DE3144628C2

DE3144628C2 -

Info

Publication number: DE3144628C2
Application number: DE3144628A
Authority: DE
Inventors: Haruo Tanashi Jp Nagai; Yoshio Higashikurume Jp Noguchi; Kenichiro Tokio/Tokyo Jp Takahei
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1980-11-11
Filing date: 1981-11-10
Publication date: 1987-10-15
Also published as: FR2494049B1; GB2089108B; JPS5783082A; NL190943C; US4426704A; FR2494049A1; CA1171506A; DE3144628A1; NL190943B; GB2089108A; NL8105069A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heterostruktur-Halb leiterlaser.

Es ist bereits eine Leuchtdiodenanordnung bekannt (US-PS 36 11 069), bei der ein einziges Halbleiterelement zur gleichzeitigen Abgabe einer Mehrzahl von Lichtstrah len unterschiedlicher Wellenlänge verwendet ist. Bei die ser bekannten Anordnung werden zwei dicht nebeneinander liegende Lichtstrahlen mit verschiedenen Farben gleich zeitig abgegeben. Diese Anordnung eignet sich jedoch nicht ohne weiteres für den Einsatz in einem Halbleiterlaser.

Es ist ferner ein Halbleiterlaser vom 2-Wellenlängen-Typ bekannt (Zeitschrift "Applied Physics Letters" 35 (8), 15. 10. 1979, Seite 588), bei dem zwar von zwei aktiven Schichten zwei Lagerstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge abgegeben werden, die in dessen nicht ohne weiteres in ein optisches Faserbündel gleichzeitig eingeleitet werden können. Überdies lassen sich die betreffenden Laserstrahlen nicht ohne weiteres unabhängig voneinander modulieren.

Es ist schließlich auch schon ein Halbleiterlaser bekannt (Zeitschrift "Applied Physics Letters" 36 (1980), No. 6, Seiten 441 bis 443), der eine sogenannte Multi-Wellenlängen-Schwingung von Laserstrahlen ermöglicht. Dieser bekannte Laser erlaubt jedoch nicht, individuell verschiedene Wellenlängen der Strahlen zu modulieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiterlaser zu schaffen, der zwei voneinander unabhängige Laserstrahlen (beispielsweise unterschiedlicher Frequenz) emittiert, die getrennt modulierbar und in eine gemeinsame Glasfaser einkoppelbar sind.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Im Hinblick auf den Halbleiterlaser gemäß der Erfindung ist zwar anzumerken, daß die bei diesem verwendete Anordnung der drei Elektroden und die Bandabstände auch bei dem zuletzt betrachteten Halbleiterlaser vorhanden sind. Diese Maßnahmen genügen jedoch noch nicht, um die vorteilhaften Eigenschaften zu erzielen, die der Halbleiterlaser gemäß der Erfindung mit sich bringt.

Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Im Hinblick auf die Unteran sprüche ist anzumerken, daß in den Ansprüchen 5 bis 13 zwar Materialien angegeben sind, wie sie bei Halbleiterlasern allgemein üblich sind. Die Verwendung derartiger Materialien bei dem vorliegenden Halbleiter laser hat sich jedoch als besonders vorteilhaft er wiesen.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines die Erfindung verkörpernden Halbleiterlasers, unter Veran schaulichung der Verbindung der einzelnen Elektroden mit Speisespannungsquellen.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht eines die Erfindung verkörpernden Halbleiterlasers, der eine be sonders bevorzugte Anordnung aufweist, wobei die Verbindung der entsprechenden Elektroden mit den Speisespannungsquellen veranschaulicht ist.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen einem Gleichstrom, der über die vorgeschrie benen Elektroden gemäß Fig. 1 geleitet wird, und der Lichtabgabe.

Fig. 4 zeigt Spektren des von verschie denen aktiven Schichten abgegebenen Laser lichtes für den Fall, daß ein vorgeschriebener Gleichstrom über die festgelegten Elektroden gemäß Fig. 1 geleitet wird.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht eines Halbleiter lasers gemäß einer weiteren Ausführungs form der Erfindung, wobei der Anschluß der entsprechenden Elektroden an den Speisespan nungsquellen veranschaulicht ist.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Halbleiterlaser gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erläutert. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein laminierter Schichtenkörper 2 in einem vorgeschrie benen Bereich der Hauptfläche eines Halbleitersubstrats 1 gebildet. In dem vorgeschriebenen Bereich der Haupt fläche des Halbleitersubstrats 1 ist ein laminierter Vergrabungsschichtenkörper 3 in einem solchen Zustand gebildet, daß er die Seitenwand des zuvor erwähnten laminierten Schichtenkörpers 2 um gibt.

Das Halbleitersubstrat 1 ist vom p-Typ; es besteht aus Verbindungen der Gruppen III und V des periodischen Systems der Elemente, wie InP oder GaAs.

