DE3329467A1

DE3329467A1 - SEMICONDUCTOR LASER

Info

Publication number: DE3329467A1
Application number: DE19833329467
Authority: DE
Inventors: Akiro Hirakata Osaka Fujimoto
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1982-08-16
Filing date: 1983-08-16
Publication date: 1984-02-16
Also published as: GB2127218B; GB8321788D0; DE3329467C2; DE3348097A1; GB2127218A; DE3348097C2

Description

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterlaser, insbesondere auf einen Halbleiterlaser, bei welchem eine aktive Schicht sowie eine erste und eine zweite Halbleiterschicht, die diese aktive Schicht zwischen sich nehmen, aus einer leitfähigen Halbleiterschicht der gleichen Art ausgebildet sind und ein PN-Übergangsabschnitt in der aktiven Schicht durch eine invertierte Diffusionsschicht ausgebildet ist.The invention relates to a semiconductor laser, in particular to a semiconductor laser, in which a active layer and a first and a second semiconductor layer which take this active layer between them a conductive semiconductor layer of the same type are formed and a PN junction portion in the active Layer is formed by an inverted diffusion layer.

Bekanntlich umfaßt ein Halbleiterlaser ein Lasermedium, das aus einem Halbleiterkristall mit einem Doppelheteroübergangsaufbau ausgebildt ist. Gemäß dem Grundaufbau des Halbleiterkristalls sind eine erste Halbleiterschicht, eine aktive Schicht und eine zweite Halbleiterschicht in dieser Reihenfolge auf einem Substrat übereinandergeschichtet und bilden einen Doppelheteroübergangsaufbau. Das heißt, die verbotenen Bandlücken der ersten und der zweiten Halbleiterschicht sind größer als diejenige der aktiven Schicht. Bei einem solchen Übergangsaufbau werden aus der ersten und der zweiten Halbleiterschicht in die aktive Schicht injizierte Ladungsträger auf die aktive Schicht eingegrenzt. Dadurch kommt es zu einer wirksamen Ladungsträgerrekombination in der aktiven Schicht. In dieser aktiven Schicht findet also die Laseroszillation statt.As is known, a semiconductor laser comprises a laser medium composed of a semiconductor crystal having a double heterojunction structure is trained. According to the basic structure of the semiconductor crystal, a first semiconductor layer is an active one Layer and a second semiconductor layer are stacked in this order on a substrate and form a double heterojunction structure. That is, the forbidden band gaps of the first and second semiconductor layers are larger than that of the active layer. With such a transition structure, the first and second semiconductor layers become Charge carriers injected into the active layer are confined to the active layer. This leads to a effective charge carrier recombination in the active layer. The laser oscillation takes place in this active layer instead of.

Um die Ladungsträgerrekombinationsausbeute in der aktiven Schicht zu erhöhen, ist es notwendig, die Ladungsträgerinjektionsdichte in die aktive Schicht zu erhöhen. Die Halbleiterschicht ist im allgemeinen mit einem Streifenaufbau versehen. Die Wirkung dieses Streifenaufhaus besteht darin, die in den ersten und den zweiten Halbleiter injizierten Ladungsträger so zu führen, daß diese in einem speziellen Bereich der aktiven Schicht konzentriert werden können.Dadurch wird die aktive Schicht mit einem stegartigen Strahlungsbereich ausgebildet, dessen Längsrichtung durch die Kristallenden und dessen Querrichtung durch die Streifenbreite bestimmt wird.In order to increase the charge carrier recombination yield in the active layer, it is necessary to increase the charge carrier injection density to increase in the active layer. The semiconductor layer is generally provided with a strip structure. The effect of this strip building is that the in the first and second semiconductors injected charge carriers so that they are in a specific area of the active layer can be concentrated. As a result, the active layer is formed with a ridge-like radiation area, whose longitudinal direction is determined by the crystal ends and whose transverse direction is determined by the width of the strip.

Da der Brechungsindex der aktiven Schicht größer als derjenige der ersten und der zweiten Halbleiterschicht ist, wird das durch Ladungsträgerrekombination erzeugte Lichtbündel auf den Strahlungsbereich eingegrenzt. Da beide Enden in Längsrichtung (d.h. beide Kristallenden) des Strahlungsbereichs eine Fabry-Perot-Resonanzoberflache bilden, erfährt das Lichtbündel eine ResonanzverStärkung und ein Teil desselben wird ausgegeben= Dies ist der bekannte Laserstrahl.Since the refractive index of the active layer is larger than that of the first and second semiconductor layers, the light bundle generated by charge carrier recombination is limited to the radiation area. Because both ends lengthways (i.e. both crystal ends) of the radiation area form a Fabry-Perot resonance surface, the light beam experiences a resonance gain and a part of it is output = This is the well-known laser beam.

Die Laseroszillation im Strahlungsbereich hat einen in Längsrichtung erzeugten longitudinalen Mode und einen in seitlicher Richtung erzeugten lateralen Mode. Vorzugsweise sind diese Einzelmoden. Der longitudinale Mode kann infolge der Fabry-Perot-Resonanzoberf lache einen Einzelmode annehmen. Der laterale Mode hängt jedoch vom Streifenaufbau ab. Das heißt, der Streifenaufbau muß so geartet sein, daß er eine Ausbreitung des Lichtbündels in seitlicher Richtung verhindern kann.The laser oscillation in the radiation area has a longitudinal mode generated in the longitudinal direction and one in the lateral direction Direction generated lateral mode. These are preferably single modes. The longitudinal mode can as a result of the Fabry-Perot resonance surface laugh to accept a single fashion. The lateral mode, however, depends on the stripe structure. That is, the strip structure must be of such a nature that it can prevent the light beam from spreading in a lateral direction.

Infolgedessen wurden bereits verschiedene Arten von Streifenaufbauten ι die dazu dienen sollen, den lateralen Mode zu einem Einzelmode zu machen, vorgeschlagen. Alle diese Aufbauten sind jedoch hinsichtlich ihrer Herstellung kompliziert. Beispielsweise gibt es einen Aufbau, bei welchem ein Abschnitt bis zu einem Bereich von der zweiten Halbleiterschicht zur ersten Halbleiterschicht bestrahlt wird, um eine Hochwiderstandsschicht auszubilden. Es handelt sich dabei also um einen Aufbau, bei welchem die Hochwiderstandsschichten auf beiden Seiten ausgebildet sind und einen schmalen Streifen freilassen. In diesem Fall beinhaltet das Herstellen des Halbleiterkristalls mit der Protoneneinstrahlung einen ungewöhnlichen Verfahrensschritt, dem es in seiner Art an Übereinstimmung mit den anderen fehlt. Bei dem bekannten Querübergangs-Streifengeometrielaser ist dieser Punkt zwar verbessert, dafür sind bei ihm aber eine Vielzahl von Maskierungsschritten zur Ausbildung einer Diffusionsschicht gegeben und er ist insgesamt kompliziert,As a result, already ι different types of strip structures which should serve to make the lateral mode to a single mode proposed. However, all of these structures are complicated to manufacture. For example, there is a structure in which a portion up to a region from the second semiconductor layer to the first semiconductor layer is irradiated to form a high resistance layer. It is therefore a structure in which the high resistance layers are formed on both sides and leave a narrow strip free. In this case, the production of the semiconductor crystal with the proton irradiation involves an unusual process step which lacks in its kind of correspondence with the others. In the case of the known cross-transition strip geometry laser, this point is improved, but there are a large number of masking steps for the formation of a diffusion layer and it is complicated overall,

Die vorstehenden Überlegungen beruhen auf Anforderungen hinsichtlich einer Verminderung des Schwellenstroms und einerThe above considerations are based on requirements for a reduction in the threshold current and a

Vereinheitlichung des Schwingungsmodes neben Anforderungen hinsichtlich einer höheren Ausgangsleistung. Es stellt sich nämlich etwa das Problem des Zusammenbruchs eines Kristallendes, das eine Fabry-Perot-Resonanzfläche darstellt, so daß es natürlich eine Grenze für die Erhöhung der Schwingungsausgangsleistung durch einfache Erhöhung des Treiberstroms gibt.Standardization of the vibration mode in addition to requirements in terms of a higher output power. For example, there is the problem of the collapse of a crystal end, which represents a Fabry-Perot resonance surface, so it of course, a limit for increasing the vibration output by simply increasing the driver current there.

