

Nachstehend ist anhand Fig. 8, die einen verteilten Rückkopplungshalbleiterlaser (DFB-LD) darstellt, ein drittes erläuterndes Beispiel beschrieben, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. In Fig. 8 bedeutet Bezugszeichen 71 ein Substrat aus n-dotiertem GaAs. Bezugszeichen 72 bedeutet eine erste n-dotierte Al0,5Ga0,5As-Deckschicht. Bezugszeichen 91 bedeutet eine erste Aktivschicht, die eine höhere Verstärkung für Licht des TE-Wellentyps hat. Bezugszeichen 92 bedeutet eine zweite Aktivschicht, die eine höhere Verstärkung für Licht des TM-Wellentyps hat. Bezugszeichen 74 -bedeutet eine zweite p-dotierte Al0,5Ga0,5As-Deckschicht. Bezugszeichen 75 bedeutet eine p-dotierte GaAs-Kappenschicht. Bezugszeichen 77 bedeutet eine erste Elektrode in einer Legierung aus Au und Ge, die auf der Grundoberfläche des Substrats 41 gebildet ist, Bezugszeichen 78 bedeutet eine zweite Elektrode einer Legierung aus Au und Cr, die zur Injektion eines Stromes in die erste Aktivschicht 91 gebildet ist, und Bezugszeichen 79 bedeutet eine dritte Elektrode in einer Legierung aus Au und Cr, die zur Injektion eines Stromes in die zweite Aktivschicht 92 gebildet ist. Bezugszeichen 80 ist eine Trennrille zur elektrischen Trennung der zweiten Elektrode 78 von der dritten Elektrode 79.
Das dritte erläuternde Beispiel hat einen Aufbau, bei dem eine DFB-Struktur parallel zu der ersten und zweiten Aktivschicht 91 und 92 oder der Struktur des ersten erläuternden Beispiels vorgesehen ist, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Des weiteren bedeutet in Fig. 8 Bezugszeichen 81 eine untere Beugungsgitterzone aus Al0,3Ga0,7As. Bezugszeichen 82 bedeutet eine obere Beugungsgitterzone aus Al0,4Ga0,6As. Bezugszeichen 83 ist ein Beugungsgitter, das an einer Grenze zwischen der unteren und oberen Beugungsgitterzone 81 und 82 in der DFB-Struktur gebildet ist.
Im dritten erläuternden Beispiel erfolgt die Änderung des Schwingungspolarisationswellentyps im wesentlichen in derselben Weise wie im zweiten erläuternden Beispiel. In einem ersten Steuerzustand werden in die erste Aktivschicht 91 beziehungsweise in die zweite Aktivschicht 92 injizierte Ströme passend bestimmt, so daß ein Verstärkungsspektrum des TE- Wellentyps dominant ist oder vorauseilt, und die Schwingung im TE-Wellentyp bei der Braggschen Wellenlänge des TE-Wellentyps verursacht wird, bei der das Verstärkungsspektrum des TE- Wellentyps eine Spitze hat. Andererseits werden in einem zweiten Steuerzustand Ströme in die erste Aktivschicht 91 beziehungsweise in die zweite Aktivschicht 92 injiziert, die ebenfalls passend so bestimmt sind, daß ein Verstärkungsspektrum des TM-Wellentyps dominant ist und die Schwingung im TM- Wellentyp bei der Braggschen Wellenlänge des TM-Wellentyps verursacht wird, bei dem das Verstärkungsspektrum des TM- Wellentyps eine Spitze hat. Auch im dritten erläuternden Beispiel wird die DFB-STruktur des Beugungsgitters 83 gebildet, um die Linienbreite des Schwingungslichts einzuengen und um die Schwingungswellenlänge zu ändern. Das dritte erläuternde Beispiel gleicht dem fünften und siebenten erläuternden Beispiel, die nachstehend beschrieben sind.
In den zuvor beschriebenen erläuternden Beispielen sind eine Vielzahl aktiver Zonen entlang einer Achsrichtung eines Hohlraums oder eines Resonators hintereinander angeordnet, aber die Aktivzonen können in einer Richtung senkrecht zur Axialrichtung angeordnet sein. Insbesondere können zwei Aktivzonen in der waagerechten Ebene symmetrisch in Hinsicht auf eine Mittellängenachse des Wellenleiters gemeinsam angeordnet werden, die sich nach rechts und nach links parallel entlang dieser Längsachse erstreckt, und zwei Elektroden werden entsprechend den solchermaßen gebildeten Aktivzonen geschaffen. Zusätzlich können zwei untere und obere aktive Zonen in einer Doppelschichtform angeordnet sein, die sich parallel nach oben und unten erstreckt, mit einer Schicht dazwischen, die mit Masse verbunden ist, und zwei obere und untere Elektroden werden gemäß den solchermaßen gebildeten Aktivzonen gebildet, um unabhängig voneinander Ströme in die beiden Aktivzonen injizieren zu können.