Der laminierte Schichtenkörper 2 wird dadurch gebil det, daß durch eine Flüssigkeits- oder Gasphase eine erste Überzugsschicht 2 a, eine erste aktive Schicht 2 b, eine zweite Überzugsschicht 2 c, eine zweite aktive Schicht 2 d und eine dritte Überzugsschicht 2 c auf der Hauptfläche des Halbleitersubstrats 1 übereinander wachsen, und zwar von der betreffenden Oberfläche aus gezählt.

Die erste Überzugsschicht 2 a und die dritte Überzugs schicht 2 e sind Halbleiterschichten vom p-Typ, die aus demselben Material hergestellt sind wie das Halb leitersubstrat 1. In dem Fall, daß das Halbleitersub strat 1 aus InP-Kristallen gebildet ist, sind die erste aktive Schicht 2 b und die zweite aktive Schicht 2 d sodann aus quaternären Kristallen von GaInAsP ge bildet. In dem Fall, daß das Halbleitersubstrat 1 aus GaAs gebildet ist, sind die ersten, zweiten und dritten Überzugsschichten aus GaAlAs gebildet, und die ersten und zweiten aktiven Schichten sind aus GaAs oder aus GaAlAs gebildet. Die zweite Überzugs schicht 2 c, die zwischen der ersten aktiven Schicht 2 b und der zweiten aktiven Schicht 2 d eingefügt ist, ist eine Halbleiterschicht vom n-Typ, die aus demselben Material hergestellt ist wie das Halbleitersubstrat 1.

Eine beispielsweise durch eine Siliciumdioxid-(SiO₂)- Schicht, eine Aluminiumoxidschicht (Al₂O₃) oder durch eine Siliciumnitrid-(Si₃N₄)-Schicht gebildete Maske wird auf der die oberste Schicht des laminierten Schich tenkörpers 2 bildenden dritten Überzugsschicht 2 e bei spielsweise durch eine Zerstäubungs- oder chemische Dampfablagerung (CVD) geformt. Nachdem auf die Maske durch ein photolithographisches Verfahren ein Muster aufgebracht ist, erfoglt ein Ätzen, um die ersten bis dritten Überzugsschichten 2 a, 2 c, 2 e sowie die ersten und zweiten aktiven Schichten 2 d, 2 b zurückzubehalten, d. h. alle diejenigen Schichten, die unter der Maske liegen. Dadurch wird ein laminierter Schichtenkörper 2 erzeugt ( Fig. 2).

Eine erste Halbleiterschicht 3 a, eine zweite Halblei terschicht 3 b, eine Halbleiter-Elektrodenschicht 3 c, eine dritte Halbleiterschicht 3 d und eine vierte Halb leiterschicht 3 e werden dadurch übereinandergeschich tet, daß in einer Flüssigkeits- oder Gasphase ein Aufwachsen auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 erfolgt. Dadurch wird ein aus vergrabenen Schichten bestehender, laminierter Schichtenkörper 3 geschaffen.

Die Halbleiterelektrodenschicht 3 c ist in ihrer Dicke so festgelegt, daß sie weit gehend die Seitenwand der zweiten Überzugsschicht 2 c berührt, um einen Stromweg zu schaffen. Diese Halb leiterelektrodenschicht 3 c ist vom n-Leitfähigkeits typ, der zum Leitfähigkeitstyp des Halbleitersubstrats 1 entgegengesetzt ist, und beispielsweise aus GaInAsP, InP, GaAs oder GaAlAs gebildet. In dem Fall, daß die Halbleiterelektrodenschicht 3 c aus GaInAsP besteht, schreitet das Ätzen ein wenig auf deren Oberfläche fort, wenn ein Teil der zweiten Vergrabungsschicht 3 d, 3 e, die aus InP gebildet ist, weggeätzt wird, um die später noch zu beschreibende dritte Elektrode 6 zu schaffen.

Die Halbleiterelektrodenschicht 3 c weist eine Träger dichte von etwa 2 · 10¹⁸ cm^-3 auf, was bedeutet, daß sie einen niedrigen spezifischen Widerstand von 0,003 Ohm · cm hat. Diese Elektrodenschicht spielt die Rolle eines Stromweges. Die ersten und zweiten aktiven Schichten 2 b, 2 d weisen eine schmale verbotene Bandlücke auf, während die Halbleiterelektrodenschicht 3 c eine breitere verbotene Bandlücke aufweist. Demge mäß hat diese Halbleiterelektrodenschicht 3 c vor zugsweise einen kleineren Brechungsindex als die ersten und zweiten aktiven Schichten 2 b, 2 d. In dem Fall sind die folgenden Vorteile gewährleistet, sofern die Halbleiter elektrodenschicht 3 c die ersten und zweiten aktiven Schichten 2 b, 2 d aufgrund von Fehlern bei der Her stellung eines Halbleiterelements berühren sollte. Dann kann nämlich die Halbleiterelektroden schicht 3 c wirksam einen Stromweg und einen Lichtweg abschalten. Sogar dann, wenn die Halbleiterelektroden schicht 3 c lediglich die zweite Überzugsschicht vollständig be rührt, ist es möglich, einen Verlust bzw. ein Leck von Licht von den ersten und zweiten aktiven Schichten 2 b, 2 d wirksam zu verhindern.

