DE69009561T2

DE69009561T2 - Halbleiterlaser zur selektiven Ausstrahlung von Licht mit verschiedenen Wellenlängen.

Info

Publication number: DE69009561T2
Application number: DE69009561T
Authority: DE
Inventors: Sotomitsu Ikeda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1994-10-13
Anticipated expiration: 2010-03-31
Also published as: DE69009561D1; EP0390200A3; US5060235A; EP0390200A2; EP0390200B1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Die Vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterlaserelement, das zur Wellenlängen-Lichtinformationsübertragung, -verarbeitung, -aufnahme und dgl. geeignet ist, und betrifft insbesondere ein Halbleiterlaserelement, das Laserlicht verschiedener Wellenlängen durch Steuerung der Größe eines eingeströmten elektrischen Stromes emittiert.
In den vergangenen Jahren hat der Fortschritt der Technologie auf dem Felde optischer Kommunikation und optischer Informationsverarbeitung begonnen. Beispielsweise sind im Bereich der Kommunikation Wellenlängen-Multiplex- und Frequenzmodulations -Übertragungssysteme untersucht worden, um das Übertragungsband zu erweitern. Auch im Bereich der optischen Aufnahmetechnik sind Studien zur Verbesserung der Aufnahmedichte durch Anwendung des Wellenlängen-Multiplex durchgeführt worden. Demzufolge ist bei Halbleiterelementen, die in diesem Bereich verwendet werden, eine Wellenlängen-Veränderungsfunktion hoher Effektivität erforderlich. Als ein Halbleiterlaserelement veränderbarer Wellenlänge, das das Grundniveau und das Niveau höherer Ordnung in einer Quantenquellschicht verwendet, wird in der EP-B-0254568 vorgeschlagen. Ein in der Wellenlänge veränderliches Halbleiterlaserelement mit einer Vielzahl von Quantenquellschichten verschiedener Zusammensetzungen und Stärken innerhalb ein und derselben Schicht ist auch in der Japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 63-312688 vorgeschlagen worden.
Das Prinzip der Veränderung der Wellenlängen bei diesem Halbleiterlaser nach dem Stand der Technik wird nachstehend beschrieben.
Es ist allgemein bekannt, daß im Falle einer aktiven Schicht mit einer Quantenquellstruktur die Spitze der Verstärkung in der aktiven Schicht sich bei injiziertem elektrischem anwachsenden Strom von der Seite des niedrigen Bandabstandes (lange Wellenlänge) her zum hochenergetischen Bandabstand (kurze Wellenlänge) hin verschiebt.
In einem Halbleiterlaserelemenet mit einer aktiven Schicht von derartiger Quantenquellstruktur wird ein langwelliges Licht erzeugt, wenn ein elektrischer Strom einheitlich in Resonanzrichtung injiziert wird. Das heißt, das Element emittiert ein Licht, das dem niederenergetischen Bandabstand entspricht, wobei der Gesamtverlust im Resonator reduziert wird.
Wenn ein elektrischer Strom uneinheitlich in das Halbleiterlaserelement injiziert wird, wird ein kurzwelliges Licht angeregt. Zu dieser Zeit wird die Verstärkung klein im Verlustbereich und folglich wird ein großer Teil des elektrischen Stromes injiziert, um die Verstärkung in diesem Verstärkungsbereich entsprechend groß zu machen. Insbesondere ist die Verstärkung auf der kurzwelligen Seite des Verlustbereichs sehr klein, und folglich wird der injizierte elektrische Strom in dem Verstärkungsbereich so groß gemacht, daß die Gesamtverstärkung in dem Resonator bei kurzwelligem Licht am größten wird.