Viertes erläuterndes Beispiel

Anhand der Fig. 9 und 10 ist nachstehend ein viertes erläuterndes Beispiel beschrieben, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. In diesem erläuternden Beispiel werden zwei Verteilrückkopplungszonen (DFB-Zonen) 111a und lib auf einem Substrat 101 aus n-dotierten InP gebildet, und jene DFB-Zonen 111a und 111b werden hintereinander angeordnet, um insgesamt einen Verbindungsresonator aufzubauen. In Beugungsgittern 102a und 102b in der ersten und zweiten DFB-Zone 111a und 111b werden jeweils Schiebeabschnitte 110a und 110b (ein λ/4-Schiebeabschnitt ist ein Phasenschiebeabschnitt, der mit einer Phasenschiebung verknüpft ist entsprechend dem (n ± 1/4)- fachen der Wellenlänge λ; n ist eine beliebige ganze Zahl) gebildet, um eine stabile Einmodenschwingung zu bewirken.
In Fig. 9 bedeutet Bezugszeichen 103 eine Deckschicht aus n-dotiertem InP. Bezugszeichen 104 bedeutet eine Aktivschicht aus nichtdotiertem InGaAsP, die gemeinsam sowohl für die erste als auch für die zweite DFB-Zone lila und 111b gebildet ist. Bezugszeichen 105 ist eine Deckschicht aus p-dotiertem InP. Bezugszeichen 106 bedeutet eine Kappenschicht aus p-dotiertem InGaAsP. Bezugszeichen 107a, 107b und 109 sind Metallelektroden. Bezugszeichen 108a und 108b sind Antireflexbeschichtungen (AR-Beschichtungen), die auf aufgespaltenen Endfacetten vorgesehen sind. Bezugszeichen 112 bedeutet eine Übergangszone, die zwei DFB-Zonen 111a und 111b verbindet. Die Übergangszone 112 ist lediglich als Ergebnis der Einrichtungsherstellung gebildet und ist für die Funktion nicht erforderlich. Alternativ kann eine andere Elektrode auf der Übergangszone 112 vorgesehen sein, und die Übergangszone 112 kann zu einer Phasenjustierzone abgewandelt werden.
Fig. 9 veranschaulicht einen Längsquerschnitt des Lasers, und der Laser hat natürlich eine Längs- oder Seitenlichtbegrenzungsstruktur. Die Seitenlichtbegrenzungsstruktur kann durch eine Kammstruktur, eine Untergrundstruktur oder dergleichen erzielt werden. Fig. 10 veranschaulicht einen seitlichen Querschnitt des Lasers, und in diesem Falle ist eine Untergrund-Heterostruktur (BH-Struktur) verwendet worden. In Fig. 10 sind InP-Schichten 121, 122 und 123 übereinander geschichtet, um eine pnp-Struktur zu bilden, in der die mittlere n-dotierte InP-Schicht 122 in Kontakt mit der Aktivschicht 104 ist, so daß ein unwirksamer Leckstrom an Seitenabschnitten beseitigt werden kann.
Nachstehend beschrieben ist der Herstellprozeß dieses erläuternden Beispiels. Auf dem n-dotierten InP-Substrat 101 wird anfänglich ein Photolack geschichtet, und ein Beugungsgittermuster wird durch zweistrahliges Belichtungsverfahren unter Verwendung eines He-Cd-Lasers gebildet. Dann werden ungradzahlige Beugungsgitter 102a und 102b auf dem Substrat 101 unter Verwendung reaktiven Ionenstrahlätzens (RIBE) gebildet. Im vierten erläuternden Beispiel haben die Beugungsgitter 102a und 102b in den ersten und zweiten DFB-Zone 111a und 111b jeweils unterschiedliche Grundmaße A1 und A2 und unterschiedliche Beugungsgittertiefen oder Orte. Folglich müssen jene Beugungsgitter 102a und 102b nacheinander durch getrennte unabhängige Prozesse gebildet werden. Wenn nur eines der Beugungsgitter 102a und 102b gebildet wird, muß die Zone des anderen Beugungsgitters mit einer Maske bedeckt sein. Bei der Bildung der Beugungsgitter 102a und 102b werden die Zonen 111a und 111b des weiteren jeweils in zwei Bereiche an einer Grenze eingeteilt, bei der jeder der λ/4- Schiebeabschnitte 110a und 110b zu bilden ist, und ein Maskenmuster für den Ätzprozeß wird zwischen jenen beiden Bereichen umgekehrt. Die λ/4-Schiebeabschnitte 110a und 110b werden somit in den Zonen 111a und 111b gebildet.
Dann wird ein Neuzüchtungsprozeß bezüglich des Substrats 101 ausgeführt, auf dem die Beugungsgitter 102a und 102b gebildet sind. Ein chemisches Dampfauftragsverfahren organischen Metalls (MOCVD-Verfahren) wird für die Neuzüchtung verwendet. Andere Verfahren, wie ein Flüssigphasen-Epitaxieverfahren (LPE- Verfahren) oder ein Molekularstrahl-Epitaxieverfahren (MBE- Verfahren), können für die Neuzüchtung verwendet werden. Die n-dotierte InP-Schicht 103 wird anfänglich durch MOCVD gebildet. Vor dem Start der Neuzüchtung kann eine thermische Reinigung oder das Bilden einer Supergitter-Pufferschicht erforderlichenfalls ausgeführt werden. Dann werden die undotierte InGaAsP-Aktivschicht 104, deren Energiebandwellenlänge λg 1,5 um ist, die p-dotierte InP-Schicht 105 und die p-dotierte InGaAsP-Kappenschicht 106 gezüchtet, und somit ist der aufeinanderfolgende epitaktische Neuzüchtungsprozeß abgeschlossen. Danach wird eine Streifenmaske durch Photolithographie zur Herstellung eines Kanalwellenleiters gebildet, und eine Mesa-förmiger Kanalstreifen wird durch RIBE gebildet.
Ein selektives Züchten wird bezüglich der Umgebungen vom Streifen durch MOCVD ausgeführt, und die p-dotierte InP-Schicht 121, die n-dotierte InP-Schicht 122 und die p-dotierte InP- Schicht 123 werden in der in Fig. 10 gezeigten Weise aufgeschichtet. Dann wird die n-dotierte InP-Schicht 122 mit der Seite der Aktivschicht 104 in Kontakt gebracht, um den unwirksamen Leckstrom zu reduzieren, wie schon beschrieben. Nachdem das Substrat 101 auf eine gewünschte Stärke geläppt ist, werden Au/Au-Zn-Metallfilme für die oberen Elektroden 107a und 107b und die untere Elektrode 109 aufgetragen. Jene Filme sind durch Legieren verarbeitet, und ein galvanischer Prozeß wird ausgeführt. Letztlich wird die Wafer in eine strichförmige Wafer aufgespaltet, und die SiOXAR-Beschichtungen 108a und 108b werden auf den Endfacetten durch eine Elektronenstrahlauftragung (EB-Auftragung) gebildet. Die solchermaßen hergestellte Wafer wird in ein Chip eingebaut, und Stempelbonden und Drahtbonden werden bezüglich eines Stabes ausgeführt. Somit ist die Herstellung einer Halbleiterlasereinrichtung abgeschlossen.
Die Arbeitsweise des vierten erläuternden Beispiels ist nachstehend beschrieben. In den DFB-Zonen 111a und 111b werden die Beugungsgittergrundmaße A1 und A2 so eingestellt, daß die Schwingungen in TE- und TM-Wellentypen bei Spitzenwellenlängen im Verstärkungsspektrum der TE- und TM-Wellentypen jeweils dominant sind, wenn geeignete Ströme jeweils in die DFB-Zonen 111a und 111b injiziert werden.
Fig. 11 veranschaulicht schematisch Modenverstärkungen von TE- und TM-Wellentypen der InGaAsP-Aktivschicht 104. Die TE- Wellentypverstärkung hat eine Spitze bei einer Wellenlänge %, und die TM-Wellentypverstärkung hat eine Spitze bei einer Wellenlänge λ&sub2;. Die Spitzenwellenlängen variieren abhängig von der Stärke der injizierten Ströme, und jene Beträge werden etwa auf solche Pegel eingestellt, daß die Schwingungsschwellwerte in den DFB-Zonen 111a und 111b eng beieinander liegen, und die Konkurrenz zwischen Schwingungen im TE-Wellentyp und im TM- Wellentyp wird positiv eingerichtet. Die Beugungsgittergrundmaße Λ&sub1; und Λ&sub2; in den DFB-Zonen 111a und 111b werden jeweils bestimmt durch die nachstehende Braggschen Bedingungen
Λ&sub1; - λ&sub1;/2N&sub1;.... (1)
Λ2 - λ&sub2;/2N&sub2;... (2)
wobei N&sub1; und N&sub2; jeweils die normierten Ausbreitungskonstanten (oder effektive oder äquivalente Brechungsindizes) für TE- und TM-Wellentypen in den DFB-Zonen 111a und 111b sind. Mit anderen Worten, die Braggschen Wellenlängen für TE- und TM-Wellentypen sind jeweils den Spitzenverstärkungswellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; der TE- und TM-Wellentypen gleichgesetzt. Des weiteren müssen die Schwellwertverstärkungen in den DFB-Zonen 111a und 111b eng aneinander λiegen, um die Konkurrenz zwischen den Schwingungen im TE- und TM-Wellentyp hervorzubringen. Es gibt verschiedene Verfahren, dieses Ziel zu erreichen. Grundsätzlich müssen nur Kopplungskoeffizienten zwischen den Beugungsgittern 102a und 102b und den Wellenleitern für TE- und TM-Wellentypen eingestellt werden. Es gibt verschiedene Verfahren zum Einstellen des Kopplungskoeffizienten. Beispielsweise wird die Tiefe des Beugungsgitters eingestellt, die Lagebeziehung zwischen Beugungsgitter und Wellenleiter eingestellt, die Beziehung zwischen Indizes des Beugungsgitters und Wellenleiters eingestellt, der Begrenzungskoeffizient eingestellt und so weiter. Jene Verfahren sind sich verwandt. Die Kopplungskoeffizienten der jeweiligen Polarisationswellentypen können beispielsweise durch Verringern der Tiefe des Beugungsgitters für den Wellentyp eng aneinander λiegen, bei dem die Verstärkung hoch ist (das heißt, der TE-Wellentyp im Beispiel von Fig. 11), und durch Erhöhen der Tiefe des Beugungsgitters für den Wellentyp, bei dem die Verstärkung niedrig ist (das heißt, TM-Wellentyp im Beispiel von Fig. 11). Im vierten erläuternden Beispiel wird die Tiefe des Beugungsgitters 110a in der DFB-Zone 111a für den TE-Wellentyp, dessen Verstärkung groß ist, kleiner gemacht als die Tiefe des Beugungsgitters 102b in der DFB-Zone 111b für den TM-Wellentyp, dessen Verstärkung niedrig ist, so daß die Schwellwertverstärkungen für die TE- und TM-Wellentypen sich einander annähern. Somit sind die Schwellwertverstärkungen für TE- und TM-Wellentypen im Gleichgewicht. In Fig. 9 ist der Unterschied der Beugungsgittertiefe übertrieben dargestellt.
Ein Verfahren zur Modulation der Einrichtung ist nachstehend beschrieben. Die Beziehung zwischen den Strömen Ia und Ib, die in die DFB-Zonen 111a und 111b injiziert werden, und der Schwingungswellentyp sind in Fig. 12 dargestellt. Bereiche von TE- und TM-Schwingungen werden festgelegt, wie in Fig. 12 gezeigt. Wenn eine passende Kombination von zwei Strömen (Ia, Ib) über ihren Schwingungsschwellwerten ausgewählt wird, kann ein Schwingungsausgangssignal in einem gewünschten Schwingungswellentyp (TE oder TM-Wellentyp) erzielt werden. Wenn beispielsweise die Vorströme Ia und Ib an einen Punkt gebracht werden, der durch einen Kreis (O) aufgezeigt ist, tritt die TE- Wellentypschwingung auf. Wenn in diesem Zustand ein geringer Strom dem Vorstrom Ib hinzugefügt wird, der in die zweite DFB- Zone 111b injiziert wird, um den Vorstrom Ib zu modulieren, werden die Ströme Ia und Ib zu einem Punkt verschoben, der durch Kreuz (X) aufgezeigt ist, und in diesem Moment findet eine TM- Wellentypschwingung statt. Mit anderen Worten, ein Ausgangssignal der Einrichtung wird durch Überlagern eines Vorstrom Ib mit einem Modulationsstromes ΔIb polarisationsmoduliert. Der Betrag des Modulationsstromes ΔIb liegt etwa bei mehreren mIX, was im wesentlichen demjenigen des Falles der FSK-Modulation gleich ist. Im Ergebnis kann ein großes Auslöschverhältnis erzielt werden, und die Einrichtung kann mit kleinem Chirp betrieben werden.
Ein polarisationsmoduliertes Lichtsignal, das vom Laser abgegeben wird, kann durch ein Polarisationsauswahlelement in ein amplitudenmoduliertes Signal oder in ein Amplitudenumtastsignal (ASK-Signal) umgesetzt werden, beispielsweise durch einen Polarisator und ein Polarisationsprisma. Das Polarisationsauswahlelement befindet sich vor einem Ausgangsende des Lasers zur Auswahl nur einer gewünschten Polarisationskomponente.
Das zuvor beschriebene Herstellverfahren, Einstellverfahren und Modulationsverfahren kann bei anderen Ausführungsbeispielen und erläuternden Beispielen innerhalb deren Eigenschaften angewandt werden, die zuvor und nachstehend beschrieben sind.