Der laminierte Schichtenkörper 3 umfaßt die Halbleiterelektrodenschicht 3 c, eine erste Vergrabungsschicht 3 a, 3 b, welche die Unterseite der Halbleiterelektroden schicht 3 c berührt, und eine zweite Vergrabungsschicht 3 d, 3 e, welche die Oberseite der Halbleiterelektrodenschicht 3 c berührt. Die erste Vergrabungsschicht 3 a, 3 b ist durch eine erste Halb leiterschicht 3 a vom n-Typ und durch eine zweiten Halb leiterschicht 3 b vom p-Typ gebildet, wobei zwischen diesen Schichten ein pn-Übergang gebildet ist. Die zweite Vergrabungsschicht 3 d, 3 e be steht aus einer dritten Halbleiterschicht 3 d vom p-Typ und aus einer Halbleiterschicht 3 e vom n-Typ. Diese beiden Schichten bilden einen pn-Übergang. Im Idealfall soll, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht ist, die erste Vergrabungsschicht 3 a, 3 b so aus gebildet sein, daß sie die erste Überzugsschicht 2 a und die erste aktive Schicht 2 b berührt, und die zweite Vergrabungsschicht 3 d, 3 e soll so aus gebildet sein, daß sie die zweite aktive Schicht 2 d und die dritte Überzugsschicht 2 e berührt. In dem Fall, daß ein Strom durch die Halbleiterelektrodenschicht 3 c fließt, wirken die obenerwähnten pn-Übergänge in der Weise, daß sie den Strom durch die erste Vergrabungsschicht 3 a, 3 b und die zweite Vergrabungsschicht 3 d, 3 e beschränken, indem die Sperrvorrichtung der pn-Übergänge ausge nutzt wird. Die erste und die zweite Vergrabungsschicht 3 a, 3 b und 3 d, 3 e wirken außerdem in der Weise, daß sie einen Laserstrahl auf die entspre chenden ersten und zweiten aktiven Schichten 2 b, 2 d begrenzen.

In dem Fall, daß die Halbleiterelektrodenschicht 3 c aus GaInAsP besteht, werden die beiden Vergrabungsschichten 3 a, 3 b und 3 d, 3 e aus InP gebildet. In dem Fall, daß die Halb leiterelektrodenschicht 3 c aus GaAs- oder GaAlAs besteht, werden die beiden Vergrabungsschichten 3 a, 3 b und 3 d, 3 e aus GaAlAs gebildet.

In dem Fall, daß das Halbleiterlaser aus dem GaAs/GaAlAs-System gebildet ist und daß die beiden Vergrabungsschichten 3 a, 3 b und 3 d, 3 e aus GaAlAs gebildet sind, ist es möglich, einen Stromfluß in die Vergrabungsschichten 3 a, 3 b und 3 d, 3 e durch eine einen hohen Widerstand aufweisende Schicht zu ver hindern, die aus GaAlAs gebildet ist, und zwar sogar ohne daß die beiden Vergrabungsschichten 3 a, 3 b und 3 d, 3 e pn-Übergänge bilden. In dem Fall, daß das Halbleiterelement aus InP/GaInAsP gebildet ist, können die beiden Vergrabungsschichten 3 a, 3 b und 3 d, 3 e aus einer Halbleiterschicht mit einem hohen spezifischen Widerstand gebildet sein.

Die vierte Halbleiterschicht 3 e sowie die dritte Halb leiterschicht 3 d sind teilweise weggeätzt, um einen Teil der Oberfläche der Halbleiterelektrodenschicht 3 c freizulegen. Wenn der laminierte Schichtenkörper 2 und der laminierte Schichtenkörper 3 jeweils in der oben beschriebenen Weise aufgebaut sind, dann wird vorzugsweise die Gitterkonstante der Halbleiter elektrodenschicht 3 c so gewählt, daß sie mit jener der ersten, zweiten und dritten Überzugsschichten 2 a, 2 c, 2 e und der beiden Vergrabungsschichten 3 a, 3 b sowie 3 d, 3 e übereinstimmt.

Die ersten und zweiten aktiven Schichten 2 b, 2 d weisen jeweils eine schmalere verbotene Bandlücke auf als die ersten bis dritten Überzugsschichten 2 a, 2 c, 2 e und die Vergrabungsschichten 3 a, 3 b und 3 d, 3 e. Ferner weisen die aktiven Schichten einen höheren Berechnungsindex auf als die gerade aufgeführten Schichten, wodurch die Führung der Laserstrahlen erleichtert ist.