Im Hinblick auf das vorstehend Erwähnte wurde ein Halbleiterlaser vorgeschlagen, bei welchem der oben erwähnte Streifenaufbau zur Ausbildung mehrerer Strahlungsbereiche in einer aktiven Schicht verwendet wird und die Ausgangslichtbündel zur Erzielung einer höheren Ausgangsleistung aufsummiert werden.In view of the above, there has been proposed a semiconductor laser having the above-mentioned one Strip structure is used to form several radiation areas in an active layer and the output light bundle can be added up to achieve a higher output power.

Bei einem solchen Halbleiterlaser sind jedoch, da der Streifenaufbau hinzutritt, viele Maskierungsschritte erforderlich, was den Herstellungsprozeß schwierig macht. Ferner ist es bei einem Halbleiterlaser dieses Typs wünschenswert, daß der Abstand zwischen den Strahlungsbereichen schmal ist. Der Abstand zwischen den Strahlungsbereichen läßt sich jedoch nicht kleiner machen, als es den durch die photolithographische Technik gegebenen Grenzen entspricht. Dementsprechend ist es schwierig, eine höhere Dichte der Strahlungsbereiche zu schaffen.With such a semiconductor laser, however, since the stripe structure is added, many masking steps are required, making the manufacturing process difficult. Furthermore, in a semiconductor laser of this type, it is desirable that the distance between the radiation areas is narrow. The distance between the radiation areas can, however do not make it smaller than the limits given by the photolithographic technique. Accordingly it is difficult to create a higher density of the radiation areas.

Ferner besteht ein Bedürfnis für die Entwicklung eines Halbleiterlasers, welcher eine Funktion der Ablenkung des Ausgangslichtbündels in Abhängigkeit von einem Element des Halbleiterlasers selbst hat.There is also a need to develop a semiconductor laser which has a function of deflecting the output light beam depending on an element of the semiconductor laser itself.

Bekanntlich ist bei optoelektronischen Vorrichtungen wie etwa einem Faksimile-Übertragungsgerät, ein Lichtablenker, der sich aus optoelektrischen Elementen, einem beweglichen Spiegel und dergleichen zusammensetzt, mit dem Halbleiterlaser kombiniert, um sein Ausgangsliehtbündel abzulenken. Die Kombination mit einem Lichtablenker bringt jedoch eine Reihe von Problemen mit sich, die aufgrund des komplizierten Mechanismus nur schwer zu lösen sind. Um die Vorteile des Halbleiterlasers, die in seiner geringen Größe und seinem geringen Gewicht liegen,It is known that in optoelectronic devices such as a facsimile transmission apparatus, a light deflector, the is composed of opto-electrical elements, a movable mirror and the like, combined with the semiconductor laser, to divert his initial bundle of loans. The combination however, using a light deflector poses a number of problems due to the complicated mechanism difficult to solve. In order to take advantage of the semiconductor laser, which is its small size and light weight,

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voll ausnützen zu können, hat sich der Wunsch nach einem Halbleiterlaser ergeben, bei welchem ein Element des Halbleiterlasers selbst eine Ablenkfunktion für ein Ausgangslichtbündel hat.To be able to take full advantage of this, the desire for a semiconductor laser has arisen result in which an element of the semiconductor laser itself has a deflection function for an output light beam Has.

Schließlich erfordert eine Optoschaltung ein optisches Verzweigungselement, welches ein einzelnes Lichtbündel in mehrere Lichtbündel umwandelt. Die wesentlichen Bedingungen, die ein solches optisches Verzweigungselement erfüllen muß, sind die folgenden: Erstens soll die Lichtintensitat durch die Verzweigung nicht herabgesetzt werden. Zweitens soll eine geeignete Anzahl von Zweigbündeln erzielt werden. Drittens soll die Integration bzw. Miniaturisierung des optischen Verzweigungselements und anderer Optoschaltungselemente des Lichtablenkers möglich seien.Finally, an optical circuit requires an optical branching element that can transmit a single light beam into converts several light bundles. The essential conditions that such an optical branching element meet Must are the following: First, the light intensity should cannot be reduced by the branch. Second, a suitable number of branch bundles should be achieved. Third is intended to integrate or miniaturize the optical branching element and other optical circuit elements of the light deflector are possible.

Ein optisches Verzweigungselement, das diesen Anforderungen gerecht wird, wurde bis jetzt jedoch noch nicht vorgeschlagen. Im Hinblick auf die Möglichkeit einer Integration oder Miniaturisierung gibt es beispielsweise den Y-Verzweigungstyp, den gerichtet koppelnden Typ usw. Bei diesen Typen nimmt jedoch die Lichtintensität durch die Verzweigung ab, weshalb es schwierig ist, die Anzahl der Zweige zu erhöhen.However, an optical branching element that meets these requirements has not yet been proposed. With regard to the possibility of integration or miniaturization, there is, for example, the Y-junction type, the directional coupling type, etc. In these types, however, the light intensity decreases due to the branching, making it difficult is to increase the number of branches.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Halbleiterlasers, bei welchem ein lateraler Mode zu einem Einzelmode geformt werden kann.The aim of the invention is to create a semiconductor laser in which a lateral mode is formed into a single mode can be.

Ferner ist es Ziel der Erfindung, einen Halbleiterlaser zu schaffen, bei welchem sich der Herstellungsprozeß vereinfachen läßt.Another object of the invention is to provide a semiconductor laser in which the manufacturing process is simplified leaves.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Halbleiterlasers, welcher eine hohe Ausgangsleistung ermöglicht. Another object of the invention is to provide a semiconductor laser which enables high output power.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Halbleiterlasers, der eine Ablenkfunktion für das Ausgangsbündel in Abhängigkeit von einem seiner Klimmte selbst liefert. EJn weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, unter 5 Verwendung eines Halbleiterlasers ein optisches Verzweigungselement zu realisieren, welches eine geeignete Anzahl vonAnother object of the invention is to provide a semiconductor laser which has a function of deflecting the output beam depending on one of its Klimmte itself delivers. Another object of the invention is to provide under 5 using a semiconductor laser an optical branching element to realize what a suitable number of

Zweigbündeln erzeugen kann, ohne daß die Lichtintensität verschlechtert wird.Can generate bundles of branches without deteriorating the light intensity will.