Fünftes erläuterndes Beispiel

Nachstehend anhand der Figuren- 13- und 14 beschrieben ist ein fünftes erläuterndes Beispiel, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. In diesem erläuternden Beispiel werden Beugungsgitter über einem Wellenleiter gebildet, während die Beugungsgitter unter dem Wellenleiter im vierten erläuternden gebildet werden. Unterschiedliche Aktivschichten 143a und 143b werden des weiteren jeweils in zwei DFB-Zone 149a und 149b in diesem erläuternden Beispiel gebildet, so daß jeweilige Polarisationswellentypen (TE- und TM-Wellentypen) effektive Verstärkungen haben können, während eine gemeinsame Aktivschicht in beiden DFB-Zonen im vierten erläuternden Beispiel verwendet wird. Im Ergebnis können Schwellwertverstärkungen für TE- und TM-Wellentypen der beiden Zonen 149a und 149b eng aneinander liegen, ohne die Tiefen der Beugungsgitter 144a und 144b stark voneinander abweichen zu lassen.
In Fig. 13 bedeutet Bezugszeichen 141 ein n-dotiertes InP- Substrat. Bezugszeichen 142 bedeutet eine Deckschicht aus n-dotiertem InP. Bezugszeichen 145 bedeutet eine Deckschicht aus p-dotiertem InP. Bezugszeichen 146 bedeutet eine Kappenschicht aus p-dotiertem InGaAsP. Bezugszeichen 148a, 148b und 151 bedeuten Metallelektroden. Bezugszeichen 147a und 147b bedeuten AR-Beschichtungen, die auf aufgespaltenen Endfacetten vorgesehen sind. Bezugszeichen 150 bedeutet eine Übertragungszone zum Verbinden der ersten und zweiten DFB-Zone 149a und 149b.
Bezugszeichen 152 bedeutet eine Leitschicht. Bezugszeichen 153a und 153b bedeuten λ/4-Schiebeabschnitte.
Fig. 14 veranschaulicht Verstärkungsspektren von zwei Aktivschichten 143a und 143b in zwei Zonen 149a und 149b vom fünften erläuternden Beispiel. Durchgehende Linien zeigen das Verstärkungsspektrum des TE-Wellentyps an, und gestrichelte Linien zeigen das Verstärkungsspektrum des TM-Wellentyps auf. Ebenso wie im vierten erläuternden Beispiel werden die Braggschen Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; für die TE- und TM-Wellentypen auf Verstärkungsspitzen für die TE- und TM-Wellentypen eingestellt, so daß der TE-Wellentyp in der ersten DFB-Zone 149a dominant ist und der TM-Wellentyp in der zweiten DFB-Zone 149b dominant ist. Grundmaße Λ&sub1; und Λ&sub2; der Beugungsgitter 144a und 144b werden gemäß den den solchermaßen bestimmten Braggschen Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; eingestellt.
Im fünften erläuternden Beispiel hat die Aktivschicht 143a eine übliche Aktivstruktur aus InGaAsP-Serien, und die Aktivschicht 143b hat eine gedehnte Supergitter-Aktivstruktur aus InGaAsP-Serien, um die Verstärkung für den TM-Wellentyp zu erhöhen. Das gedehnte Supergitter wird in einer Potentialmuldenschicht oder in einer Sperrschicht verwendet. Ein selektives Züchten durch CBE-Verfahren wird ausgeführt, um jene Schichten zu bilden. In Fig. 14 sind die Verstärkungsspektren der beiden Aktivschichten 143a und 143b zur besseren Übersichtlichkeit mit einer absichtlichen Beabstandung voneinander abgebildet. Aber in Wahrheit ist es erwünscht, jene Verstärkungsspektren hinreichend eng aneinanderzulegen. Wenn die Braggschen Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; genau unter Beachtung des Unterschieds zwischen effektiven Brechungsindizes N&sub1; und N&sub2; für TE- und TM-Wellentypen eingestellt werden, ist es möglich, die Beugungsgittergrundmaße Λ&sub1; und Λ&sub2; gemäß den Beziehungen (1) und (2) aneinander anzugleichen. Unter derartigen Bedingungen ist nur ein einzelner Prozeß zur Bildung der Beugungsgitter 144a und 144b erforderlich, so daß ein Verfahren zur Herstellung der Beugungsgitter 144a und 144b ganz leicht ausführbar wird. Somit ist die Reproduzierbarkeit der Einrichtung verbessert. Die Arbeitsweise und das Ansteuerverfahren vom fünften erläuternden Beispiel sind dieselben wie jene des dritten und fünften erläuternden Beispiels.