Die einheitliche Injektion in Resonanzrichtung bezieht sich hier auf einen Zustand, bei dem ein elektrischer Strom mit gleicher Stromdichte in Resonanzrichtung des Lichtes in die aktive Schicht injiziert wird und auf das Licht in einem aktiven Wellenleiter, in dem sich Elektronen konzentrieren. Die ungleichförmige Injektion bezieht sich im Gegensatz dazu auf einen Zustand, in dem ein elektrischer Strom auf jeweilige Bereiche im gesamten Resonator mit verschiedenen Stromdichten injiziert wird, selbst wenn ein gewisser Bereich die Stromdichte per Wellenlänge einheitlich in Resonanzrichtung ist. Um die in die betreffenden Bereiche injizierten elektrischen Ströme unterschiedlich zu machen, ist auch ein trennender Abschnitt zwischen den Bereichen erforderlich. Kein elektrischer Strom wird in diesen trennenden Abschnitt injiziert, selbst während der einheitlichen Injektion nicht. Wenn dieser Trennabschnitt jedoch eine Länge von 10 µm oder weniger aufweist, wenn die Aufweitung der Träger in der aktiven Schicht in Betracht gezogen wird, dann kann der elektrische Strom als im wesentlichen einheitlich injiziert betrachtet werden. Auf diese Weise ist das System zur Wellenlängenänderung nach dem Stand der Technik dadurch gekennzeichnet, daß ein langwelliges Licht während der einheitlichen Injektion erzeugt wird und ein kurzwelliges Licht während der ungleichförmigen Injektion erzeugt wird.
Das oben beschriebene Beispiel zum Stand der Technik hat jedoch unter dem Problem gelitten, daß die Differenz zwischen dem Stromwert während der einheitlichen Injektion und dem Stromwert während der nicht-einheitlichen Injektion sehr groß ist. Zum Beispiel ist der Oszillationsschwellwert während der nichteinheitlichen Injektion üblicherweise mehrere Dekaden größer als während der einheitlichen Injektion. Folglich steigt die Temperatur des Elements an, so daß sich dadurch die Lebensdauer des Elements verkürzt.
In dem oben beschriebenen Beispiel zum Stand der Technik ist auch die Länge des Absorptionsbereiches sehr wichtig, und wenn der Absorptionsbereich während der nicht einheitlichen Injektion lang ist, dann kommt es vor, daß der Betrag des Verlustes des kurzwelligen Lichtes groß wird, und das kurzwellige Licht wird nicht erzeugt, obwohl die Verstärkung des aktiven Bereiches beträchtlich erhöht werden kann. Das liegt daran, daß die Verstärkung auf der kurzwelligen Seite mit dem Abfall des injizierten elektrischen Stromes merklich reduziert ist, während die Verstärkung auf der kurzwelligen Seite des Verstärkungsbereichs mit einem Anwachsen des injizierten elektrischen Stromes Sättigungstendenzen zeigt, und folglich kann ein Zustand aufkommen, bei dem der Verlust des kurzwelligen Lichtes in den Verlustbereich nicht mehr vollständig ausgeglichen werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben aufgeführten Probleme zu lösen, die dem Stand der Technik eigen sind, und ein Halbleiterlaserelement mit variabler Wellenlänge zu schaffen, dessen Schwingungswellenlänge leicht gesteuert werden kann, ohne daß dabei der injizierte elektrische Strom in großem Umfang zu ändern ist.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Halbleiterlaserelement, dessen selektiv emittiertes Licht sich in seiner zugeordneten gequantelten Energie unterscheidet, mit: einem Substrat; einem auf dem Substrat vorgesehenen Laserresonator, dessen Endoberflächen sich gegenüberstehen, wobei der Resonator Halbleiterschichten mit einer aktiven Schicht in Quantenquellstruktur enthält, die auf dem Substrat laminiert sind, und mit einer Vielzahl von nebeneinander in Resonanzrichtung des Resonators angeordneten Elektroden, die in nicht-abhängiger Weise einen elektrischen Strom in die aktive Schicht injizieren, wobei das Halbleiterlaserelement dadurch gekennzeichnet ist, daß der Endoberflächenverlust (1/2 L) ln (1/Rf Rb) - mit L als Resonatorlänge und mit Rf bzw. Rb als jeweiliges Reflexionsvermögen der Endoberflächen - des Resonators so eingestellt ist, daß Licht mit höherer zugeordneter gequantelter Energie erzeugbar ist, wenn elektrische Ströme gleicher Dichte aus der Vielzahl von Elektroden in die aktive Schicht injiziert werden, und das Licht mit geringerer zugeordneter gequantelter Energie schwingungfähig ist, wenn elektrische Ströme unterschiedlicher Dichte aus der Vielzahl von Elektroden in die aktive Schicht injiziert werden.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Halbleiterlaserelement, dessen selektiv emittiertes Licht sich mit seiner zugeordneten gequantelten Energie unterscheidet, mit: einem Substrat; einem auf dem Substrat vorgesehenem Laserresonator, dessen Endoberflächen sich gegenüberstehen, wobei der Resonator Halbleiterschichten mit einer aktiven Schicht in Quantenquellstruktur enthält, die auf dem Substrat laminiert sind, und mit einer Vielzahl von nebeneinander in Resonanzrichtung des Resonators angeordneten Elektroden, die in nicht abhängiger Weise einen elektrischen Strom in die aktive Schicht injizieren, wobei das Halbleiterlaserelement gekennzeichnet ist durch eine Reflexionsverhinderungsschicht auf wenigstens einer Endoberfläche des Resonators, wobei die Reflexionsverhinderungsschicht das jeweilige Reflexionsvermögen der Endoberflächen verringert, so daß Licht mit höherer zugeordneter gequantelter Energie erzeugbar ist, wenn elektrische Ströme gleicher Dichte aus der Vielzahl von Elektroden in die aktive Schicht injiziert werden, und das Licht mit geringerer zugeordneter geouantelter Energie erzeugbar ist, wenn elektrische Ströme unterschiedlicher Dichte aus der Vielzahl von Elektroden in die aktive Schicht injiziert werden.