Gemäß der Erfindung wird ein PN-Übergangsabschnitt in einer aktiven Schicht an einem in einem Doppelheteroübergangsabschnitt ausgebildeten versetzten Abschnitt ausgebildet. Eine seitliche Ausbreitung von in dem PN-Übergangsabschnitt erzeugtem Licht ist durch eine erste und eine zweite Halbleiterschicht verhindert, zwischen denen die aktive Schicht liegt. Das heißt, der laterale Mode ist ein Einzelmode.According to the invention, a PN junction section in a active layer is formed on an offset portion formed in a double heterojunction portion. One lateral propagation of light generated in the PN junction portion is through first and second semiconductor layers prevents between which the active layer lies. That is, the lateral mode is a single mode.

Eine invertierte Schicht wird einfach durch Diffusion von einer Halbleiterkristalloberfläche ausgebildet. Das heißt, obwohl verschiedene invertierte Schichten vorhanden sind, sind bei keiner von diesen komplizierte Maskierungsschritte erforderlich. An inverted layer is created simply by diffusion formed by a semiconductor crystal surface. That is, although there are various inverted layers, there are none of these require complicated masking steps.

Ferner lassen sich mehrere Doppelheteroübergangsaufbauten wegen einer Mehrfachschichtung von leitfähigen Halbleiterschichten der gleichen Art einfach gewinnen. Es werden also PN-Übergangsabschnitte (Strahlungsbereiche) in einer seitlichen Reihe in einer Anzahl von aktiven Schichten im ver-Furthermore, several double heterojunction structures can be used easy to win because of a multilayer of conductive semiconductor layers of the same kind. So it will be PN transition sections (radiation areas) in a lateral row in a number of active layers in the various

2Q setzten Abschnitt ausgebildet. Der Abstand zwischen den Strahlungsbereichen entspricht der Dicke der Halbleiterschichten, die auf den beiden Seiten einer jeden aktiven Schicht aufgeschichtet sind. Die Dicke einer Halbleiterschicht kann kleiner als der Submikrometerbereich sein, kann geeignet eingestellt werden und ist kleiner als die Abstandsgrenzen, die die photolithographische Technik setzt. Dementsprechend läßt sich eine höhere Dichte der Strahlungsbereiche verwirklichen.2Q continued section formed. The distance between the Radiation areas corresponds to the thickness of the semiconductor layers that are active on the two sides of each Layer are piled up. The thickness of a semiconductor layer may be less than the submicron range, may suitably and is smaller than the distance limits that the photolithographic technique sets. Accordingly a higher density of the radiation areas can be achieved.

Ferner läßt sich durch eine Abwandlung des Aufbaus der Ladungsträgerinjektionselektrode ein Halbleiterlaser mit hoher Ausgangsleistung oder ein Ablenk-Halbleiterlaser gewinnen. Das heißt, im Falle des Halbleiterlasers hoher Ausgangsleistung sind beide Oberflächen des Halbleiterkristalls jeweils durch eine Ladungsträgerinjektionselektrode bedeckt, und die Laserschwingungen werden an allen PN-Übergangsabschnitten gleichzeitig durchgeführt. Die AusgangslichtbündelFurthermore, by modifying the structure of the charge carrier injection electrode, a semiconductor laser can also be used high output power or a deflection semiconductor laser. That is, in the case of the high output semiconductor laser both surfaces of the semiconductor crystal are each covered by a charge carrier injection electrode, and the laser vibrations will be at all PN junction sections carried out simultaneously. The exit light bundles

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der einzelnen Strahlungsbereiche lassen sich einfach aufsummieren. of the individual radiation areas can easily be added up.

Beim Ablenk-Halbleiterlaser weist eine der Elektroden eine Vielzahl von Einzelelektroden auf, die als parallele Streifen in vorgegebenen Abständen ausgebildet sind. Die in die einzelnen PN-übergangsabschnitt injizierten Ladungsträgerdichten sind hoch für einen PN-übergangsabschnitt in der Nähe einer bestimmten Ladungsträgerinjektionselektrode und werden niedrig, für weiter weg von dieser Ladungsträgerinjektionselektrode liegende. Wenn also eine an die Ladungsträgerinjektionselektrode gelegte Vorspannung verändert wird, läßt sich der Schwellwert der Laseroszillation im PN-übergangsabschnitt der Reihe nach ausgehend von der der Elektrode näherliegenden Seite steuern, so daß der Ausgangsstrahl des Lasers wesentlich seitlich abgelenkt werden kann. Wenn, wie oben beschrieben, ein Element des Halbleiterlasers selbst die Ablenkfunktion hat, braucht ein bekannter Lichtablenker nicht vorgesehen zu sein, so daß sich dadurch eine Miniaturisierung, Gewichtsverminderung und hohe Zuverlässigkeit erreichen läßt.In the case of the deflection semiconductor laser, one of the electrodes has a plurality of individual electrodes, which are arranged as parallel Strips are formed at predetermined intervals. The charge carrier densities injected into the individual PN junction sections are high for a PN junction portion near a particular charge carrier injection electrode and become low for those further away from this charge carrier injection electrode. So if one to the charge carrier injection electrode applied bias voltage is changed, the threshold value of the laser oscillation in the PN junction section control in sequence, starting from the side closer to the electrode, so that the output beam of the laser can be deflected significantly laterally. When, as described above, an element of the semiconductor laser itself has the deflection function, a known light deflector need not be provided, so that miniaturization, weight reduction and high reliability can achieve.

Ferner sind nicht invertierte Schichten auf den beiden Seiten in Längsrichtung der aktiven Schicht vorgesehen, um dadurch eine Absorption von Licht in der Nachbarschaft des Kristallendes zu vermindern. Das heißt, die Zusammenbruchsgrenze des Kristallendes steigt, womit sich höhere Ausgangsleistungen ergeben. Further, non-inverted layers are provided on the two sides in the longitudinal direction of the active layer to thereby reducing absorption of light in the vicinity of the crystal end. That is, the breakdown limit the end of the crystal increases, resulting in higher output powers.

Schließlich breitet sich, wenn ein einziger Laserstrahl auf einen von mehreren PN-übergangsabschnitten von außerhalb des Elements einfällt, dieser Laserstrahl teilweise in die übrigen PN-übergangsabschnitte aus, weshalb nicht nur dieser eine PN-übergangsabschnitt, sondern auch die übrigen PN-übergangsabschnitte durch optische Anregung eine Laeroszillation bieten, so daß mehrere Laserstrahlen ausgelöst werden. Jeder dabei ausgegebene Zweigstrahl· hat die gleiche Phase und die gleiche Wellenlänge wie der einfallende Laserstrahl, so daß dessen Lichtintensität verstärkt wird. DementsprechendEventually, when a single laser beam spreads onto one of several PN junction sections from outside of the element is incident, this laser beam is partially released into the other PN transition sections, which is why not only this one a PN transition section, but also the remaining PN transition sections by optical excitation a Laeroszillation offer so that several laser beams are released. Each branch ray output thereby has the same phase and the same wavelength as the incident laser beam, so that its light intensity is increased. Accordingly

ist es extrem einfach und leicht, die Anzahl der Zweige zu erhöhen. it is extremely simple and easy to increase the number of branches.