Sechstes erläuterndes Beispiel

Anhand der Fig. 15 bis 20 ist nachstehend ein sechstes erläuterndes Beispiel beschrieben, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
In Fig. 15 bedeutet Bezugszeichen 181 ein Substrat aus n-dotiertem InP. Bezugszeichen 182a und 182b bedeuten Beugungsgitter. Bezugszeichen 183 bedeutet eine Führungsschicht aus n-dotiertem InGaAsP, deren Stärke 0,2 um und deren Energiebandwellenlänge λg 1,3 um beträgt. Bezugszeichen 184 ist eine Multiquantenpotentialmulden-Aktivschicht (MQW- Aktivschicht). Bezugszeichen 185 bedeutet eine Deckschicht aus p-dotiertem InP, deren Stärke 0,5 um beträgt. Bezugszeichen 186 bedeutet eine Kappenschicht aus p-dotiertem InGaAsP. Bezugszeichen 187a, 187b und 189 bedeuten Metallelektroden. Bezugszeichen 188a und 188b bedeuten AR-Schichten, die auf aufgespaltenen Endfacetten vorgesehen sind. Bezugszeichen 190a und 190b bedeuten λ/4-Schiebeabschnitte. Bezugszeichen 191a und 191b bedeuten erste und zweite DFB-Zonen. Bezugszeichen 192 bedeutet eine Übergangszone zum Verbinden der beiden DFB-Zonen 191a und 191b und zum Trennen der Strominjektionen in die DFB- Zonen 191a und 191b. Die Aktivschicht 184 enthält acht Paare von InGaAs-Potentialmuldenschichten (Stärke: 6 nm) und InGaAs- Sperrschichten, deren Energiebandabstandswellenlänge λg gleich 1,3 um ist (Stärke: 10 nm), und deren Potentialmulden- und Sperrschichten alle undotiert sind.
Fig. 15 veranschaulicht einen Längsquerschnitt des Lasers, und die seitliche Lichtbegrenzungsstruktur des sechsten erläuternden Beispiels ist dieselbe wie jene des vierten erläuternden Beispiels. Der Herstellprozeß der Einrichtung vom sechsten erläuternden Beispiel ist ebenfalls im wesentlichen derselbe wie derjenige beim vierten erläuternden Beispiel.
Die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels ist nachstehend beschrieben. Wenn das Verstärkungsspektrum der Quantenpotential- Aktivschicht 184 in Betracht gezogen wird, dann existiert die Verstärkungsspitze aufgrund des Übergangs zwischen schweren Defektelektronen (hh) im Valenzband und Elektronen im Leitfähigkeitsband nur bei 1,58 um unter einem Zustand geringer Strominjektion, wie in Fig. 16 gezeigt. Folglich ist in diesem Wellenlängenbereich der TE-Wellentyp vorherrschend. In dem Maße, wie der injizierte Strom ansteigt, tritt die Verstärkungsspitze aufgrund des Übergangs zwischen leichten Defektelektronen (Ph) im Valenzband und den Elektroden im Leitfähigkeitsband nahe 1,56 um auf, und dieselbe Zeit der Verstärkung des TM-Wellentyps nahe der Wellentyp 1,56 gm steigt an.
Fig. 17 veranschaulicht schematisch die Modenverstärkungen von TE- und TM-Wellentypen, Die TE-Wellentypverstärkung hat eine Spitzenverstärkung bei der Übergangswellenlänge von hh, und die TM-Wwellentypverstärkung hat eine Spitzenverstärkung bei der Übergangswellenlänge von Ph. Die Spitzenwellenlängen variieren abhängig von der Einrichtungstemperatur und von den Stärken der injizierten Ströme. In diesem erläuternden Beispiel werden die Braggschen Wellenlängen der ersten und zweiten DFB-Zone 191a und 191b nahe jenen Spitzenwellenlängen eingestellt, so daß Polarisationswellentypen in den jeweiligen Zonen 191a und 191b bestimmt werden, die dominant sind.
In der ersten DFB-Zone 191a wird die Braggsche Wellenlänge für den TE-Wellentyp bei einer Wellenlänge von λ&sub1; eingestellt, das dem hh-Übergang entspricht, so daß der TE-Wellentyp dort dominant ist. In der zweiten DFB-Zone 191b wird die Braggsche Wellenlänge für den TM-Wellentyp auf eine Wellenlänge von λ&sub2; eingestellt, was dem Ph-Übergang entspricht, so daß der TM- Wellentyp dort vorherrschend ist. Die Beugungsgittergrundmaße A&sub1; und A&sub2; der Beugungsgitter 182a und 182b werden jeweils durch die nachstehenden Bragg-Bedingungen bestimmt:
Λ&sub1; = λ&sub1;/2nTE
Λ&sub2; = λ&sub2;/2nTM
wobei nTE und nTM jeweils die äquivalenten Brechungsindizes für TE- und TM-Wellentypen in den beiden Zonen 191a und 191b sind. Dies ist im wesentlichen dasselbe wie im vierten erläuternden Beispiel.
Fig. 18 veranschaulicht schematisch Schwellwertverstärkungen der TE- und TM-Wellentypen, Im Falle eines Verbindungsresonators müssen jene Funktionen miteinander multipliziert werden. Diese Schwellwertverstärkungen müssen untereinander abgewogen sein, um in effektiver Weise die Konkurrenz zwischen den TE- und TM- Wellentypen zu schaffen. Im sechsten erläuternden Beispiel wird der Beugungsgitterkoppelkoeffizient in der ersten DFB-Zone 191a für den TE-Wellentyp reduziert, so daß die effektive Schwellwertverstärkung vom TE-Wellentyp bezüglich demjenigen des TM-Wellentyps in der zweiten DFB-Zone 191b angehoben ist. Zu diesem Zwecke wird die Tiefe des Beugungsgitters 182 flach gemacht, wie in Fig. 15 gezeigt. Verfahren zur Einstellung des Koppelkoeffizienten sind bereits im vierten erläuternden Beispiel beschrieben worden.
In Fig. 18 ist die Schwellwertverstärkung vom TM-Wellentyp geringer, und insgesamt herrscht die Schwingung im TM-Wellentyp vor. Fig. 19 veranschaulicht die Bedingung, unter der die Schwellwertverstärkung des TE-Wellentyps durch Ändern des Verhältnisses zwischen den in die erste und zweite DFB-Zone 191a und 191b injizierten Strömen verringert ist, und die Schwingungen im TE-Wellentyp sind insgesamt dominant. In einem Zustand hoher Injektion wird die Verstärkung aufgrund des hh-Übergangs (in Verbindung mit dem TE-Wellentyp) gesättigt, und die Verstärkung aufgrund des th-Übergangs (in Verbindung mit dem TM-Wellentyp) neigt zum Anstieg. Folglich kann die Schwingung im TM-Wellentyp durch Ändern der Strominjektionsbedingung in den Hochstrom-Injektionszustand gesteuert werden. Somit ist es möglich, den Schwingungswellentyp zwischen TE- und TM- Wellentypen umzuschalten, wie in den Fig. 18 und 19 veranschaulicht.
Fig. 20 zeigt zum einen die Beziehung zwischen Strömen 11 und 12, die in die beiden DFB-Zonen 191a und 191b injiziert werden, und zum anderen Schwingungswellentypen. Eine Modulationskomponente Δi&sub2; wird einem Strom 12 mit einem Versatzpunkt überlagert, der am Punkt A oder B in Fig. 20 eingestellt wird, um das Umschalten zwischen dem TE- und dem TM- Wellentyp zu veranlassen. Die Amplitude Δi&sub2; beträgt mehrere mA, und das Löschungsverhältnis oder Leistungsverhältnis zwischen den Polarisationswellentypen kann in effektiver Weise von mehr als 20 dB erzielt werden.
Das modulierte Signale selbst wird nur im Polarisationswellentyp moduliert. Folglich wird ein Polarisator vor den Halbleiterlaser gesetzt, um das Ausgangssignal in ein intensitätsmoduliertes Signal umzusetzen, und die Achse des Polarisators wird in die axiale Richtung des gewünschten Polarisationswellentyps (das elektrische Feld des TE- oder TM- Wellentyps) eingestellt. Im Ergebnis kann ein großes Löschungsverhältnis erzielt werden, und die Einrichtung kann mit geringem Chirp verwendet werden. Das Chirp liegt unter 0,1 nm (1 Å), wenn das TE-Wellentypsausgangssignal gemessen wird. Desweiteren kann das Modulationsfrequenzband der Polarisationswellentypmodulation mehr als 500 MHz betragen.

Siebentes erläuterndes Beispiel

Nachstehend anhand der Fig. 21 bis 24 ist ein siebentes erläuterndes Beispiel beschrieben, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. In diesen erläuternden Beispielen werden Beugungsgitter 244a und 244b über dem Wellenleiter gebildet, während die Beugungsgitter im sechsten erläuternden Beispiel unter dem Wellenleiter gebildet werden.
Unterschiedliche Aktivschichten 243a und 243b werden in zwei jeweiligen DFB-Zonen 249a und 249b in diesem erläuternden Beispiel gebildet, so daß jeweilige Polarisationswellentypen (TE- und TM-Wellentypen) effektive Verstärkungen haben können, während im sechsten erläuternden Beispiel eine gemeinsame Aktivschicht in beiden DFB-Zonen verwendet wird. Im Ergebnis können wie im sechsten erläuternden Beispiel Schwellwertverstärkungen von TE- und TM-Wellentypen nahe beieinanderliegen, ohne daß die Tiefen der Beugungsgitter 244a und 244b sich stark voneinander unterscheiden. Die Beziehung zwischen dem sechsten und siebenten erläuternden Beispiel ist in etwa dieselbe wie diejenige zwischen dem vierten und fünften erläuternden Beispiel.
Die Grundstruktur des siebenten erläuternden Beispiels ist etwa dieselbe wie jene des sechsten erläuternden Beispiels. In Fig. 21 bedeutet Bezugszeichen 241 ein Substrat aus n-dotiertem InP. Bezugszeichen 242 bedeutet eine Deckschicht aus n-dotiertem InP. Bezugszeichen 244 bedeutet eine InGaAsP-Führungsschicht.
Bezugszeichen 245 bedeutet eine Deckschicht aus p-dotiertem InP. Bezugszeichen 246 bedeutet eine Kappenschicht aus p-dotiertem InGaAsP. Bezugszeichen 247a und 247b bedeuten AR-Beschichtungen, die auf gespaltenen Endfacetten vorgesehen sind. Bezugszeichen 248a, 248b und 251 bedeuten Metallelektroden. Bezugszeichen 252a und 252b bedeuten λ/4-Schiebeabschnitte. Bezugszeichen 250 bedeutet eine Übergangszone zum Verbinden der beiden DFB-Zonen 249a und 249b und Trennstrominjektionen in die beiden DFB-Zonen 249a und 249b.
In diesem erläuternden Beispiel werden zur Angleichung der Verstärkungen unterschiedlicher Polarisationswellentypen untereinander die Multi-Quantenpotentialmulden-Aktivschicht 243a, bestehend aus undotierten InGaAsP- Potentialmuldenschichten/undotierten InGaASP-Sperrschichten von nicht gedehnten Beugungsgitteranpaßserien, ähnlich jenen des sechsten erläuternden Beispiels, verwendet in der ersten DFB- Zone 249a, während die Multi- Quantenpotentialmulden- Aktivschicht 243b eines undotierten gedehnten Supergitters in der zweiten DFB-Zone 249b verwendet wird. In der gedehnten Supergitterschicht 243b werden Potentialmuldenschichten mit einer Stärke von 6 nm verwendet und eine Dehnbeanspruchung von 1% und InGaAsP-Sperrschichten mit einer Stärke von 10 nm und einer Energiebandabstandswellenlänge λg von 1,3 um, um die Multi- Quantenpotentialmulden-Struktur durch acht Paare jener Potential- und Sperrschichten aufzubauen. Fig. 22 veranschaulicht die Energiestruktur im Leitfähigkeitsband der verformten Supergitteraktivschicht 243b.
Fig. 23 veranschaulicht Verstärkungsspektren von TE- und TM- Wellentypen der Aktivschicht 243a in der ersten DFB-Zone 249a durch eine durchgehende Linie beziehungsweise eine gestrichelte Linie. Die zugehörige Braggsche Wellenlänge λ1 für den TE- Wellentyp der ersten DFB-Zone 249a wird auf eine Verstärkungsspitze des TE-Wellentyps gebracht. Zu diesem Zwecke wird das Grundmaß des Beugungsgitters 244a so bestimmt, daß die Braggsche Wellenlänge λ&sub1; nahe an die Wellenlänge aufgrund des hh-Übergangs kommt (das heißt, die Verstärkungsspitze des TE- Wellentyps).
In der verformten Aktivschicht 243b wird eine Wellenlänge aufgrund des th-Übergangs veranlaßt, sich aufgrund des dort eingeführten hh-Übergangs als Dehnungsverformung einer Wellenlänge zu nähern, und die Verstärkung des TM-Wellentyps neigt zum Anstieg. Fig. 24 veranschaulicht das Verstärkungsspektrum von TE- und TM-Wellentypen der verformten Aktivschichten 243b in der zweiten DFB-Zone 249b durch eine durchgehende beziehungsweise eine gestrichelte Linie. Die zugehörige Braggsche Wellenlänge λ&sub2; für den TM-Wellentyp der zweiten DFB-Zone 249b wird auf eine Verstärkungsspitze des TM-Wellentyps gesetzt, der der lh-Übergangswellenlänge entspricht. Zu diesem Zwecke wird das Grundmaß des Beugungsgitters 244b genau bestimmt.
Die Beziehung zwischen der lh-Übergangswellenlänge und der hh-Übergangswellenlänge wird in einer Weise der Verformungseinführurig bestimmt, so daß die Braggschen Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; für die TE- und TM-Wellentypen nah aneinanderliegen können. Die zuvor beschriebene Einrichtung kann folglich realisiert werden durch Einstellen der Beugungsgitter auf einen gleichen Wert (A = A&sub1; = A&sub2;) unter Berücksichtigung lediglich der Differenz zwischen Ausbreitungskonstanten nTE und nTM für den jeweiligen Polarisationswellentyp. Das heißt, es muß die nachstehende Beziehung eingerichtet werden:
λ&sub1;/2nTE = λ&sub2;/2nTM.
Wie im fünften erläuternden Beispiel, kann die Einrichtung dieses erläuternden Beispiels mit einem gemeinsamen Beugungsgittergrundmaß hergestellt werden, und das Herstellziel läßt sich verbessern. In diesem erläuternden Beispiel kann ebenso wie im vierten erläuternden Beispiel die Polarisationswellentyps-Modulationsoperation mit hohem Auslöschungsverhältnis erzielt werden, wenn, in zwei Elektroden 248a und 248b injizierte Vorströme genau ausgewählt werden und ein Modulationssignal wenigstens einem der Vorströme hinzugefügt wird (siehe Fig. 12).