Fig. 1 zeigt das Energieband einer aktiven Schicht mit einer einzigen Quantenquellschicht.
Fig. 2 ist ein Graph, der Verstärkungskurven bei einer Wellenlänge in der aktiven, in Fig. 1 dargestellten Schicht darstellt.
Fig. 3 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Länge eines Resonators und der Schwingungswellenlänge in einem Element zeigt, das eine Quantenquellstruktur aufweist.
Fig. 4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Reflexionsvermögen der Endoberfläche des Resonators und der Schwingungswellenlänge in dem Element darstellt, das eine Quantenquellstruktur hat.
Figuren 5A und 5B sind eine Frontansicht bzw. eine Seiten- Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel des Halbleiterlaserelements der vorliegenden Erfindung darstellt.
Fig. 6 zeigt das Energieband einer aktiven Schicht mit zwei verschiedenen Quantenquellschichten.
Fig. 7 ist ein Graph, der die Verstärkungskurven bei Wellenlängen in der aktiven, in Fig. 6 dargestellten Schicht zeigt.
Fig. 8 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Länge eines Resonators und der Schwingungswellenlänge in dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel zeigt.
Fig. 9 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem vorderseitig injizierten elektrischen Strom und der Schwingungswellenlänge des in Fig. 6 dargestellten Beispiels zeigt.
Fig. 10 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem vorderseitig injizierten elektrischen Strom und dem rückseitig injizierten elektrischen Strom im Schwingungszustand des in Fig. 6 dargestellten Beispiels zeigt.
Figuren 11A bis 13 sind schematische Querschnittsansichten, die weitere Ausführungsbeispiele nach der vorliegenden Erfindung darstellen.
Figuren 14 und 15 sind Energieband-Darstellungen, die weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detailliert anhand der Zeichnung beschrieben.
Als ein einfaches Beispiel soll die Beschreibung zunächst einem Halbleiterlaserelement gelten, das eine aktive Schicht mit einer einzelnen Quantenquellstruktur (SQW) hat, wie in der Energieband-Darstellung von Fig. 1 gezeigt. Dieses Element hat zwei Elektroden in Nebeneinanderordnung in Resonanzrichtung, wie in Fig. 5B gezeigt, die später zu beschreiben ist, und in dem Bereich [I] und in dessen Bereich [II] kann die jeweilige Dichte des injizierten elektrischen Stroms unabhängig gesteuert werden. Die Schwingungsbedingungen dieses Halbleiterlaserelements werden folgendermaßen analysiert.
Die Verstärkung g in jedem Bereich ist eine Funktion der injizierten Ladungsträgerdichte n und der Wellenlänge λ und kann folglich ausgedrückt werden als g (nI, λi) Wenn hier der injizierte elektrische Strom I ist, und die Schichtdicke der aktiven Schicht d ist, und die Breite des aktiven Bereichs w ist und die Länge des Resonators L ist, gilt I = ndwL. Die Längen der betreffenden Bereiche sind LI und LII und die Gesamtlänge des Resonators ist L - LI + LII. Hier ist die Schwingungsbedingung bei einer bestimmten λI in einem Zustand, bei dem Gi = 0 in
Gi = Γ[(LI/L) g(nI, λi) + (LII/L) g(nII, λi)] ...(1)
Hier bedeutet Γ den Lichteinschlußkoeffizienten in SQW, α repräsentiert den internen Verlust im Resonator, und Rf und Rb repräsentieren die Reflexionsfaktoren der Endoberflächen von der vorderen bzw. der hinteren Oberfläche.