Auch wird ein Strom, der geringfügig geringer als der Schwellstrom ist, jedem der PN-übergangsabschnitte zur Schaffung einer Laseroszillation durch optische Anregung vorzugeführt, weshalb ein unter dem Schwellstrom liegender Strom ausreicht, wenn jeder der PN-übergangsabschnitte einzeln eine Laseroszillation liefert, womit ein optisch verzweigender Halbleiterlaser niedriger Leistungsaufnahme geschaffen ist. Im folgenden werden bevorzugte Aüsfuhrungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser istAlso, a current that is slightly less than the threshold current is applied to each of the PN junction sections Creation of a laser oscillation by optical excitation, which is why a current below the threshold current It is sufficient if each of the PN junction sections individually delivers a laser oscillation, thus creating an optically branching one Semiconductor laser low power consumption is created. The following are preferred embodiments of the invention described with reference to the accompanying drawing. On this one is

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufhaus eines HaIb-1.5 leiterlasers gemäß einer ersten Ausführungsform derFig. 1 is a schematic representation of the housing of a Halb-1.5 ladder laser according to a first embodiment of

Erfindung,Invention,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Halbleiterlasers gemäß einer zweiten Aüsfuhrungsform der Erfindung,2 shows a schematic representation of the structure of a semiconductor laser according to a second embodiment of the Invention,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Halbleiterlasers gemäß einer dritten Aüsfuhrungsform der Erfindung,
253 shows a schematic representation of the structure of a semiconductor laser according to a third embodiment of the invention,
25th

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Halbleiterlaser gemäß einer vierten Aüsfuhrungsform der Erfindung,4 shows a schematic representation of the structure of a semiconductor laser according to a fourth embodiment of the Invention,

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Halbleiterlaser gemäß einer fünften Aüsfuhrungsform der Erfindung,5 shows a schematic representation of the structure of a semiconductor laser according to a fifth embodiment of the Invention,

Fig. 6 ein Schnitt längs Linie A-A der Fig. 5,Fig. 6 is a section along line A-A of Fig. 5,

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Fig. 7 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines Halbleiterlasers gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, wobei dieser Halbleiterlaser hinsichtlich der Brechungsindexbeziehung und der Methode der Einstellung der Vorspannung gegen7 shows a schematic representation of the structure of a A semiconductor laser according to a sixth embodiment of the invention, said semiconductor laser regarding the refractive index relationship and the method of setting the bias against

über dem Aufbau des in Fig. 2 gezeigten Halbleiterlasers modifiziert ist, um ihn als optisches Verzweigungselement zu betreiben, undabove the structure of the semiconductor laser shown in Fig. 2 is modified to use it as an optical branching element to operate, and

Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht eines Anwendungsbeispiels des in Fig. 7 gezeigten optisch verzweigenden Halbleiterlasers.8 shows a schematic perspective view of an application example of the optically branching semiconductor laser shown in FIG.

Fig. 1 zeigt einen Halbleiterlaser gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Halbleiterlaser sind eine Löcherinjektionselektrode 26 und eine Elektroneninjektionselektrode 27 auf der einen bzw. der anderen Seite eines Halbleiterkristalls vorgesehen, der aus den folgenden Halbleiterschichten aufgebaut ist.1 shows a semiconductor laser according to a first embodiment the invention. In this semiconductor laser, there are a hole injection electrode 26 and an electron injection electrode 27 is provided on one or the other side of a semiconductor crystal, which consists of the following semiconductor layers is constructed.

Der genannte Halbleiterkristall setzt sich zusammen aus einer n-GaAs-Schicht (Substrat) 21, einer GaAlAs-Schicht 22, einer n-GaAlAs-Schicht 23, einer n-GaAs-Schicht (aktive Schicht) 24 und einer n-GaAlAs-Schicht 25. In einem Injektionsabschnitt (dabei handelt es sich um einen Doppelheteroübergangsabschnitt) zwischen der aktiven Schicht 24 und den zu beiden Seiten derselben vorhandenen Halbleiterschichten 23, 25 ist ein Versetzungsabschnitt 28 vorgesehen. Eine p-Diffusionsschicht 29 ist auf der Seite der Löcherinjektionselektrode 26 vorgesehen. Der erwähnte Versetzungsabschnitt 28 wird auf folgende Weise ausgebildet. Die GaAlAs-Schicht 22 wird in einer bestimmten Dicke auf dem Substrat 21 aufgeschichtet. Danach wird die GaAlAs-Schicht 22 teilweise durch Ätzen entfernt, so daß insoweit die Oberfläche des Substrats 21 freigelegt wird. Das heißt, der Versetzungsabschnitt 28 wird durch einen über die Dicke der GaAlAs-Schicht 22 gehenden gestuften Abschnitt ausgebildet. Die GaAlAs-Schicht 22 wird durch Dotieren mit einemSaid semiconductor crystal is composed of an n-GaAs layer (substrate) 21, a GaAlAs layer 22, an n-GaAlAs layer 23, an n-GaAs layer (active layer) 24, and an n-GaAlAs layer 25. In an injection portion (this is a double heterojunction section) between the active layer 24 and those on either side of the same Existing semiconductor layers 23, 25, an offset portion 28 is provided. A p diffusion layer 29 is provided on the hole injection electrode 26 side. The aforementioned offset portion 28 becomes as follows Way trained. The GaAlAs layer 22 is stacked on the substrate 21 to a certain thickness. After that, the GaAlAs layer 22 partially removed by etching, so that the surface of the substrate 21 is exposed to that extent. That is, the dislocation portion 28 is formed by a stepped portion extending through the thickness of the GaAlAs layer 22. The GaAlAs layer 22 is doped with a

η-leitenden Element gewonnen, oder sie wird auch nicht einer Dotierung unterworfen.η-conductive element obtained, or it is also not subjected to doping.

Nach Ausbildung des Versetzungsabschnitts 28 in der oben beschriebenen Weise werden die n-GaAlAs-Schicht 23, die aktive Schicht 24 und die n-GaAlAs-Schicht 25 nacheinander aufgeschichtet. Der Ihjektionsabschnitt wird also durch den Versetzungsabschnitt 28 stufenweise ausgebildet. Die Oberfläche der n-GaAlAs-Schicht 25 wird infolge der Abhängung der Kristallwachstumsgeschwindigkeit von der Oberflächenrichtung im wesentlichen eben und horizontal gemacht.After forming the offset portion 28 in the above As described above, the n-GaAlAs layer 23, the active layer 24 and the n-GaAlAs layer 25 are stacked one after another. That is, the injection section becomes through the offset section 28 formed in stages. The surface of the n-GaAlAs layer 25 becomes due to the dependence of the crystal growth rate from the surface direction essentially made flat and horizontal.