Die erste Elektrode 4 ist auf der freigelegten Ober fläche der obersten dritten Überzugsschicht 2 e des laminierten Schichtenkörpers 2 aufgebracht. Die zweite Elektrode 5 ist an der Rückseite des Halblei tersubstrats 1 befestigt. Die dritte Elektrode 6 ist auf der freigelegten Oberfläche der Halbleiterelek trodenschicht 3 c aufgebracht.

Die erste Speisespannungsquelle 7 ist zwischen der ersten Elektrode 4 und der dritten Elektrode 6 ange schlossen. In diesem Falle wird die erste Elektrode 4 mit Pluspotential und die dritte Elektrode 6 mit Minuspotential verbunden.

Eine zweite Speisespannungsquelle 8 ist zwischen der zweiten Elektrode 5 und der dritten Elektrode 6 ange schlossen. In diesem Falle wird die zweite Elektrode 5 mit Pluspotential verbunden, und die dritte Elektrode 6 mit Minuspotential. Die Seiten negativen Potentials der ersten und zweiten Speisespannungsquellen 7 und 8 sind geerdet bzw. liegen an Masse. Die zuvor gegebene Beschreibung bezieht sich auf den Fall, daß das Halb leitersubstrat 1 vom p-Leifähigkeitstyp ist. Das Halbleitersubstrat 1 kann jedoch auch vom n-Leitfähig keitstyp sein. Es dürfte in diesem Fall einzusehen sein, daß es dann ratsam ist, daß sämtliche Schichten vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp bezogen auf den bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform vorgesehe nen Leitfähigkeitstyp sind.

Nunmehr wird ein die Erfindung verkörpernder Halbleiter laser beschrieben, der in der oben beschriebenen Weise aufgebaut ist. In dem Fall, daß die erste Speise spannungsquelle 7 einen vorgeschriebenen Strom über die erste Elektrode 4 und die dritte Elektrode 6 ab gibt, wird der Strom von der ersten Elektrode 4 zu der dritten Elektrode 6 hin durch die dritte Überzugsschicht 2 e, die zweite aktive Schicht 2 d, die zweite Überzugsschicht 2 c und die Halbleiter schicht 3 c der Reihe nach weitergeleitet. In dem Fall, daß die zweite Speisespannungsquelle 8 einen vorge schriebenen Strom über die zweite Elektrode 5 und die dritte Elektrode 6 abgibt, wird der Strom von der zweiten Elektrode 5 zu der dritten Elektrode 6 hin durch das Halbleitersubstrat 1, die erste Überzugsschicht 2 a, die erste aktive Schicht 2 b, die zweite Überzugsschicht 2 c und die Halbleiter elektrodenschicht 3 c der Reihe nach geleitet.

In dem Fall, daß durch die zuvor erwähnten beiden Stromwege Strom geleitet wird, wirkt die Halbleiter schicht 3 c nicht nur als gemeinsame Elektrode mit einem niedrigen spezifischen Widerstand, sondern sie wirkt auch als eine Schicht, die das Licht und den Strom begrenzt. Die beiden Vergrabungsschichten 3 a, 3 b und 3 d, 3 e beschränken den Durchtritt des Stroms in andere als die obenerwähnten beiden Stromwege, und zwar aufgrund der in Sperrichtung gepolten pn-Übergänge. Die beiden aktiven Schichten 2 b, 2 d sind von den Vergrabungsschichten 3 a, 3 b und 3 d, 3 e umgeben, die einen kleineren Brechungsindex als die aktiven Schichten 2 b, 2 d auf weisen, oder von der Halbleiterelektroden schicht 3 c. Durch den Strom von der ersten Elektrode 4 zu der dritten Elektrode 6 können daher Laserstrahlen von der zweiten aktiven Schicht 2 d bei einem niedrigen Schwellwert strom erzeugt werden. In entsprechender Weise können durch den Strom von der zweiten Elektrode 5 zu der dritten Elektrode 6 Laserstrahlen von der ersten aktiven Schicht 2 b bei einem niedrigen Schwell wertstrom erhalten werden.

Ein Halbleiterlaser, der die Erfindung verkörpert, und der vom sog. vergrabenen Typ ist, ermöglicht die kontinuierliche Erzeugung von Laserstrahlen bei Zimmer temperatur. In dem Fall, daß die aktiven Schichten 2 b und 2 d eine Dicke von beispiels weise etwa 0,3 µm und eine Breite von beispielsweise 4 µm aufweisen, ist Einzelnockenbetrieb des Lasers gewährleistet.