Beschrieben wird jetzt ein Fall, bei dem ein elektrischer Strom einheitlich in Resonanzrichtung injiziert wird. Es wird angenommen, daß ein Licht der Wellenlänge λ&sub2; erzeugt wird, wobei die Gleichung aus nI = nII = n&sub0;
G&sub2; = Γ (n&sub0;, λ&sub2;) - α - (1/2 L) ln (1/Rf Rb)
Dieses ist die Gleichung eines gewöhnlichen Halbleiterlasers, und die Schwingungen finden statt, wenn die Verstärkung gleich groß geworden ist wie der interne Verlust α und der Oberflächenverlust (1/2 L) ln (1/Rf Rb). Damit die Wellenlänge λ &sub2;, die während der einheitlichen Injektion schwingt, eine kurze Wellenlänge entsprechend einem großen Bandabstand Eg&sub2;, ist es notwendig, die Verstärkung bei λ&sub2; größer als die Verstärkung bei λ&sub1; in der Verstärkungskurve dieses in Fig. 2 dargestellten Elements, wenn die Wellenlänge gemäß eines geringen Bandabstandes Eg&sub1; λ&sub1; ist. Daß heißt,
g(n&sub0;, λ&sub1;) < g(n&sub0;, λ&sub2;).
Auch wenn n < n&sub0;, ist die Schwingungs-Schwellwertverstärkung hier noch nicht erreicht und folglich ist es notwendig, daß
g&sub1; = λg (n&submin;, λ&sub1;) - α - (1/2 L) ln (1/Rf Rb) < 0.
Um diesen Bedingungen zu genügen kann es ausreichen:
α + (1/2 L) ln (1/Rf Rb) > g (n, λ&sub1;) = g (n, λ&sub2;)
Daß heißt, der Totalverlust des Resonators kann größer sein als die Verstärkungen bei λ&sub1; und λ&sub2;, die einander gleich sind. Das ist der Grund, weswegen die kurze Wellenlänge λ&sub2; entsprechend Eg&sub2; schwingt, wenn der interne Verlust oder der Endoberflächenverlust groß ist. Ein Anstieg des internen Verlustes kann ganz allgemein einen thermischen Anstieg im Resonator hervorrufen, und die Instabilität des Wellentyps des Lichts. Folglich wird dieses Ziel in der vorliegenden Erfindung durch Erhöhung des Endoberflächenverlustes erreicht.
Grundsätzlich kann von einem Verfahren Gebrauch gemacht werden, die Länge L des Resonators zu verkürzen, oder es kann das Verfahren angewandt werden, das Reflexionsvermögen Rf und Rb der Endoberflächen klein zu halten.
Fig. 3 zeigt in schematischer Weise eine Änderung der Schwingungswellenlänge bei der Länge L des Resonators in einem Halbleiter-Laserelement mit einer aktiven Schicht, die eine, Quantenquellstruktur aufweist. Welches Licht entsprechend Eg&sub1; erzeugt wird, wenn L kleiner wird und sich zur geschlossenen Seite der Wellenlänge aufgrund des Bandfülleffekts verschiebt, weil die Schwellwertverstärkung anwächst, und für die Länge L&sub1; des Resonators werden die Verstärkungen bei Eg&sub1; und Eg&sub2; einander gleich, und Schwingungen finden bei einer oder bei beiden der zwei Wellenlängen statt, oder ein Umschalten zwischen den beiden Wellenlängen findet statt. Wenn L weiterhin kleiner wird, wird ein Licht entsprechen Eg&sub2; erzeugt, das sich weiter zur kurzwelligen Seite verschiebt.
Auf diese Weise wird die Schwingungswellenlänge von der Länge des Resonators verändert, und als Grenze wird Licht entsprechend der unterschiedlichen Bandabstände L&sub1; erzeugt.