Die vorgenannte p-Diffusionsschicht 29 wird so aufgebaut, daß Zink in einem Bereich von der gesamten Oberfläche der GaAlAs-Schicht 25 bis zur aktiven Schicht 24 im Versetzungsabschnitt 28 diffundiert wird. Die Grenzfläche zwischen dem p-Inversionsbereich und dem η-Bereich verläuft parallel zur Oberfläche der n-GaAlAs-Schicht 25. Auf diese Weise wird ein PN-Übergangsabschnitt 30 einer bestimmten Breite in seitlicher Richtung in der aktiven Schicht 24 im Versetzungsabschnitt 28 ausgebildet. Bei dem in der oben beschriebenen Weise aufgebauten HaIbleiterlaser werden, wenn eine Vorwärtsspannung an die beiden Elektroden 26, 27 angelegt wird, Ladungsträger hoher Dichte in den PN-Übergangsabschnitt 30 injiziert. Da beide seitlichen Ränder des PN-Übergangsabschnitts 30 zwischen hohe Potentialbarrieren der n-GaAlAs-Schichten 23, 25 gesetzt sind, werden die injizierten Ladungsträger auf den PN-Übergangsabschnitt 30 eingegrenzt, ohne daß sie in seitlicher Richtung herausdiffundieren, so daß sie mit hohem Wirkungsgrad rekombinieren und stimmulierte Lichteitimission erzeugen. Damit wird ein Strahlungsbereich 31 in der aktiven Schicht 24 in der Nachbarschaft des PN-Übergangsabschnitts 30 ausgebildet. Das im Strahlungsbereich 31 erzeugte Licht wird einer Resonanzverstärkung unterworfen, wobei die Kristallenden an beiden Längsseiten Fabry-Perot-Resonanzoberflachen sind. Dabei wird das erzeugte Licht durch die n-GaAlAs-Schichten 23, 25 mit kleinem Brechungsindex abgehalten, so daß es sich nicht seitlich ausbreitet. DasThe aforementioned p-diffusion layer 29 is constructed in such a way that that zinc in an area of the entire surface of the GaAlAs layer 25 is diffused to the active layer 24 in the dislocation portion 28. The interface between the p-inversion area and the η-area runs parallel to Surface of the n-GaAlAs layer 25. In this way, a PN junction portion 30 of a certain width in the lateral direction in of the active layer 24 is formed in the dislocation portion 28. In the case of the semiconductor laser constructed in the manner described above when a forward voltage is applied to the two electrodes 26, 27, high density carriers are in the PN junction section 30 is injected. Since both side edges of the PN junction section 30 between high potential barriers of the n-GaAlAs layers 23, 25 are set, the injected charge carriers become onto the PN junction portion 30 limited without diffusing out in a lateral direction, so that they recombine with high efficiency and produce stimulated light emission. This creates an area of radiation 31 is formed in the active layer 24 in the vicinity of the PN junction portion 30. That in the radiation area 31 generated light is subjected to a resonance amplification, the crystal ends on both long sides Fabry-Perot resonance surfaces are. The light generated is thereby through the n-GaAlAs layers 23, 25 with a small refractive index held so that it does not spread sideways. That

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heißt, der laterale Mode kann zum Einzelmode gemacht werden.that is, the lateral mode can be made single mode.

Bei der Herstellung des Halbleiterlasers wird einfach Zink von der gesamten Oberfläche der n-GaAlAs-Schicht 25 her diffundiert, weshalb bei der Ausbildung der p-Diffusionsschicht 29 und der Löcherinjektionselektrode 26 Maskierungsschritte nicht erforderlich sind, so daß das Herstellungsverfahren vereinfacht ist.The manufacture of the semiconductor laser becomes easy Zinc diffuses from the entire surface of the n-GaAlAs layer 25, and therefore when the p-diffusion layer is formed 29 and the hole injection electrode 26 masking steps are not required, so that the manufacturing process is simplified.

Fig. 2 zeigt einen Halbleiterlaser gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser zweiten Ausführungsform sind Teile, die denjenigen der ersten Ausführungsform entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie dort bezeichnet, und ihre Beschreibung ist hier weggelassen (Gleiches gilt auch für die folgenden Ausführungsformen).Fig. 2 shows a semiconductor laser according to a second Embodiment of the invention. In this second embodiment are parts similar to those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as there, and their description is omitted here (same also applies to the following embodiments).

Der Halbleiterlaser gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung weist mehrere Doppelheteroübergangsaufbauten auf, was eine hohe Ausgangsleistung ermöglicht. Das heißt, n-GaAs-Schichten 4 und aktive Schichten (n-GaAs) 5 (jeweils mit den Zusatzbuchstaben a, b, c, d und e in Fig. 2 versehen), die miteinander einen HeteroÜbergang bilden, werden abwechselnd aufgeschichtet, wobei mehrere (im dargestellten Beispiel vier) Heteroübergangsaufbauten durch die einzelnen Schichtensätze (4a, 5a, 4b , 4b, 5b, 4c), (4c, 5c, 4d) und (4d, 5d, 4e) ausgebildet werden. Dieser Übergangsabschnitt wird ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform mit einem Versetzungsabschnitt 28 ausgebildet. Zink wird in einen Bereich von der gesamten Oberfläche der obersten Schicht (n-GaAlAs-Schicht 4e) des Halbleiterkristalls ist zu den einzelnen aktiven Schichten 5a, 5b, 5c, 5d im Versetzungsabschnitt 28 diffundiert, um eine invertierte p-Schicht 29 auszubilden. Damit werden die einzelnen Schichten des Versetzungsabschnitts 28 mit PN-übergangsabschnitteru ausgebildet, die in einer Reihe in seitlicher Richtung liegen.The semiconductor laser according to the second embodiment of the invention has multiple double heterojunction structures, which enables high output power. This means, n-GaAs layers 4 and active layers (n-GaAs) 5 (each with the additional letters a, b, c, d and e in Fig. 2), which form a heterojunction with each other will alternate stacked, with several (in the example shown four) heterojunction structures through the individual sets of layers (4a, 5a, 4b, 4b, 5b, 4c), (4c, 5c, 4d) and (4d, 5d, 4e) can be formed. This transition section will be similar to in the first embodiment with an offset portion 28 trained. Zinc is in an area of the entire surface of the top layer (n-GaAlAs layer 4e) of the Semiconductor crystal is to the individual active layers 5a, 5b, 5c, 5d diffused in the dislocation section 28 to an inverted one p-layer 29 to form. The individual layers of the dislocation section 28 are thus provided with PN junction sections formed, which lie in a row in the lateral direction.

Bei dem in der oben beschriebenen Weise ausgebildeten Halbleiterlaser werden Ladungsträger hauptsächlich in die in den aktiven Schichten 5a, 5b, 5c und 5d ausgebildeten PN-Übergangsabschnitte 10a, 10b, 10c und 10d der im VersetzungsabschnittIn the semiconductor laser constructed as described above charge carriers become mainly in the PN junction portions formed in the active layers 5a, 5b, 5c and 5d 10a, 10b, 10c and 10d in the dislocation section

28 ausgebildeten PN-Übergangsabschnitte injiziert. Dies ist eine Folge der Tatsache, daß die Energielücke der GaAlAs-Schichten 4a, 4b, 4c, 4d und 4e größer als diejenige der aktiven Schichten 5a, 5b, 5c und 5d ist. Da jeder der PN-Übergangsabschnitte 10a, 10b, 10c und 10d an beiden seitlichen Rändern zwischen Heterobarrieren der GaAlAs-Schichten 4a, 4b, 4c, 4d und 4e gesetzt ist, werden die injizierten Ladungsträger darin eingegrenzt, ohne daß sie in seitlicher Richtung herausdiffundieren, so daß sie mit hohem Wirkungsgrad rekombinieren und auf stimulierte Emission zurückgehendes Licht erzeugen und Strahlungsbereiche 11a, 11b, 11c und 11d bilden. Der Abstand zwischen den Strahlungsbereichen 11a, 11b, 11c und 11d wird durch die Dicke der GaAlAs-Schichten 4a, 4b, 4c und 4d bestimmt. Es ist bekannt, daß die Dicke von Halbleiterschichten des beschriebenen Typs geeignet in einem Bereich von einigen Mikrometern bis zu sehr vielen Mikrometern, abhängig von Wachstumsgeschwindigkeit und -zeit der Kristalle, eingestellt werden kann.28 formed PN junction sections are injected. this is a This is due to the fact that the energy gap of the GaAlAs layers 4a, 4b, 4c, 4d and 4e is larger than that of the active layers 5a, 5b, 5c and 5d. Since each of the PN junction sections 10a, 10b, 10c and 10d on both side edges between heterobarriers of the GaAlAs layers 4a, 4b, 4c, 4d and 4e is set, the injected charge carriers are confined therein, without diffusing out in the lateral direction, so that they recombine and stimulate with high efficiency Generate emission receding light and form radiation areas 11a, 11b, 11c and 11d. The distance between the radiation areas 11a, 11b, 11c and 11d determined by the thickness of the GaAlAs layers 4a, 4b, 4c and 4d. It is known that the thickness of semiconductor layers of the type described suitable in a range from a few micrometers to very many micrometers, depending on the growth rate and time of the crystals, can be adjusted.