In dem Fall, in dem die aktiven Schichten 2 b, 2 d unterschiedliche Kristallzusammen setzungen aufweisen, ist die Möglichkeit gegeben, zwei Laserstrahlen mit unterschiedlichen Wellenlängen zu erzeugen. Wenn die aktiven Schichten 2 b und 2 d die selbe Kristallzusammensetzung aufweisen, werden Laserstrahlen mit derselben Wellenlänge erzeugt. Die zweite Überzugsschicht 2 c, die zwischen der ersten aktiven Schicht 2 b und der zweiten aktiven Schicht 2 d eingefügt ist, weist eine verminderte Dicke von 2 bis 4 µm auf. Dadurch können zwei unab hängig voneinander erzeugte Laserstrahlen gleichzeitig in eine optische Multimode-Faser eingeführt werden, deren Kerndurchmesser beispielsweise etwa 50 µm be trägt.

Nunmehr werden unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 die Laserstrahl-Schwingungseigenschaften eines die Erfin dung verkörpernden Halbleiterlasers erläutert. Ein Halbleitersubstrat 1, wie es in Fig. 1 ver anschaulicht ist, besteht konkret aus mit Zn dotiertem p-InP mit einer Dicke von 80 µm und einer Trägerdichte von 5 · 10¹⁸ cm^-3. Die erste Über zugsschicht 2 a des laminierten Schichtenkörpers 2 be steht aus mit Zn dotiertem p-InP mit einer Dicke von etwa 1,5 µm und einer Trägerdichte von 7 · 10^-17 cm^-3. Die auf der ersten Überzugsschicht 2 a abgelagerte erste aktive Schicht 2 b besteht aus Ga_xIn_{1 -} _xAs_yP_{1 -} _y (x = 0,26; y = 0,56) mit einer Dicke von etwa 0,15 µm.

Die zweite Überzugsschicht 2 c besteht aus mit Te do tiertem n-InP-Kristallen mit einer Dicke von etwa 3 µm und einer Trägerdichte von 5 · 10¹⁷ cm^-3. Die auf der zweiten Überzugsschicht 2 c abgelagerte zweite aktive Schicht 2 d besteht aus Ga_xIn_{1 -} _xAs_yP_{1 -} _y (x = 0,42; y = 0,88) mit einer Dicke von etwa 0,13 µm. Die dritte Überzugs schicht 2 c, die auf der zweiten aktiven Schicht 2 d liegt, besteht aus mit Zn dotiertem n-InP mit einer Dicke von etwa 2,5 µm und einer Trägerdichte von 1 · 10¹⁸ cm^-3.

In dem Fall, daß der laminierte Schichtenkörper 2 durch eine Ätzlösung selektiv geätzt wird, ist es zweckmäßig, dieses Mesa-Ätzen so weit durchzuführen, daß die freigelegte Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 etwa 0,35 µm tiefer liegt als die erste Überzugsschicht 2 a. Die auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 abge lagerte erste Halbleiterschicht 3 a besteht aus mit Zn dotiertem p-InP mit einer Dicke von etwa 1 µm und einer Trägerdichte von etwa 7 · 10¹⁷ cm^-3. Die auf der Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 3 a aufgebrachte zweite Halbleiterschicht 3 b besteht aus mit Zn dotiertem p-InP mit einer Dicke von 1 µm und einer Trägerdichte von 7 · 10¹⁷ cm^-3. Die auf die zweite Halbleiterschicht 3 b aufgebrachte Halbleiter elektrodenschicht 3 c besteht aus n-Ga_xIn_{1 -} _xAs_yP_{1 -} _y (x = 0,17; y = 0,38) mit einer Trägerdichte von 7 · 10¹⁸ cm^-3. Die auf der Halbleiterelektrodenschicht 3 c aufgebrachte dritte Halbleiterschicht 3 d besteht aus mit Zn dotiertem p-InP mit einer Dicke von etwa 1,5 µm und einer Trägerdichte von 4 · 10¹⁷ cm^-3. Die vierte Halbleiterschicht 3 e, die auf der dritten Halb leiterschicht 3 d abgelagert ist, besteht aus mit Te dotiertem n-InP mit einer Dicke von etwa 1 µm, wobei Te mit einer Trägerdichte von 3 · 10¹⁷ cm^-3 hinzugefügt ist. In dem Fall, daß das Halbleitersubstrat über den Mesa-Bereich hinausgehend um etwa 0,35 µm weggeätzt ist und daß die entsprechenden Schichten die obenerwähnte Dicke aufweisen, ist es sodann möglich, einen bevorzugten Aufbau sicherzustellen, bei dem sich die erste Überzugsschicht 2 a und die erste aktive Schicht 2 b die erste Vergrabungsschicht 3 a, 3 b berühren. Die dritte Überzugsschicht 2 c berührt dabei die Halb leiterelektrodenschicht 3 c, und die zweite aktive Schicht 2 b sowie die dritte Überzugsschicht 2 e berühren die zweite Vergrabungsschicht 3 d, 3 e. Die obenerwähnten Schichten sind bei einer Tempreatur von 590° bis 605°C mittels Flüssigphasen-Epitaxie herge stellt worden, wozu ein Verschiebeschiff verwendet wird. Das Mesa-Ätzen des laminierten Schichtenkörpers 2 mit den ersten und zweiten aktiven Schichten 2 b, 2 d ist in einer Brom-Methanol-Lösung unter Aufbringung einer Maske aus Siliciumdioxid durchge führt worden, die in einer Breite von 10 µm durch Zerstäubung hergestellt worden ist.