Achtes erläuterndes Beispiel

Ein achtes erläuterndes Beispiel, das nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ist nachstehend anhand der Fig. 25A, 25B, 26 und 27 beschrieben. In diesem erläuternden Beispiel wird eine Spitze erster Ordnung oder höherer Ordnung aufgrund des hh- oder des Ph-Übergangs zusätzlich zu der 0-ten Ordnung verwendet, oder ein Masseübergang in einer Aktivschicht einer Multiquantenpotentialstruktur. Die DFB-Strukturen sind dieselben wie jene des obigen erläuternden Beispiels.
Fig. 25A veranschaulicht die Energiebandstruktur einer Quantenpotentialmulden-Aktivstruktur 260a mit einer relativ breiten Potentialmuldenschicht, in der die Potentialniveaus erster Ebene hh1 und Ph1 durch eine geeignete Injektionssträgerdichte erregt werden, und in entsprechenden Wellenlängenbereichen treten Verstärkungen auf. Fig. 25B veranschaulicht die Energiebandstruktur einer verformten Quantenpotentialaktivschicht 260b, wie im siebenten erläuternden Beispiel beschrieben, bei dem eine TM-Wellentypverstärkung bei einer Wellenlänge aufgrund des Ph0 Übergangs seine Verstärkungsspitzen hat. Die beiden Aktivschichten 260a und 260b werden jeweils in zwei DFB-Zonen verwendet. Obwohl Fig. 25A und 25B jeweils einzelne Potentiale veranschaulichen, kann eine Multipotentialstruktur ebenfalls verwendet werden. In der TE- Wellentypzone wird das Beugungsgittergrundmaß so eingestellt, daß die hh1-Übergangswellenlänge, die das Potentialnivenau der ersten Ordnung von der Aktivschicht 260a ist, in die Braggsche Wellenlänge λ&sub1; für den TE-Wellentyp fällt (siehe Fig. 26). In der TM-Wellentypzone wird auch das Beugungsgittergrundmaß so eingestellt, daß die Ph0-Übergangswellenlänge, die vom 0-ten Quantumniveau der Aktivschicht 260b ist, in die Braggsche Wellenlänge λ&sub2; für den TM-Wellentyp fällt (siehe Fig. 27).
Auf diese Weise werden passend ausgewählte Vorströme in die DFB-Zonen injiziert, so daß Schwingungen in jeweiligen TE- und TM-Wellentypen in jenen Zonen vorherrschend sind, und das Umschalten zwischen Schwingungen im TE- und im TM-Wellentyp wird durch leichtes Modulieren des Vorstroms ausgeführt. Im achten erläuternden Beispiel tritt aufgrund des Übergangs vom Potentialniveau 0-ter Ordnung in der Aktivschicht 260a (siehe Fig. 27) spontanes Emissionslicht auf, aber dieses Licht kann unter Verwendung eines Filters oder dergleichen beseitigt werden. Eine Neigung des Auslöschverhältnisses kann somit in einem beträchtlichen Umfang verhindert werden.

Erstes Ausführungsbeispiel

Ein erstes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung ist nachstehend anhand der Fig. 28 bis 31 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei DFB-Zonen 272a und 272b auf einem n-dotierten InP-Substrat 271 gebildet, und eine Y-förmige Verzweigung und ein Zusammenführungsabschnitt 273 sind für kombinierte Ausgänge aus den beiden DFB-Zonen 272a und 272b gebildet. Des weiteren ist ein optischer Verstärkungsabschnitt 274 an einem Ausgangsabschnitt gebildet. Die Laserschwingung wird durch eine Verbundresonatorstruktur ausgeführt, die zwei DFB-Zonen 272a und 272b enthält. Der optische Verstärkungsabschnitt 274, der als gemeinsamer Ausgangsabschnitt fungiert, dient der Einstellung von Verstärkung und Phase des Resonators.
Die Schichtstruktur des ersten Ausführungsbeispiels ist nachstehend beschrieben. Fig. 29 ist ein Querschnittsabschnitt von Fig. 28 entlang der Linie 28A-28A'. In Fig. 29 bedeutet Bezugszeichen 282 ein Beugungsgitter. Bezugszeichen 283 bedeutet eine n-dotierte InP-Deckschicht. Bezugszeichen 284 bedeutet eine Aktivschicht aus undotiertem InGaAsP. Bezugszeichen 285 ist eine Deckschicht aus p-dotiertem InP. Bezugszeichen 286 ist eine Kappenschicht aus p-dotiertem InGaAsP. Bezugszeichen 287 und 289 bedeuten Metallelektroden. Bezugszeichen 288 bedeutet eine SiOX- Schicht, die auf einer aufgespalteten Endfacette vorgesehen ist. Bezugszeichen 290 bedeutet einen λ/4-Schiebeabschnitt.
Fig. 29 veranschaulicht einen Längsquerschnitt des Lasers, aber der Laser hat natürlich eine Seitenlicht- Begrenzungsstruktur, wie zuvor beschrieben. Die Seitenlicht- Begrenzungsstruktur kann auf dieselbe Weise wie im vierten erläuternden Beispiel erzielt werden. Fig. 30 veranschaulicht einen Längsquerschnitt des Lasers, und in diesem Falle wird eine Untergrund- Heterostruktur (BH) verwendet. In Fig. 30 sind InP- Schichten 291, 292 und 293 zur Bildung einer pnp-Struktur aufeinandergeschichtet, in der die mittlere n-dotierte InP- Schicht 292 in Kontakt mit der Aktivschicht 234 gebracht ist, so daß unwirksamer Leckstrom reduziert wird. Bezugszeichen 294 bedeutet eine SiO&sub2;-Schicht, die als Trennisolationsschicht gebildet ist. Fig. 29 und 30 zeigen die Querschnitte der DFB- Zone 272b, aber Querschnitte einer anderen DFB-Zone 272a sind grundsätzlich dieselben, mit der Ausnahme, daß das Grundmaß und die Tiefe des Beugungsgitters 282 in der DFB-Zone 272a unterschiedlich sind. In dieser Verbindung sollte Bezug genommen werden auf das vierte erläuternde Beispiel. Aktive Schichten in den beiden DFB-Zonen 272a und 272b und der optische Verstärkungsabschnitt 274 können weiterhin voneinander unterschiedlich sein.
Die Arbeitsweise des ersten Ausführungsbeispiels ist nachstehend beschrieben. In den DFB-Zonenn 272a und 272b werden die Beugungsgittergrundmaße A1 und A2 so eingestellt, daß Schwingungen im TE- und TM-Wellentyp bei Spitzenwellenlängen der Verstärkungsspektren von TE- und TM-Wellentypen (diese Wellenlängen entsprechen den Braggschen Wellenlängen für TE- und TM-Wellentypen der DFB-Zonen 272a und 272b) dominant sind, wenn geeignete Ströme in die DFB-Zonen 272a und 272b injiziert werden. Die Arten von injizierten Strömen in die DFB-Zonen 272aund 272b und das Einstellen der Beugungsgitter in den DFB-Zonen 272a und 272b und Modenverstärkungen von TE- und TM- Wellentypen der Aktivschicht 284 sind im wesentlichen dieselben wie im vierten erläuternden Beispiel (siehe beispielsweise Fig. 11). Des weiteren kann das erste Ausführungsbeispiel durch im wesentlichen denselben Prozeß wie beim vierten erläuternden Beispiel hergestellt werden.
Im optischen Verstärkungsabschnitt 274 des ersten Ausführungsbeispiels werden Verstärkungen und Phasen der jeweiligen Polarisationswellentypen durch Phasen- und Schwellwertverstärkung im Verbindungsresonatormodus gesteuert. Somit wird die Schwingung in einem gewünschten Polarisationswellentyp (TE- oder TM-Wellentyp) veranlaßt. Insbesondere werden in den Verbindungsresonatorlaser von Fig. 28 vorbestimmte Gleichstrom-Vorströme in die DFB-Zonen 272a und 272b injiziert, so daß TE- und TM-Wellentypen jeweils in den DFB-Zonen 272a und 272b vorherrschen. Jene Vorströme liegen unter den Schwellwerten der jeweiligen Wellentypen. Ein Vorstrom oder eine angelegte Spannung an den optischen Ausgangsverstärkerabschnitt 274 ist dann leicht moduliert, so daß der Schwingungspolarisationswellentyp des Verbindungsresonators kann zwischen den TE- und TM-Wellentypen umgeschaltet werden.
Fig. 31 veranschaulicht schematisch Schwellwertverstärkungen der TE- und TM-Wellentypen in unterschiedlichen Vorspannzuständen des optischen Verstärkungsabschnitts 274. Die Braggsche Wellenlänge der TE- und TM-Wellentypen sind jeweils durch λ&sub1; und λ&sub2; aufgezeigt. Durch Ändern der Vorspannung des optischen Verstärkerabschnitts 274 tritt die TE- Wellentypschwingung auf, wenn die Vorspannung niedrig ist (durchgehende Linien), und die TM-Wellentypschwingung tritt auf, wenn die Vorspannung hoch ist (gestrichelte Linien). Hier werden die folgenden Strominjektionseigenschaften der Aktivschicht 284 verwendet. Die Verstärkung auf der längeren Wellenlängenseite (TE-Wellentyp) ist gesättigt und die Verstärkung bei einer kurzen Wellenlängenseite (TM-Wellentyp) erhöht, wenn die Strominjektion einen vorbestimmten Pegel überschreitet.
Anders als ein Verstärkungseinstellverfahren kann die Schwingung zwischen TE- und TM-Wellentypen durch selektives Einstellen der Phasen von TE- und TM-Wellentypen gesteuert werden, um die Anpassung der Umlaufphase des Resonators zu erreichen. Eine Änderung von nur wenigen mA in der Vorspannung des optischen Verstärkungsabschnitts 274 wird ausreichen, den Schwingungswellentyp zwischen TE- und TM-Wellentypen zu steuern. Auch in diesem Ausführungsbeispiel kann ein großes Auslöschungsverhältnis erzielt werden, und die Einrichtung kann mit einer geringen Chirp betrieben werden.