Fig. 3 zeigt einen Halbleiterlaser gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Halbleiterlaser gemäß dieser dritten Ausführungsform ist der Aufbau der Ladungsträgerinjektionselektrode gegenüber dem Halbleiterlaser nach der zweiten Ausführungsform abgewandelt.3 shows a semiconductor laser according to a third embodiment of the invention. In the semiconductor laser according to This third embodiment is the structure of the charge injection electrode modified compared to the semiconductor laser according to the second embodiment.

Es sind Löcherinjektionselektroden 31a, 31b und Elektroneninjektionselektroden 32a, 32b als parallele Streifen auf beiden lateralen Seiten der Kristalloberfläche ausgebildet, wodurch sie den Versetzungsabschnitt 28 nicht überlappen.They are hole injection electrodes 31a, 31b and electron injection electrodes 32a, 32b formed as parallel strips on both lateral sides of the crystal surface, whereby they do not overlap the offset portion 28.

Bei dem so aufgebauten Halbleiterlaser wird beispielsweise, wenn eine Vorwärtsvorspannung zwischen den Elektroden 31a und 32a zur Erzeugung eines Treiberstroms angelegt wird, der größte Anteil an Ladungsträgern in den PN-übergangsabschnitt 10a injiziert, für den der Stromweg am kürzesten und mit dem niedrigsten elektrischen Widerstand behaftet ist. Der Stromweg verlängert sich in der Reihenfolge der PN-Übergänge 10b, 10c und 10d und ebenso nimmt der elektrische Widerstand des Stromwegs zu, womit die zu injizierenden Ladungsträger ent-In the semiconductor laser thus constructed, for example, when a forward bias voltage is applied between the electrodes 31a and 32a is applied to generate a drive current, the largest proportion of charge carriers in the PN junction section 10a injected, for which the current path is shortest and with the has the lowest electrical resistance. The current path is extended in the order of the PN junctions 10b, 10c and 10d and likewise the electrical resistance of the current path increases, with which the charge carriers to be injected develop.

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sprechend abnehmen. Die Laseroszillation wird also zuerst im PN-Übergangsabschnitt 10a bewirkt und mit zunehmendem Treiberstrom auch der Reihe nach in den PN-Übergangsabschnitten 10b, 10c und 10d. Wenn umgekehrt eine Vorwärtsvorspannung zwischen den Elektroden 31b und 32b zur Erzeugung eines Treiberstroms angelegt wird, läßt sich die Laseroszillation der Reihe nach in den PN-Übergangsabschnitten 1Od₇ 10c, 10b und 10a, also in umgekehrter Reihenfolge wie oben, bewirken. Wenn eine Vorwärtsvorspannung zwischen den Elektroden 31a und 32b oder zwischen den Elektroden 31b und 32a zur Erzeugung eines Treiberstroms angelegt wird, werden aus den gleichen Gründen wie oben viele Ladungsträger in die PN-Übergangsabschnitte 10d und 1Oc injiziert, für die der Stromweg kurz ist, so daß in diesen Übergängen die Laseroszillation zuerst stattfindet. Wenn der Treiberstrom weiter gesteigert wird, findet eine Laseroszillation auch in den PN-Übergangsabschnitten 10a und 10d statt.decrease by speaking. The laser oscillation is therefore brought about first in the PN junction section 10a and, as the driver current increases, also in sequence in the PN junction sections 10b, 10c and 10d. Conversely, when a forward bias voltage is applied between electrodes 31b and 32b to generate a drive current, the laser oscillation can be effected sequentially in the PN junction sections 10d ₇ 10c, 10b and 10a, that is, in the reverse order as above. When a forward bias is applied between the electrodes 31a and 32b or between the electrodes 31b and 32a to generate a drive current, many carriers are injected into the PN junction portions 10d and 10c for which the current path is short for the same reasons as above that in these transitions the laser oscillation takes place first. When the drive current is further increased, laser oscillation also takes place in the PN junction portions 10a and 10d.

Unter Ausnutzung des obigen Prinzips wird ein Treiberstrom zunächst zwischen den Elektroden 31a und 32a fließen gelassen, um eine Laseroszillation im PN-Übergangsabschnitt 10a zu bewirken. Dann wird der Treiberstrom zwischen den Elektroden 31a und 32a unterbrochen und ein Treiberstrom zwischen den Elektroden 31a und 32b oder 31b und 32a fließen gelassen, um eine Laseroszillation in den PN-Übergangsabschnitten 10b und 10c zu bewirken. Schließlich wird der Treiberstrom zwischen den Elektroden 31a und 32b bzw. 31b und 32a unterbrochen und ein Treiberstrom zwischen den Elektroden 31b und 32b fließen gelassen, um eine Laseroszillation im PN-Übergangsabschnitt 10d zu bewirken. Auf diese Weise lassen sich die Ausgangslichtbündel in seitlicher Richtung zwischen den PN-Übergangsabschnitten 10a ... 10d bewegen. Im vorliegenden Fall wird das Ausgangslichtbündel diskontinuierlich in seitlicher Richtung bewegt, das Ausgangslichtbündel läßt sich aber auch kontinuierlich bewegen, indem man den Stromwert zwischen den Elektroden geeignet steuert.Using the above principle, a drive current will initially flow between electrodes 31a and 32a left to cause laser oscillation in the PN junction portion 10a. Then the drive current is between the Electrodes 31a and 32a are interrupted and a driving current is allowed to flow between electrodes 31a and 32b or 31b and 32a, to cause laser oscillation in the PN junction sections 10b and 10c. Eventually the driver current becomes interrupted between the electrodes 31a and 32b or 31b and 32a and a driving current between the electrodes 31b and 32b is allowed to flow to cause laser oscillation in the PN junction portion 10d. In this way you can move the output light bundles in the lateral direction between the PN transition sections 10a ... 10d. In the present case the output light beam is moved discontinuously in a lateral direction, but the output light beam can be also move continuously by appropriately controlling the current value between the electrodes.

Bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform sind die Ladungsträgerinjektionselektroden auf beiden lateralenIn the third embodiment described above, the charge injection electrodes are on both lateral sides

Seiten der Kristalloberfläche ohne überlapp mit dem Versetzungsabschnitt vorgesehen, die Erfindung beschränkt sich aber nicht darauf, es kann vielmehr wenigstens eine Ladungsträgerinjektionselektrode als mehrere Elektroden in Form paralleler in bestimmten seitlichen Abständen liegender Streifen ausgebildet sein.Sides of the crystal surface without overlapping with the dislocation section provided, but the invention is not limited to this; rather, at least one charge carrier injection electrode can be used than several electrodes in the form of parallel electrodes at certain lateral distances Strips be formed.