Die auf der dritten Überzugsschicht 2 e abgelagerte erste Elektrode 4 besteht aus einer Gold-Zinn- Legierung mit einem Mischungs-Gewichtsverhältnis von 90 : 10. Die zweite Elektrode 5, die auf der Rückseite des Halbleitersubstrats 1 angebracht ist, besteht aus einer Gold-Zinn-Legierung mit einem Mischungs-Gewichts verhältnis von 90 : 10. Nachdem die vierte Halbleiterschicht 3 e und die dritte Halbleiterschicht 3 d teilweise durch starke Salzsäure weggeätzt sind, ist die Oberfläche der Halbleiterelektrodenschicht 3 c freigelegt. Die auf der freigelegten Oberfläche der Halbleiterelektro denschicht 3 c gebildete dritte Elektrode 6 besteht aus einer Gold-Germanium-Nickel-Legierung im Mischungs- Gewichtsverhältnis von 90 : 5 : 5. Die Mesa- Ätzung wird so durchgeführt, daß die erste aktive Schicht 2 b eine Breite W von 4 µm aufweist und die zweite aktive Schicht 2 d eine Breite W von 7 µm. Wird mit einer trocke nen Ätzung gearbeitet, beispielsweise mit einer Elektronenstrahl-Ätzung anstelle einer Brom-Methanol-Lösung, so ergibt sich für die aktiven Schichten 2 b, 2 d nahezu dieselbe Breite. Der in der oben beschriebenen Weise aufgebaute Halbleiterlaser wurde zu einem Element geformt, dessen Hohlraumlänge 200 µm und dessen Breite 400 µm betrug. Die Rückseite des in diesem Element ent haltenen Halbleitersubstrats 1 wurde an der Oberfläche einer mit Metall überzogenen Diamanten-Wärmesenke mit tels eines Gold-Zinn-Lötmittels befestigt.

Nunmehr werden unter Bezugnahme auf Fig. 3 und Fig. 4 die Eigenschaften des Halbleiterlasers beschrieben, der gemäß den obigen Ausführungen aufgebaut wurde.

Die Wärmesenke wurde auf einer Temperatur von 26°C gehalten. Die zweite Speisespannungsquelle 8 wurde so betrieben, daß ein Gleichstrom von der zweiten Elektrode 5 zu der dritten Elektrode 6 floß. Dadurch erzeugte die erste aktive Schicht 2 b, wie dies durch die Kurve a in Fig. 3 veranschau licht ist, Laserstrahlung oberhalb eines Schwellwertstromes von 43 mA und bei einer Wellenlänge von 1,28 µm. Wenn demgegenüber die erste Speisespannungs quelle 7 betrieben wurde, erzeugte die zweite aktive Schicht 2 d Laserstrahlung oberhalb eines Schwellwertstromes von 61 mA und bei einer Wellenlänge von 1,56 µm, vergl. Kurve b in Fig. 3.

Bei einem Gleichstrom von 58 mA von der ersten Elektrode 4 zu der dritten Elektrode 6 und außerdem einem Gleichstrom von der zweiten Elektrode 5 zu der dritten Elektrode 6 erzeugte die erste aktive Schicht 2 b Laserstrahlung oberhalb eines Schwellwert stromes von 49 mA. Bei einem Gleichstrom von 40 mA von der zweiten Elektrode 5 zur dritten Elek trode 6 und außerdem einem Gleich strom von der ersten Elektrode 4 zur dritten Elek trode 6 erzeugte die zweite aktive Schicht 2 d Laserstrahlung oberhalb eines Schwellwertstromes von 70 mA.

In dem Fall, daß bei einer Zimmertemperatur von 25°C ein Gleichstrom von 55 mA von der zweiten Elektrode 5 an die dritte Elektrode 6 abgegeben wurde und daß ein Gleichstrom von 77 mA von der ersten Elek trode 4 an die dritte Elektrode 6 abgegeben wurde, gab die erste aktive Schicht 2 b Laserstrahlung mit 1,2 mW bei einer Wellenlänge ab, die im Bereich von etwa 1,27 µm bis etwa 1,28 µm lag, wie dies die Kurve c in Fig. 4 veranschaulicht. Zu diesem Zeitpunkt gab die zweite aktive Schicht 2 d Laserstrahlung mit 0,9 mW bei einer Wellenlänge ab, die im Wellenlängenbereich von etwa 1,55 µm bis 1,57 µm lag, wie dies die Kurve d in Fig. 4 veranschaulicht.