Zweites Ausführungsbeispiel

Ein zweites Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung ist nachstehend anhand der Fig. 32 und 33 beschrieben. Fig. 32 ist eine Aufsicht auf eine Einrichtung dieses Ausführungsbeispiels. In Fig. 32 bedeutet Bezugszeichen 301 ein InP-Substrat. Bezugszeichen 302a und 302b sind DFB- Zonen, in denen Beugungsgittergrundmaße und Verstärkungen so eingestellt werden, daß TE- beziehungsweise TM-Wellentypen dominant sind. Bezugszeichen 305a und 305b sind SiNX-AR- Beschichtungen zum Unterdrücken der Reflexion an den Endfacetten. Bezugszeichen 304 ist eine optische Verstärkungszone zum Einstellen der Verstärkung und der Phase. Eine T-förmige Wellenleiterstruktur ist aufgebaut, und eine Verzweigungs- und Zusammenführungseinrichtung 303, die einen keilförmig geätzten Spiegel enthält, ist an einem Verbindungsabschnitt gebildet. Ein Verbindungsresonator- Wellentyp wird aufgrund einer optischen Wellenkopplung zwischen den beiden DFB-Zonen 302a und 302b und der optischen Verstärkerzone 304 injiziert. Ebenso wie im ersten Ausführungsbeispiel wird der Vorstrom, der injiziert wird in, oder die Spannung, die angelegt wird an die optische Verstärkerzone 304 so variiert, daß der Schwingungswellentyp zwischen den TE- und TM-Wellentypen umgeschaltet wird. Die Verzweigungs- und Zusammenführungseinrichtung 303 ist ein sogenannter Wellenfront-aufspaltender Koppler, in dem ein horizontaler Schlitz sich zu einem Mittelabschnitt des Wellenleiters erstreckt und sich vertikal nach unten zum Wellenleiter erstreckt. Ein derartiger Koppler kann durch Ätztechniken, wie beispielsweise FIB und RIBE, hergestellt werden.
Wenn der T-Koppler 303 in diesem Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann die Einrichtungsauslegung bezüglich der Wellentypkonkurrenz leicht ausgeführt werden, verglichen mit dem ersten Ausführungsbeispiel, da die Kopplung zwischen den beiden DFB-Zonen 302a und 302b in einer direkten Weise auftritt.
Die Schichtstruktur dieses Ausführungsbeispiels ist nachstehend beschrieben. Fig. 33 ist ein Querschnitt von Fig. 32 entlang der Linie 32A-32A'. Die beiden DFB-Zonen 302a und 302b enthalten jeweils λ/4-Schiebeabschnitte 318a beziehungsweise 318b, und die Grundmaße der Beugungsgitter 302a und 302b sind so bestimmt, daß die Braggsche Wellenlänge bei Verstärkungsspitzen von TE- beziehungsweise TM-Wellentypen auftritt. Des weiteren werden die Tiefen der Beugungsgitter 302a und 302b auf passende Werte eingestellt, um die Kopplungskoeffizienten für TE- und TM- Wellentypen einzustellen. Andere Schichten 301, 313, 314, 315 und 316 sind dieselben wie jene des ersten Ausführungsbeispiels. Im zweiten Ausführungsbeispiel werden die Tiefen der Beugungsgitter 302a und 302b unterschiedlich zueinander gemacht, als Mittel zum Einstellen der Kopplungskoeffizienten der Beugungsgitter 302a und 302b. In Fig. 33 bedeuten Bezugszeichen 317a, 317b und 319 Elektroden.