Als nächstes werden die vierte Ausführungsform (Fig. 4) und die fünfte Ausführungsform (Fign. 5 und 6) beschrieben. Diese Ausführungsformen betreffen jeweils einen Halbleiterlaser, bei welchem die Form Next, the fourth embodiment (Fig. 4) and the fifth embodiment (Figs. 5 and 6) will be described. These embodiments each relate to a semiconductor laser in which the shape

1.0 der invertierten Schicht gegenüber dem Aufbau des Halbleiterlasers nach der oben beschriebenen ersten Ausführungsform abgewandelt ist. 1.0 of the inverted layer is modified compared to the structure of the semiconductor laser according to the first embodiment described above.

Gemäß Fig. 4 ist ein Bereich von der Oberfläche einer n-GaAlAs-Schicht 25 bis zu einem Versetzungsabschnitt 28 mit einer invertierten Schicht 41 in Form eines sich in Längsrichtung erstreckenden Steges mit einer Breite W, die etwas größer als die Querbreite einer aktiven Schicht 24 ist, ausgebildet.4, a region from the surface of an n-GaAlAs layer 25 to a dislocation portion 28 is included an inverted layer 41 in the form of a lengthwise direction extending ridge with a width W which is slightly larger than the transverse width of an active layer 24 is formed.

Die invertierte Schicht 41 wird durch Ausbildung eines Diffusionsloches 4 3 einer Breite W in Form eines in Längsrichtung verlaufenden Bandes in einer Isolationsschicht 42, die auf die Oberfläche der n-GaAlAs-Schicht 25 aufgeschichtet ist, und durch Diffundieren von Zink von der freigelegten Oberfläche der n-GaAlAs-Schicht 25 ausgebildet.The inverted layer 41 is formed by forming a diffusion hole 4 3 of a width W in the shape of a lengthwise direction extending tape in an insulating layer 42 coated on the surface of the n-GaAlAs layer 25, and by diffusing zinc from the exposed surface of the n-GaAlAs layer 25.

Danach bildet mit Ausbilden einer Elektrodenschicht 44 auf der Isolationsschicht 42 ein in das Diffusionsloch 43 eingesenkter Teil ohne weitere Abwandlung eine Löcherinjektionselektrode 45. Der mühsame Maskierungsschritt zur Ausbildung der Löcherinjektionselektrode, die der schmalen Breite W der invertierten Schicht 41 entspricht, ist also nicht erforderlieh. Thereafter, when an electrode layer 44 is formed on the insulation layer 42, a sunk into the diffusion hole 43 is formed Part of, without further modification, a hole injection electrode 45. The troublesome masking step for formation of the hole injection electrode having the narrow width W of the corresponds to inverted layer 41, is therefore not required.

Mit dieser Anordnung beschränkt sich der Durchgang von injizierten Ladungsträgern, auf die als schmaler Steg ausgebildete invertierte Schicht 41. Das heißt, ein in einem anderen Teil als der invertierten Schicht 41 erwarteter Kristalldefekt wird durch die injizierten Ladungsträger selten beeinflußt. Auf diese Weise wird gemäß dem HalbleiterlaserWith this arrangement, the passage of injected is restricted Charge carriers, on the inverted layer 41 designed as a narrow web. That is, one in another Part of the crystal defect expected as the inverted layer 41 becomes rare by the injected carriers influenced. In this way, according to the semiconductor laser

Omron ... ■"■..: : "..■ P.1-718~DEOmron ... ■ "■ ..::" .. ■ P.1-718 ~ EN

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nach der vierten Ausführungsform die Anzahl von Kristalldefekten, die in die invertierte Schicht 41 involviert sind, minimalisiert, womit die Wirkungen der Kristalldefekte vermindert werden. Infolgedessen nimmt die Zuverlässigkeit zu. Ferner wird gemäß den Fign. 5 und 6 eine invertierte p-Schicht 51 so diffundiert und ausgebildet, daß ein nicht-invertierter Abschnitt 52 in der Nachbarschaft beider Längsenden (nämlich der Kristallenden in Form reflektierender Spiegeloberflächen) der aktiven Schicht 24 übrigbleibt.according to the fourth embodiment, the number of crystal defects, involved in the inverted layer 41 is minimized, thus reducing the effects of crystal defects will. As a result, the reliability increases. Furthermore, according to FIGS. 5 and 6 an inverted one p-layer 51 is diffused and formed so that a non-inverted portion 52 is in the vicinity of both Longitudinal ends (namely the crystal ends in the form of reflective mirror surfaces) of the active layer 24 are left over.

Es ist bekannt, daß im allgemeinen bei gleichem Halbleitermaterial bei Verwendung eines N-Leitungstyps statt eines P-Leitungstyps der wirksame Bandabstand groß und die Lichtabsorption geringer ist. Die Lichtabsorption im nichtinvertierten Abschnitt 52 ist also geringer als diejenige, die sich in Fig. 1 zeigt, weshalb die Zusammenbruchsgrenze der Kristallenden zunimmt.It is known that in general with the same semiconductor material when using an N conduction type instead of a P conduction type, the effective band gap is large and the Light absorption is lower. The light absorption in the non-inverted section 52 is therefore less than that which is shown in Fig. 1, therefore, the collapse limit of the crystal ends increases.

Mit dem Halbleiterlaser gemäß der fünften Ausführungsform sind also größere Lichtausgangsleistungen als mit dem Halbleiterlaser nach der ersten Ausführungsform erzielbar.With the semiconductor laser according to the fifth embodiment, there are greater light output powers than with the Semiconductor laser according to the first embodiment can be achieved.

2Q Schließlich zeigt Fig. 7 einen Halbleiterlaser gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. Dieser Halbleiterlaser arbeitet als optisches Verzweigungselement durch Abwandlung der Funktion einer Eingrenzung des Lichts in der aktiven Schicht und des Verfahrens, nach dem im Aufbau des in Fig. 2 gezeigten Halbleiterlasers eine Vorspannung eingestellt wird. Beim Halbleiterlaser nach Fig. 7 sind die gleichen Bezugszeichen verwendet wie bei dem in Fig. 2 gezeigten Halbleiterlaser.Finally, FIG. 7 shows a semiconductor laser according to a sixth embodiment of the invention. This semiconductor laser works as an optical branching element by modifying the function of limiting the light in the active layer and the method according to which a bias voltage is set in the structure of the semiconductor laser shown in FIG will. The same reference numerals are used in the semiconductor laser according to FIG. 7 as in that shown in FIG Semiconductor laser.

Der Halbleiterlaser ist hier also so ausgelegt, daß eine optische Welle von einem zum nächsten der benachbarten PN-Übergangsabschnitte (10a, 10b), (10b, 10c) und (10c, 10d) verschoben wird. Im einzelnen läßt sich dies erreichen, indem man eine kleine Brechungsindexdifferenz zwischen den aktiven Schichten 5a, 5b, 5c und 5d und den dazwischenliegenden HaIbleiterschichten 4b, 4c und 4d erzeugt oder indem man diese Schichten dünner macht. Eine größere Wirkung ergibt sich, wennThe semiconductor laser is designed here so that an optical wave from one to the next of the adjacent PN junction sections (10a, 10b), (10b, 10c) and (10c, 10d). This can be achieved in detail by a small difference in refractive index between the active layers 5a, 5b, 5c and 5d and the semiconductor layers therebetween 4b, 4c and 4d or by making these layers thinner. A greater effect is achieved when

man beide Maßnahmen gleichzeitig vorsieht.both measures are provided at the same time.