Bei einem Gleichstrom von 66 mA von der ersten Elektrode 4 zur dritten Elektrode 6 und einem Gleichstrom von 45 mA von der zweiten Elektrode 5 zur dritten Elektrode 6 sowie einem Signalstrom von 100 MBit/s (Ampli tude: 30 mA) zwischen der zweiten Elektrode 5 und der dritten Elektrode 6 und zwischen der ersten Elektrode 4 und der dritten Elektrode 3 emittierten die erste aktive Schicht 2 b und die zweite aktive Schicht 2 d gleichzeitig modulierte Laserstrahlung mit 100 MBit/s.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind Laserstrahlen mit voneinander verschiedenen Wellen längen von der ersten aktiven Schicht 2 b und der zweiten aktiven Schicht 2 d abgegeben worden, die un terschiedliche Kristallzusammensetzungen aufwiesen. In dem Fall, daß die aktiven Schich ten 2 b, 2 d jedoch dieselbe Kristallzusammensetzung aufweisen, beispielsweise Ga_xIn_{1 -} _xAs_yP_{1 -} _y (x = 0,42; y = 0,88), werden die Laserstralen dieselbe Wellenlänge (1,28 µm im obigen Falle) aufweisen. Demgemäß kann eine der beiden aktiven Schichten 2 b, 2 d als Reserve-Laserstrahl-Abgabeeinheit vorgesehen sein. Im Zuge der vorstehend erläuterten Beispiele war die erste Elektrode 4 auf der dritten Überzugsschicht 2 e angebracht. Es ist jedoch möglich, eine Deckschicht 10 auf der dritten Überzugsschicht 2 e abzulagern und die dritte Elektrode 6 auf dieser Deckschicht 10 anzubringen, wie dies Fig. 5 veran schaulicht, um einen guten ohmschen Kontakt zu ge währleisten. In dem Fall, daß das Halbleitersubstrat aus InP besteht, sollte die Deckschicht 10 zweckmäßi gerweise aus GaInAsP bestehen. Wenn das Halbleitersubstrat aus GaAs besteht, sollte die Deck schicht 10 zweckmäßigerweise aus GaAs bestehen. Die jenigen Teile der Fig. 5, die mit jenen der Fig. 1 übereinstimmen, sind hier durch die gleichen Bezugs zeichen wie in Fig. 1 bezeichnet, weshalb eine Be schreibung der betreffenden Teile weggelassen wird.

Claims

1. Heterostruktur-Halbleiterlaser mit folgendem Aufbau:

a) auf einem Halbleitersubstrat (1) vom ersten Leit fähigkeitstyp (p) sind ein erster Schichtenkörper (2) und ein zweiter Schichtenkörper (3) angeordnet,
b) der erste Schichtenkörper (2) ist folgendermaßen aufgebaut:
- b1) auf dem Halbleitersubstrat (1) ist eine erste Überzugsschicht (2 a) vom ersten Leitfähigkeits typ (p) angeordnet,
- b2) auf der ersten Überzugsschicht (2 a) ist eine erste aktive Schicht (2 b) angeordnet,
- b3) auf der ersten aktiven Schicht (2 b) ist eine zweite Überzugsschicht (2 c) vom zweiten Leit fähigkeitstyp (n) angeordnet,
- b4) auf der zweiten Überzugsschicht (2 c) ist eine zweite aktive Schicht (2 d) angeordnet,
- b5) auf der zweiten aktiven Schicht (2 d) ist eine dritte Überzugsschicht (2 e) vom ersten Leit fähigkeitstyp (p) angeordnet,
c) der zweite Schichtenkörper (3), in dem der erste Schichtenkörper (2) vergraben ist, umgibt den ersten Schichtenkörper (2), so daß die seitlichen Begrenzungen des ersten Schichtenkörpers (2) den zweiten Schichtenkörper (3) berühren,
d) der zweite Schichtenkörper (3) besitzt folgenden Aufbau:
- d1) auf dem Halbleitersubstrat (1) ist eine erste Vergrabungsschicht (3 a, 3 b) angeordnet,
- d2) auf der ersten Vergrabungsschicht (3 a, 3 b) ist eine Halbleiterelektrodenschicht (3 c) vom zweiten Leitfähigkeitstyp (n) angeordnet,
- d3) auf der Halbleiterelektrodenschicht (3 c) ist eine zweite Vergrabungsschicht (3 d, 3 e) ange ordnet,
e) der Bandabstand der ersten aktiven Schicht (2 b) und der zweiten aktiven Schicht (2 d) ist kleiner als der Bandabstand der ersten bis dritten Überzugsschicht (2 a, 2 c, 2 e) sowie kleiner als der Bandabstand der ersten und zweiten Vergrabungsschicht (3 a, 3 b; 3 d, 3 e),
f) die erste aktive Schicht (2 b) und die zweite aktive Schicht (2 d) besitzen einen größeren Brechungsindex als die erste bis dritte Überzugsschicht (2 a, 2 c, 2 e) sowie die erste und zweite Vergrabungsschicht (3 a, 3 b; 3 d, 3 e),
g) auf der dritten Überzugsschicht (2 e) ist eine erste Elektrode (4) angeordnet,
h) auf der Rückseite des Halbleitersubstrats (1) ist eine zweite Elektrode (5) angeordnet,
i) auf der Halbleiterelektrodenschicht (3 c) ist eine dritte Elektrode (6) angeordnet,
k) zwischen der ersten Elektrode (4) und der dritten Elektrode (6) ist eine erste Spannungsquelle (7) ange ordnet,
l) zwischen der zweiten Elektrode (5) und der dritten Elektrode (6) ist eine zweite Spannungsquelle (8) angeschlossen,
m) die Halbleiterelektrodenschicht (3 c) ist folgender maßen ausgebildet:
- m1) sie berührt mit ihrer inneren Seitenfläche die zweite Überzugsschicht (2 c), um einen Stromfluß von der dritten Elektrode (6) über die Halbleiter elektrodenschicht (3 c) zur zweiten Überzugs schicht (2 c) zu ermöglichen,
- m2) sie besitzt einen niedrigen spezifischen Wider stand, um einen Stromfluß in die benachbarten ersten und zweiten Vergrabungsschichten (3 a, 3 b; 3 d, 3 e) zu verhindern.