Drittes Ausführungsbeispiel

In Fig. 34 in ein Ausführungsbeispiel eines Lichtsenders mit einem Halbleiterlaser nach dieser Erfindung veranschaulicht. In Fig. 34 bedeutet Bezugszeichen 401 eine Steuerschaltung.
Bezugszeichen 402 bedeutet einen Halbleiterlaser, der nach der Erfindung aufgebaut ist. Bezugszeichen 403 bedeutet einen Polarisator. Bezugszeichen 404 bedeutet ein optisches Koppelmittel zum Koppeln von Licht, das in einen Raum zu einer Lichtleitfaser 405 gesendet wurde. Bezugszeichen 406 bedeutet ein elektrisches Signal, das von einem Anschluß geliefert wird. Bezugszeichen 407 bedeutet ein Ansteuersignal oder Signale, die von der Steuerschaltung 401 zum Ansteuern des Halbleiterlasers 402 geliefert werden. Bezugszeichen 408 bedeutet ein Lichtsignal, das vom Halbleiterlaser 402 kommt, der durch das Ansteuersignal 407 angesteuert wird. Bezugszeichen 409 bedeutet ein Lichtsignal aus dem Polarisator 403, das im Polarisator eingestellt wird, so daß eine der Komponenten des optischen Signals 403 mit wechselseitigen senkrechten Polarisationswellentypen ausgewählt werden kann. Bezugszeichen 410 bedeutet ein optisches Signal, das durch die Lichtleitfaser 405 gesendet wird. Bezugszeichen 411 bedeutet einen Lichtsender, der den Halbleiterlaser 402 dieser Erfindung verwendet. In diesem Ausführungsbeispiel enthält der Sender 411 die Steuerschaltung 401, den Halbleiterlaser 402, den Polarisator 403, das optische Koppelmittel 404, die Lichtleitfaser 405 und dergleichen.
Nachstehend beschrieben ist die Sendeoperation des Lichtsenders 411 dieses Ausführungsbeispiels. Wenn das elektrische Signal 406 aus dem Anschluß zur Steuerschaltung 401 geliefert wird, werden das Ansteuersignal oder Signale 407 an den Halbleiterlaser 402 gemäß dem Modulationsverfahren geliefert, wie es in den Fig. 5A und 5B, in den Fig. 6A und 6B, in Fig. 12 oder in Fig. 20 dargestellt ist. Hier kann dem Modulationssignal unter Verwendung einer Überlagerungsschaltung eine konstante Vorspannung zugeführt werden, wie beispielsweise einer Vorspannung T. Der Halbleiterlaser 402 gibt das Lichtsignal 408 ab, dessen Polarisationszustand sich gemäß dem Ansteuersignal 407 ändert. º~ Das Lichtsignal 408 wird vom Polarisator 403 in das Lichtsignal 409 in eine der beiden Polarisationswellentypen umgesetzt und an die Lichtleitfaser 405 von der optischen Koppeleinheit 404 gekoppelt. Das solchermaßen intensitätsmodulierte Lichtsignal 410 wird zur Kommunikation gesendet.
Da in diesem Falle das Lichtsignal 410 intensitätsmoduliert ist, kann ein herkömmlicher Lichtempfänger für Intensitätsmodulation verwendet werden, um das Lichtsignal 410 zu empfangen. Wenn ein abstimmbarer Halbleiterlaser verwendet wird, wie er beispielsweise im zweiten oder dritten erläuternden Beispiel beschrieben ist, kann der Lichtsender 411 zur Kommunikation im Wellenlängenmultiplexverfahren verwendet werden. In diesem Falle kann auf der Empfangsseite ein Wellenlängenfilter vor den Photodetektor geschaltet werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Gerät als Lichtsender aufgebaut, aber das Gerät kann als Sendeabschnitt in einem Lichtsendeempfänger verwendet werden.
Die Verwendung des solchermaßen aufgebauten Senders ist nicht auf die einfache optische Kommunikation beschränkt, in der die Kommunikation zwischen zwei Punkten ausgeführt wird. Mit anderen Worten, dieser Sender kann in einem beliebigen optischen Kommunikationssystem verwendet werden, das intensitätsmodulierte Signale verwendet, wie beispielsweise das optische Kabelfernsehen (CATV) und das optische Lokalbereichsnetz (LAN) einer beliebigen Technologieart (das heißt, im Bustyp, im Sterntyp, im Schleifentyp und so weiter).
Fig. 35 veranschaulicht ein sternförmiges Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssystem, bei dem eine optische Halbleitereinrichtung nach der Erfindung verwendet wird. In Fig. 35 bedeuten Bezugszeichen 461-2 bis 461-n Sender, die jeweils polarisationsselektive Laser und Polarisatoren verwenden, und Bezugszeichen 471-1 bis 471-n sind Empfänger, die jeweils Wellenlängenfilter und Photodetektoren enthalten.
Die ausgegebene Wellenlänge des polarisationsselektiven Lasers kann geändert werden durch Steuern der Stromvorspannung, die dort hinein injiziert wird. Dies kann in der Weise wie bei einem üblichen DFB-LD aus geführt werden. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Wellenlängenvielfach gleich Zehn (n = 10), das erzielt wird durch Sender 461-2 bis 461-n, dessen Ausgangswellenlängen mit einem Intervall von 0,1 nm (1 Å) eingerichtet sind. Als Wellenlängenfilter des Empfängers 471 wird ein DFB-Wellenleiterfilter verwendet. Die DFB-Filter sind gemäß dem Wellenlängenvielfach aufgebaut und haben FWHW (volle Breite bei halbem Maximum) von weniger als 0,05 nm (0,5 Å). Somit kann mit dem Empfänger 471 ein optisches Signal einer gewünschten Wellenlänge selektiv empfangen werden.
Nach einem ersten erläuternden Aufbau eines Halbleiterlasers, der nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist (siehe zum Beispiel Fig. 1, 2 und 3), enthält ein Resonator eine aktive Zone, die durch zwei oder mehrere aktive Zonen mit unterschiedlichen Verstärkungsspektren gebildet ist. In wenigstens einer der beispielsweise durch eine verformte Quantenpotentialmuldenstruktur aufgebauten aktiven Schichten, ist eine Verstärkung für Licht im TM-Wellentyp größer als eine Verstärkung für Licht im TE-Wellentyp, während wenigstens in einer anderen der aktiven Schichten die Verstärkung für Licht im TE-Wellentyp größer ist als die Verstärkung für Licht im TM- Wellentyp. Ströme können unabhängig in die jeweiligen Aktivschichten injiziert werden. Wenn im Ergebnis die Schwingung in einer der Polarisationswellentypen auftritt, kann der effektive Strom reduziert werden. Selbst wenn die Quantenpotentialmuldenstruktur in der Aktivschicht verwendet wird, kann des weiteren die Polarisationswellentypmodulation umgeschaltet werden und in einem größeren Wellenlängenbereich ausgeführt werden als bei der Einrichtung nach dem Stand der Technik.
Nach einem zweiten exemplarischen Aufbau eines Halbleiterlasers, der nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist (siehe zum Beispiel Fig. 9 und 10), enthält ein Resonator zwei oder mehr unterschiedliche DFB-Zonen. In den DFB- Zonen werden Beugungsgittergrundmaße und Aktivschichtstrukturen so eingestellt, daß TE- und TM-Wellentypen jeweils dominant sind. Somit kann die Modulation des Polarisationswellentyps oder das Umschalten mit guter Reproduzierbarkeit durchgeführt werden. Wenn insbesondere die Aktivschicht durch die Quantenpotertialmuldenstruktur gebildet ist, kann die Konkurrenz zwischen TE- und TM-Wellentypen durch Übereinstimmen der Übergangswellenlängen unterschiedlicher Potentialniveaus gesteuert werden, die mit den Braggschen Wellenlängen für TE- und TM-Wellentypen in den jeweiligen DFB-Zonen extreme Werte von Spektren der TE- und TM-Wellentypen schaffen.
Gemäß einem Aufbau eines Halbleiterlasers nach der vorliegenden Erfindung (siehe beispielsweise Fig. 28, 29 und 30) enthält ein Laser des Verbindungsresonatortyps zwei oder mehr unterschiedliche DFB-Zonen, die parallel zueinander angeordnet sind, einen Kopplerabschnitt zum Koppeln der DFB- Zonen und einen Ausgangswellenleiter zur Lichtemission. In den DFB-Zonen werden Beugungsgittergrundmaße und Aktivschichtstrukturen so eingestellt, daß jeweils TE- und TM- Wellentypen dominant sind. Somit kann die Konkurrenz zwischen Schwingungen in den TR- und TM-Wellentypen leicht auftreten, und es kann ein stabiler selektiver Polarisationswellentyplaser erzielt werden. Da die DFB-Laserzonen voneinander getrennt sind, kann jede Zone leicht optimiert werden, und die Einrichtung kann mit gutem Erfolg hergestellt werden. Des weiteren kann beim Auslegen ein hoher Freiheitsgrad erzielt werden, so daß eine optische Einrichtung hoher Güte bereitsteht.
Wenn nicht anders angegeben, sind die verschiedenen Komponenten, die in Form einer Skizze oder eines Blockes in den Figuren gezeigt sind, individuell in der optischen Halbleitereinrichtung und in der Technik optischer Kommunikation wohlbekannt, und ihr Innenaufbau und ihre Arbeitsweise sind nicht kritisch, weder beim Herstellen oder Anwenden der Erfindung noch bei einer Beschreibung der besten Art der Erfindung.
Während die vorliegende Erfindung in Hinsicht darauf beschrieben wurde, was gegenwärtig als bestes Ausführungsbeispiel angesehen wird, versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung beabsichtigt, verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die im Umfang der anliegenden Patentansprüche enthalten sind.

Claims

1. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser zum selektiven Ausführen einer Vielzahl von Schwingungen in unterschiedlichen Polarisationswellentypen, mit:

einem Substrat (1; 41; 71; 101; 141; 181; 241; 271; 301);

einer ersten Laserzone (111a; 149a; 191a; 249a; 272a; 302a) mit einer Halbleiterlaserstruktur, bei der ein Verstärkungsspektrum einer der unterschiedlichen Polarisationswellentypen dominant ist;

einer zweiten Laserzone (111b; 149b; 191b; 249b; 272b; 302b) mit einer Halbleiterlaserstruktur, bei der ein Verstärkungsspektrum einer anderen der unterschiedlichen Polarisationswellentypen dominant ist;

Koppelmitteln (112; 150; 192; 250; 273; 303) zum Koppeln der ersten Laserzone mit der zweiten Laserzone; und mit Injektionsmitteln (7, 8, 9; 47, 48, 49; 77, 78, 79; 107a, 107b, 109; 148a, 148b, 151; 187a, 187b, 189; 248a, 248b, 251; 287, 289; 317a, 317b, 319) zur unabhängigen Injektion von Strömen in die erste Laserzone und in die zweite Laserzone, gekennzeichnet durch

an einem Ausgangsabschnitt der Koppelmittel gebildete Auswahlmittel (274; 304), wobei ein Verbindungsresonator, der die Laserzonen und den Ausgabeabschnitt enthält, die Laserschwingung ausführt,

wobei Vorströme oder Vorspannungen unter den Schwellwerten für die jeweiligen dominanten Wellentypen an die Laserzonen so angelegt werden, daß der Polarisationswellentyp des Verbindungsresonators nach Anlegen eines geeigneten modulierten Vorstromes oder einer geeigneten Vorspannung an das Auswahlmittel zwischen den jeweiligen dominanten Polarisationswellentypen der Laserzonen umschaltbar ist, Schwellwertverstärkungen für die vorherrschenden Polarisationswellentypen, die sich für unterschiedliche Vorspannzustände des Auswahlmittels unterscheiden und die Verstärkung für einen der vorherrschenden Polarisationswellentypen auf der längeren Längenseite in Sättigung ist und die Verstärkung bei einer kürzeren Wellenlängenseite für einen anderen der vorherrschenden Polarisationswellentypen erhöht ist, wenn die Strominjektion einen vorbestimmten Pegel übersteigt.

2. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser zum selektiven Ausführen einer Vielzahl von Schwingungen in unterschiedlichen Polarisatlonswellentypen, mit:

einem Substrat (1; 41; 71; 101; 141; 181; 241; 271; 30I); einer ersten Laserzone (111a; 149a; 191a; 249a; 272a; 302a) mit einer Halbleiterlaserstruktur, bei der ein Verstärkungsspektrum eines der unterschiedlichen Polarisationswellentypen dominant ist;

einer zweiten Laserzone (111b; 149b; 191b; 249b; 272b; 302b) mit einer Halbleiterlaserstruktur, bei der ein Verstärkungsspektrum eines anderen der unterschiedlichen Polarisationswellentypen dominant ist;

an einem Ausgangsabschnitt des Koppelmittels gebildete Auswahlmittel (274; 304), wobei ein Verbindungsresonator, der die Laserzonen und den Ausgabeabschnitt enthält, die Laserschwingung ausführt,

wobei die Schwingungssteuerung des einen oder des anderen der beiden dominanten Wellentypen durch Einstellen der Phasen der Polarisationswellentypen durch Variieren eines Vorstromes oder einer so an das Auswahlmittel (274; 304) angelegten Vorspannung erfolgt, daß die Umlaufphase des Resonators an den entsprechenden dominanten Wellentyp angepaßt ist.

3. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dessen Auswahlmittel ein optischer Verstärker ist.

4. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Laserzone (111a; 149a; 191a; 249a; 272a; 302a) eine Verstärkung für Licht in einem transversalen elektrischen Wellentyp hat, die größer ist als eine Verstärkung für Licht in einem transversalen magnetischen Wellentyp, wobei die zweite Laserzone (111b; 149b; 191b; 249b; 272b; 302b) eine Verstärkung für Licht im transversalen magnetischen Wellentyp hat, die größer ist als die Verstärkung für Licht im transversalen elektrischen Wellentyp.

5. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Laserzone (272a) und die zweite Laserzone (272b) parallel zueinander entlang einer Richtung senkrecht zu einer Resonanzrichtung des Halbleiterlasers angeordnet sind.

6. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dessen Injektionsmittel (8, 9; 48, 49; 78, 79; 107a, 107b; 148a, 148b; 187a, 187b; 248a, 248b; 287; 317a, 317b) Elektroden enthält, die auf der ersten beziehungsweise zweiten Laserzone gebildet sind.

7. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dessen Halbleiterlaser als verteilter Rückkopplungslaser aufgebaut ist.

8. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 7, dessen erste Laserzone (111a; 149a; 191a; 249a; 272a; 302a) ein Beugungsgitter (102a; 144a; 182; 244a; 282; 302a) mit einem Phasenschiebeabschnitt (110a; 153a; 190a; 252a; 290; 318a) enthält, dessen Grundmaß so eingestellt ist, daß eine Braggsche Wellenlänge für Licht in einem transversalen elektrischen Wellentyp mit der Spitze eines Verstärkungsspektrums von Licht im transversalen elektrischen Wellentyp übereinstimmt, und die zweite Laserzone (111b; 149b; 191b; 249b; 272b; 302b) ein Beugungsgitter (102b; 144b; 182b; 244b; 272; 302b) mit einem Phasenschiebeabschnitt (110b; 153b; 190b; 252b; 290; 318b) enthält, dessen Grundmaß so eingestellt ist, daß eine Braggsche Wellenlänge für Licht in einem transversalen magnetischen Wellentyp mit einer Spitze eines Verstärkungsspektrums von Licht im transversalen magnetischen Wellentyp übereinstimmt.

9. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 8, bei dem sich ein Koppelkoeffizient vom Beugungsgitter (102a; 182; 244a; 282; 302a) in der ersten Laserzone von einem Koppelkoeffizienten des Beugungsgitters (102b; 182b; 244b; 272; 302b) in der zweiten Laserzone unterscheidet.

10. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 8, bei dem sich eine Tiefe des Beugungsgitters (102a; 182a; 244a; 282; 302a) in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Erstreckung des Beugungsgitters in der ersten Laserzone von einer Tiefe des Beugungsgitters (102b; 182b; 244b; 282; 302b) in der zweiten Laserzone unterscheidet.

11. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 8, bei dem sich eine Stelle des Beugungsgitters (102a; 144a; 182a; 244a; 282; 302a) in der ersten Laserzone von einem Ort des Beugungsgitters (102b; 144b; 182b; 244b; 282; 302b) in der zweiten Laserzone unterscheidet, um eine Differenz in Begrenzungskoeffizienten in der ersten und zweiten Laserzone zu schaffen.

12. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 8, bei dem die erste Laserzone und die zweite Laserzone eine gemeinsame Aktivschicht (104; 184; 284; 314) haben.

13. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Auswahlmittel (274; 304) des weiteren über einen Ausgangswellenleiterabschnitt verfügt, wobei die erste und zweite Laserzone parallel zueinander angeordnet sind und eine Lichtwellenemission durch den Ausganswellenleitabschnitt erfolgt, die das Koppelmittel (273; 303) koppelt.

14. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dessen Auswahlmittel eine Elektrode enthält, die auf dem Auswahlmittel gebildet ist.

15. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sowohl die erste Laserzone (272a; 302a), die zweite Laserzone (272b; 302b) als auch das Auswahlmittel jeweils eine unterschiedliche Aktivschicht hat.

16. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 15, bei dem wenigstens eine der unterschiedlichen Aktivschichten eine verformte Quantenpotentialmuldenstruktur enthält.

17. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dessen Koppelmittel einen Y-Koppler (273) enthält.

18. Polarisationsselektiver Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dessen Koppelmittel einen T-Koppler (303) enthält.

19. Verfahren zur Ansteuerung des polarisationsselektiven Halbleiterlasers nach einem der Ansprüche 1 bis 18, zum selektiven Ausführen einer von mehreren Schwingungen in unterschiedlichen Polarisationswellentypen, mit den Verfahrensschritten:

Injizieren eines ersten Konstantstroms, der unter dem Schwellenwertstrom für den entsprechend dominanten Polarisationswellentyp liegt, entweder in die erste Laserzone (111a; 149a; 191a; 249a; 272a; 302a) oder in die zweite Laserzone (111b; 149b; 191b; 249b; 272b; 302b);

Injizieren eines zweiten Konstantstroms, der unter dem Schwellenwertstrom für den anderen dominanten Polarisationswellentyp liegt, in die andere der Laserzonen, zu denen die erste Laserzone und die zweite Laserzone gehört; und

Modulieren entweder des Stromes oder der Spannung für das Auswahlmittel, so das die Polarisationswellentypen des emittierten Laserlichts des polarisationsselektiven Halbleiterlasers zwischen den jeweiligen dominanten Polarisationswellentypen gemäß der Modulation entweder des Stromes oder der Spannung umgeschaltet werden.

20. Lichtsender, mit:

einem polarisationsselektiven Halbleiterlaser (402) nach Anspruch 1 oder 2;

einem Steuermittel (401) zum Modulieren von Ausgangslicht (408) des Halbleiterlasers in seinem Polarisationswellentyp gemäß einem an das Steuermittel gelieferten Eingangssignal (406); und

einem polarisationsselektiven Mittel (403) zum Hindurchsenden von Licht (409) nur in einem der unterschiedlichen Polarisationswellentypen aus dem Halbleiterlaser (402).

21. Optisches Kommunikationssystem, mit:

(a) einem Lichtsender (411; 461-1, ..., 461-n) nach Anspruch 20;

(b) Sendemitteln (405) zum Senden des vom polarisationsselektiven Mittel ausgewählten Lichts; und

(c) einem Empfänger (471-1, ..., 471-n) zum Empfangen des vom Sendemittel gesendeten Lichts.

22. Optisches Kommunikationssystem nach Anspruch 21, bei dem das System als Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssystem aufgebaut ist.