Es ist die vorliegende Erfindung, die effektiven Gebrauch davon macht, und erst einmal wird die Länge des Resonators kleiner als L&sub1; gemacht, so daß ein Licht entsprechend Eg&sub2; (ein kurzwelliges Licht) erzeugt werden kann, während der einheitlichen Injektion eines elektrischen Stromes. Wenn ein elektrischer Strom in die aufgeteilten Bereiche dieses Halbleiterlasers mit verschiedenen Stromdichten injiziert wird, d.h., wenn nicht gleichförmige Injektion eines elektrischen Stromes in Resonanzrichtung bewirkt wird, erreicht die Gesamtverstärkung bei Eg&sub1; die Schwellwertverstärkung früher als die Gesamtverstärkung bei Eg&sub2; im Resonator, weil die Verstärkung bei Eg&sub2; kleiner ist im Verlustbereich von kleinen Stromdichten, und auf diese Weise wird ein Licht entsprechend Eg&sub1; (ein langwelliges Licht) erzeugt.
Es ist schwer, den Bereich festzustellen, in dem die Länge des Resonators kurz ist, weil die Schwellwertverstärkung stark von der Qualität des Kristalls abhängt, von dem Reflexionsvermögen der Endoberfläche, der verwendeten Temperatur (gemessen) usw.. Wenn man es genau ausdrückt, so ist der Bereich der Länge des Resonators bei der vorliegenden Erfindung, der Bereich, in dem ein Licht einer Wellenlänge gemäß einem großen Bandabstand während der einheitlichen Injektion eines elektrischen Stromes erzeugt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Änderung des injizierten elektrischen Stromes während des Übergangs der Wellenlänge klein und folglich wird das Element nicht beeinträchtigt.
Die Beschreibung wendet sich nun dem Prinzip der vorliegenden Erfindung zu, wenn das Reflexionsvermögen Rf und Rb der Endoberflächen klein gemacht wird. Fig. 4 zeigt in schematischer Weise die Änderung der Schwingungswellenlänge für das Reflexionsvermögen der Endoberfläche in einem Halbleiter-Laserelement mit einer aktiven Schicht, die eine Quantenquellstruktur enthält. Wieder wird in diesem Fall ein ähnliches Verhalten von L hervorgebracht, und da Rf und Rb kleiner werden, verschiebt sich das Licht entsprechend Eg&sub1; (das langwellige Licht) zur kurzwelligen Seite hin. Bei dem Reflexionsvermögen Rf&sub1; und Rb&sub1; werden die Verstärkungen, die Eg&sub1; und Eg&sub2; zugeordnet sind, einander gleich, und Schwingungen finden bei einer oder bei beiden der zwei Wellenlängen statt oder es findet ein Umschalten zwischen den zwei Wellenlängen statt. Wenn das jewilige Reflexionsvermögen weiter kleiner wird, wird ein zu Eg&sub2; gehöriges Licht erzeugt und verschiebt sich weiter zur kurzwelligen Seite hin.
Auf diese Weise wird die Schwingungswellenlänge von dem Reflexionsvermögen der Endoberfläche verändert, und ein Licht, das unterschiedlichen Bandabständen zugeordnet ist, wird mit Rf&sub1; und Rb&sub1; als Grenze erzeugt. Es ist eine andere Technik der vorliegenden Erfindung, die effektiven Gebrauch davon macht, und in einem Halbleiter-Laserelement mit einer gewissen Länge des Resonators wird das Reflexionsvermögen der Endoberflächen so eingestellt, daß ein zu Eg&sub2; gehöriges Licht schwingen kann, wenn einheitliche Injektion eines elektrischen Stromes in Resonanzrichtung bewirkt wird. Dieses Verfahren kann leicht verwirklicht werden durch Anordnen eines dielektrischen Materials auf den Endoberflächen, durch Bedampfen und Beschichten derselben oder durch eine Aufsprühtechnik. Üblicherweise verringert sich das Reflexionsvermögen der Endoberflächen oft um etwa 32% gegenüber dem Reflexionsvermögen der Spaltungsebene. Wenn auf dieses Halbleiter-Laserelement nicht gleichförmige Injektion des elektrischen Stromes angewandt wird, erreicht die Gesamtverstärkung bei Eg&sub1; die Schwellwertverstärkung eher wegen eines Anwachsens in dem elektrischen Strom, der in den Verstärkungsbereich injiziert wird, als die Gesamtverstärkung bei Eg&sub2; im Resonator, weil die Verstärkung bei Eg&sub2; klein im Verlustbereich kleiner Stromdichten ist, und auf diese Weise ein langwelliges Licht erzeugt wird, das Eg&sub1; zugeordnet ist.