Das Verfahren, nach dem eine Vorspannung eingestellt wird, wird in der folgenden Erläuterung der Betriebsweise beschrieben. The method by which a preload is set is described in the following explanation of the operation.

Bei dem in der oben beschriebenen Weise aufgebauten Halbleiterlaser wird eine geeignete Vorwärtsvorspannung vorab an das Halbleiterlaserelement gelegt, um die einzelnen PN-Übergangsab-. schnitte 10a, 10b, 10c und 10d auf einen Wert zu legen, der etwas unter dem Schwellwert für Laserosζillation liegt. Es fällt nun ein Laserstrahl auf einen der PN-übergangsabschnitte 10a, 10b, 10c und 10d, beispielsweise auf den PN-Übergangsabschnitt 10b, von dem einen Kristallende her ein. Dann breitet sich ein Teil des auf den PN-Übergangsabschnitt TOb einfallenden Laserstrahls auch zu den anderen PN-Übergangsabschnitten 10a, 10c und 10d aus. Dabei wird die Energie des einfallenden Laserlichts gleich der Energie gemacht, die ein jeder der PN-Übergangsabschnitte 10a, 10b, 10c und 10d für die Laseroszillation benötigt, weshalb die PN-übergangsabschnitte 10a, 10b, 10c und 10d eine Laseroszillation durch optische Anregung liefern, so daß ein Laserstrahl an den Kristallenden 11a, 11b, 11c und 11d abgegeben wird.In the semiconductor laser constructed as described above an appropriate forward bias voltage is applied to the semiconductor laser element in advance to de-energize each PN junction. cuts 10a, 10b, 10c and 10d to a value that is slightly below the threshold value for laser oscillation. It A laser beam now falls on one of the PN transition sections 10a, 10b, 10c and 10d, for example on the PN transition section 10b, from one end of the crystal. Then spreads a part of the laser beam incident on the PN junction section TOb also moves to the other PN junction sections 10a, 10c and 10d. In doing so, the energy of the incident laser light is made equal to the energy that each of the PN junction sections 10a, 10b, 10c and 10d are required for the laser oscillation, which is why the PN junction sections 10a, 10b, 10c and 10d provide laser oscillation by optical excitation so that a laser beam is applied to the crystal ends 11a, 11b, 11c and 11d is delivered.

Der Halbleiterlaser dieser Ausführungsform kann also als ein optisches Verzweigungselement verwendet werden, wobei ein Beispiel in Fig. 8 gezeigt ist. In dieser Figur verzweigt ein den Halbleiterlaser dieser Ausführungsform enthaltendes optisches Verzweigungselement 81 ein durch einen optischen Wellenleiter 82 geführtes eingegebenes Licht eines Halbleiterlasers (Lichtquelle) 83, wobei das verzweigte Bündel durch Wellenleiter a, b, c und d geführt wird. Beispielsweise wird ein Verzweigungsbündel in eine optische Faser 85 eingeleitet, die am seitlichen Ende eines optischen IC-Substrats 84 angeschlossen ist, während andere Verzweigungsbündel in verschiedene (nicht gezeigte) Schaltungen, etwa optische Arbeitsschaltungen 86, 87, eingeleitet werden. The semiconductor laser of this embodiment can thus be used as a optical branching element can be used, an example of which is shown in FIG. In this figure, a branches out Optical incorporating semiconductor lasers of this embodiment Branching member 81 an input light of a semiconductor laser (light source) guided through an optical waveguide 82 83, the branched bundle being guided by waveguides a, b, c and d. For example, a branch bundle introduced into an optical fiber 85 connected to the side end of an optical IC substrate 84, while others Branch bundles can be introduced into various circuits (not shown), such as optical working circuits 86, 87.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen bestanden die Halbleiterlaser aus Halbleiterverbindungen des GaAs-Systems,In the embodiments described above, the Semiconductor lasers made from semiconductor compounds of the GaAs system,

Omron ... ; : '': ■ \'- P -1718-DEOmron ...; : '': ■ \ ' - P -1718-DE

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die Erfindung beschränkt sich aber natürlich nicht darauf, sie kann vielmehr in gleicher Weise bei Halbleiterlasern vorgesehen sein, die aus anderen Halbleiterverbindungen bestehen.However, the invention is of course not limited to this; rather, it can be provided in the same way in the case of semiconductor lasers which consist of other semiconductor compounds.

Claims

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Oraron Tateisi Electronics Co. Kyoto - Japan

Semiconductor laser

Priority: August 16, 1982 - Japan - No. 141807/1982

December 23, 1982 - Japan - No. 233924/1982

PATENT CLAIMS

Semiconductor laser, characterized by a semiconductor crystal with a double heterojunction structure, of one of the superimposed layers (23, 24, 25; 4a-4c, 5a-5d) Semiconductor of a first conductivity type is formed and a stepped portion with a dislocation portion formed therein (28), wherein the dislocation portion has a double heterojunction structure constituent active layer: (24; 5a ~ 5d) contains,

which is formed with a PN transition section (30; 10a-10d), the provides the laser oscillation, wherein the PN junction portion is formed from an inverted layer (29; 51) which is through Diffusing a conductive element of a second conductivity type into a region from the surface of the semiconductor crystal up to the dislocation section is established.

2. Semiconductor laser according to claim 1, characterized in that the semiconductor crystal has a plurality of layered double heterojunction structures.

3. Semiconductor laser according to claim 1 or 2, characterized in that the semiconductor layers of the the first conductivity type is an η-semiconductor and that the second Conduction type is a p-conduction type.

4. Semiconductor laser according to claim 1 or 2, characterized in that g e that the inverted layer (29) in the entire area from the surface of the semiconductor crystal to is formed to the displacement portion (28).

5. Semiconductor laser according to claim 1 or 2, characterized in that the inverted layer is in the form a ridge (41) is formed in the region from the surface of the semiconductor crystal to the offset portion (28) and that the width of the ridge is slightly larger than the transverse width of the active layer (24).

6. Semiconductor laser according to claim 1 or 2, characterized in that that the inverted layer (51) has a non-inverted portion (52) in the vicinity of the ends both long sides of the active layer (24).

7. Semiconductor laser according to claim 3, characterized in that the p-conductive element is zinc.

Omron ...:: ":" λ · P 1718-DE

8. Semiconductor laser according to claim 2, characterized by on both surfaces of the semiconductor crystal formed charge carrier injection electrodes, wherein at least one of the electrodes comprises a plurality of electrodes, which are arranged as parallel at certain intervals Strips are formed.

9. Semiconductor laser according to claim 2, characterized in that the PN junction sections (10a, 10b, 10c, 1Od) are designed> that an optical wave is shifted from a PN junction section to an adjacent PN junction section , that to the charge carrier injection electrodes a voltage is applied which sets the PN junction sections in an initial state which is slightly below the laser oscillation threshold value; to optically stimulate generation of laser oscillation.