2. Halbleiterlaser nach Anspruch 1, gekenn zeichnet, durch folgende Merkmale:

a) die erste Vergrabungsschicht (3 a, 3 b) berührt mit ihrer inneren Seitenfläche die erste Überzugsschicht (2 a) und die erste aktive Schicht (2 b),
b) die zweite Vergrabungsschicht (3 d, 3 e) berührt mit ihrer inneren Seitenfläche die zweite aktive Schicht ( 2 d) und die dritte Überzugsschicht (2 e).

3. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die erse Vergra bungsschicht (3 a, 3 b) aus einer ersten Halbleiter schicht (3 a) vom zweiten Leitfähigkeitstyp (n) und einer zweiten Halbleiterschicht (3 b) vom ersten Leitfähigkeits typ (p) besteht, die mit der ersten Halbleiter schicht (3 a) auf der Oberfläche des Halbleiter substrats (1) unter Bildung eines pn-Übergangs über einander geschichtet sind, und
daß die zweite Vergrabungsschicht (3 d, 3 e) durch eine dritte Halbleiterschicht (3 d) vom ersten Leit fähigkeitstyp (p) und durch eine Halbleiterschicht (3 e) vom zweiten Leitfähigkeitstyp (n) gebildet ist, wobei diese Schichten auf der Oberfläche des Halbleitersub strats (1) unter Bildung eines pn-Übergangs übereinan der geschichtet sind.

4. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Vergrabungsschichten (3 a, 3 b; 3 d, 3 e) hohen spezifischen Widerstand aufweisen.

5. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersub strat (1) Verbindungen der Gruppen III bis V des periodischen Systems der Elemente enthält.

6. Halbleiterlaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) aus InP besteht.

7. Halbleiterlaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitersubstrat (1) aus GaAs besteht.

8. Halbleiterlaser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten bis dritten Überzugsschichten (2 a, 2 c, 2 e) und die ersten und zweiten Vergrabungsschichten (3 a, 3 b; 3 d, 3 e) aus InP bestehen und daß die ersten und zweiten aktiven Schichten (2 b, 2 d) aus GaInAsP bestehen.

9. Halbleiterlaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelek trodenschicht (3 c) aus GaInAsP besteht.

10. Halbleiterlaser nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelek trodenschicht (3 c) aus InP besteht.

11. Halbleiterlaser nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten bis dritten Überzugsschichten (2 a, 2 c , 2 e) und die ersten und zweiten Vergrabungsschichten (3 a, 3 b; 3 d, 3 e) aus GaAlAs bestehen und daß die ersten und zweiten aktiven Schichten (2 b, 2 d) aus GaAs bestehen.

12. Halbleiterlaser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelek trodenschicht (3 c) aus GaAs besteht.

13. Halbleiterlaser nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelek trodenschicht (3 c) aus GaAlAs besteht.

14. Halbleiterlaser nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (4) an der dritten Überzugsschicht (2 e) über eine Deckschicht (10) angebracht ist.