In diesem Falle kann die Änderung des injizierten elektrischen Stromes während des Umwechselns der Schwingungswellenlänge klein gehalten werden.
Während die Länge des Resonators und das Reflexionsvermögen der Endoberfläche zuvor unabhängig voneinander beschrieben worden sind, kann doch die vorliegende Erfindung durch Optimieren und Variieren der beiden ausgeführt werden.
In der vorstehenden Beschreibung bedeuten Eg&sub1; und Eg&sub2; zwei Bandabstände quantisierter Energie in der aktiven Schicht der Quantenquellstruktur. Insbesondere entspricht im Falle einer einzigen Quantenquellstruktur und im Falle multipler Quantenquellstruktur mit einer Vielzahl von Quantenquellen, die in ihrer Zusammensetzung und in ihrer Quellbreite konstant sind, Eg&sub1; und Eg&sub2; zweier Quantenniveaus n=1, n=2, n=3, . . . in der Quelle. Auch im Falle multipler Quantenquellstruktur mit einer Vielzahl von Quantenquellen, die in Zusammensetzung oder Quellbreite sich unterscheiden, stellen Eg&sub1; und Eg&sub2; zwei von verschiedenen Quantenniveaus Eg&sub1;&sub1;, Eg&sub1;&sub2;, ..., Eg&sub2;&sub1;, Eg&sub2;&sub2;, ... Eg&sub3;&sub1; in der aktiven Schicht dar. Hier ist Eij der j-ste Bandabstand der i-ten Quellschicht.
Die Figuren 5A und 5b zeigen den schematischen Aufbau eines Halbleiter-Laserelements mit variabler Wellenlänge, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wobei Figur 5A eine Querschnittsansicht senkrecht zur Richtung der Resonanz ist, und wobei Fig. 5B eine Querschnittsansicht parallel zur Resonanzrichtung ist. Der Aufbau dieses Laserelements wird nachstehend beschrieben.
Der Filmaufbau ist derart, daß n&spplus;-GaAs-Pufferschicht 2 von 0,5 µm, n-Al0,5 Ga0,5, als Deckschicht 3 von 1,5 µm, eine aktive Schicht 4, P-Al0,5 Ga0,5 als Deckschicht 5 von 1,5 µm und p&supmin;-GaAs Abdeckschicht 6 von 0,5 µm sind auf einem n&spplus;-GaAa-Substrat 1 laminiert durch das Epitaxiverfahren mit Molekularstrahl, und An/Cr-Elektroden 7&sub1; und 7&sub2; sind durch Aufdampfen auf der p-Seite angeordnet, die in Resonanzrichtung geteilt sind, und Au-Ge/Au- Elektrode 8 ist durch Aufdampfen auf der n-Seite angeordnet und ist mit Aluminium versehen, um so eine Ohmsche Verbindung herzustellen. Die Bezugszeichen 10 und 11 bedeuten Leistungsquellen zur Lieferung elektrischen Stromes an die Elektroden 7&sub1; bzw. 7&sub2;
Die aktive Schicht, wie sie in der Bandabstanddarstellung in Fig. 6 dargestellt ist, enthält eine Quantenquellschicht W&sub1; der Dicke 8 µm (80 Å), die aus GaAs gebildet ist, eine Quantenquellschicht W&sub2; der Stärke 16 m (160 Å) gebildet aus Al0,08Ga&sub0;,&sub9;&sub2;As, und eine Sperrschicht D der Stärke 15 µm (150 Å) gebildet aus Al0,3Ga0,7As, und trennt sie voneinander. Des weiteren sind außerhalb der Quantenquellschichten abgestufte Indextrenn-Begrenzungsschichten mit Heterostruktur (GRIN-SCH) G&sub1; und G&sub2; der Stärke von 40 µm (400 Å) durch einen Halbleiter gebildet, der in seiner Zusammensetzung aus Al0,3Ga0,7As bis Al 0,5Ga0,5As abgestuft ist. Die Trennung von Licht und Elektronen wird durch die GRIN-SCH-Schichten bewirkt. Auch sind die GRIN- SCH-Schicht auf der p-Seite und die Sperrschicht p-dotierte Typen.
Der Aufbau des Halbleiter-Laserelements nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat in Querrichtung senkrecht zur Resonanzrichtung einen steghohlleiterartigen Aufbau, wie er in Fig. SA dargestellt ist. Hier ist die Tiefe des Stegs bei 1,8 µm von dessen oberer Oberfläche abgeschnitten, und die Breite des Stegs beträgt 3 µm. Die beiden Seiten des Stegs sind einer Atzung unterworfen worden, so daß Si&sub3;N&sub4;-Film 9 aus Plasma CVD gebildet wird, und dessen oberer Abschnitt kann ein Injektionsfenster für einen elektrischen Strom haben, wonach die p-seitigen Elektroden 7&sub1; und 7&sub2; durch Aufdampfung gebildet werden. Die p-seitigen Elektroden werden zu zweien in Richtung der Resonanz getrennt, wobei die volle Länge des Resonators 260 µm beträgt, die Länge der vorderen Elektrode 7&sub1; 172 µm, die Länge der hinteren Elektrode 7&sub2; 78 µm und der Abstand zwischen diesen Elektroden 10 µm beträgt.
Die Beschreibung setzt jetzt an der Länge des Resonators an, die ein erstes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist. Fig. 8 zeigt die experimentellen Werte von der Beziehung zwischen der Länge des Resonators des Halbleiter-Laserelements des Vorliegenden Ausführungsbeispiels und zwischen der Schwingungswellenlänge. Da die Länge des Resonators kürzer wird, ist auch die Schwingungswellenlänge kürzer, und bei L 300 µm und L 150 µm tritt die Verschiebung der Wellenlänge zu einer diskontinuierlichen kurzen Wellenlänge auf. Auf diese Weise läßt die kürzere Welle des Resonators den Oberflächenverlust im Laserelement ansteigen und ermöglicht die Verkürzung der Wellenlänge durch Ansteigen der Schwellwertverstärkung.
Im Halbleiter-Laserelement des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist durch Einstellen der Länge des Resonators auf 260 µm bei einem einheitlich injizierten elektrischen Strom in Resonanzrichtung ein Licht erzeugt mit einer Wellenlänge von 815,7 mm bei einem Wert, der etwas über dem Schwellwert liegt. Diese Wellenlänge entspricht dem Grundniveau der AlGaAs-Quellschicht W&sub2;. Die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung resultiert aus Addition der Verstärkungen der beiden Quellschichten während dieser einheitlichen Injektion zusammen mit dem Lichtbegrenzungskoeffizienten, der berücksichtigt worden ist, ist in Fig. 7 dargestellt. In der Figur ist die injizierte Ladungsträgerdichte gezeigt, die N&sub0; während einheitlicher Injektion ist. Zu dieser Zeit hat die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung einen Maximalwert bei λ&sub1; und λ&sub2;, aber da die Spitze der Verstärkung bei λ&sub2; am größten ist, wird ein kurzwelliges Licht λ&sub2; erzeugt.
Beschrieben wird nun das Verhalten der Schwingungen, wenn nicht-uniforme Injektion eines elektrischen Stroms in dieses Halbleiter-Laserelement in Richtung der Resonanz bewirkt wird.
In dem Verlustbereich ist die injizierte Ladungsträgerdichte n&submin; < n&sub0; unter Berücksichtigung der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung zu dieser Zeit, wie in Fig. 7 dargestellt, bei der Wellenlänge λ&sub2; bemerkenswert abgesunken, verglichen mit jener während der einheitlichen Injektion, und wird beachtenswert kleiner als die Verstärkung bei der Wellenlänge λ&sub1;.
Andererseits wird im Verstärkungsbereich eine injizierte Ladungsträgerdichte n&sbplus; größer als während einheitlicher Injektion, um eine ausreichende Verstärkung zu erzielen, um sich mit dem Abfall der Verstärkung im Verlustbereich zu vertragen. Hinsichtlich der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung zu dieser Zeit wird, wie in Fig. 7 durch n&sbplus; angezeigt, die Verstärkung auf der kurzwelligen Seite noch größer als n&sub0;. Jedoch wird die Gesamtverstärkung des Resonators bei λ&sub2; kleiner als jene bei λ&sub1; nach allem, wobei die Verstärkung bei λ&sub1; die Oszillations-Schwellwertverstärkung früher erreicht und auf diese Weise langwelligeres Licht erzeugt wird.
Nachstehend folgt eine theoretische Analyse des Ausführungsbeispiels.
Wie oben beschrieben, ist die Verstärkung g eine Funktion der injizierten Ladungsträgerdichte n und des Bandabstandes, wenn die Eg zugeordnete Wellenlänge λ ist, dann kann die Verstärkung als g(n, λ) ausgedrückt werden. Hinsichtlich des Halbleiter- Laserelements des vorliegenden Ausführungsbeispiels, das in zwei Bereiche in Resonanzrichtung aufgeteilt ist, und in dem ein elektrischer Strom unabhängig voneinander in diese Bereiche injiziert werden kann, sind die Längen des Verstärkungsbereiches und des Verlustbereiches in Richtung der Resonanz LI bzw. LII, und die Länge des Trennabschnittes ist eine hinreichend vernachlässigbare Länge, wobei die Gesamtlänge L des Resonators ungefähr LI + LII ist.
Als nächstes wird die Verstärkung hinsichtlich der jeweiligen Quellschicht in Betracht gezogen. Die Verstärkungen der Quellschicht W&sub1; und der Quellschicht W&sub2; werden als G&sub1; (n&sub1;, λ) und G&sub2; (n&sub2;, λ) ausgedrückt und die Lichtbegrenzungskoeffizienten in den betreffenden Quell schichten sind Γ&sub1; (λ) und Γ&sub2; (λ) relativ zum Licht λ bei Eg.
Daraus genügt die folgende Gleichung innerhalb des Resonators bezüglich eines Lichts mit λI:
Gi = (LI/L){Γl(λi) g&sub1;(n&sub1;, λi) + Γ&sub2;(λi) g&sub2;(n&sub2;, λi)} + (LII/L) {Γl(λi) g&sub1;'(n&sub1;', λi) + Γ&sub2;(λi) g&sub2;' (n&sub2;', λi)} - αi - (1/2 L) ln (1/Rf Rb), ...(2)
wobei αi den Verlust der Lichtwellenlänge λi im Resonator darstellt, Rf und Rb das Reflexionsvermögen der Endoberflächen der vorderen Oberfläche und bzw. der hinteren Oberfläche. Die Wellenlängenabhängigkeit von Rf und Rb ist gering und deshalb wird sie hier vernachlässigt. G=0 ist die Schwingungsbedingung. In Gleichung (2) werden während der einheitlichen Injektion eines elektrischen Stromes die Ströme in {} des ersten und zweiten Terms der rechten Seite einander gleich, und der Ladungsträgerwechsel in den Verstärkungen der beiden Quantenquellschichten kann in Betracht gezogen werden.
Wenn während der einheitlichen Injektion die injizierten Ladungsträger n&sub0; sind, dann sind die in die jeweiligen Quellschichten W&sub1; und W&sub2; injizierten Ladungsträger n&sub1; und n&sub2;.
Hinsichtlich λ&sub1; ist die folgende Gleichung verfügbar:
G&sub1; = Γl(λ&sub1;) g&sub1;(n&sub1;, λ&sub1;) + Γ&sub2;(λ&sub1;) g&sub2;(n&sub2;, λ&sub1;) - α&sub1; - (1/2L) ln(1/Rf Rb)
Jedoch gibt es bei λ&sub1; keine Verstärkung durch die Quellschicht W&sub2; und folglich ist g&sub2; (n&sub2;, λ&sub2;) = 0 . In gleicher Weise ergibt sich hinsichtlich λ&sub2; folgende Gleichung:
G&sub2; = Γl(λ&sub2;) g&sub1;(n&sub1;, λ&sub2;) + Γ&sub2;(λ&sub1;) g&sub2;(n&sub2;, λ&sub2;) - α&sub2; - (1/2L) ln(1/Rf Rb)
Die Wellenlängenabhängigkeit des Lichtbegrenzungskoeffizienten hängt von der Wellenlängenverteilung des Brechungsindex ab, aber der Einfachheit halber wird er als Γ&sub1;(λ&sub1;) Γ&sub1; (λ&sub2;) und Γ&sub2; (λ&sub2;) Γ&sub2; (λ&sub2;). Auch der interne Verlust wird als α&sub1; α&sub2; definiert. Hier wird G&sub1; durch g&sub1; (n&sub1;, λ&sub1;) definiert, während g&sub2; bestimmt wird durch g&sub1; (n&sub1;, λ&sub2;) und g&sub2; (n&sub2;, λ&sub2;), und folglich ist G&sub2; > G&sub1; wenn n&sub0; anwächst. Wenn hier der Endoberflächenverlust groß ist, daß heißt, L klein ist, oder wenn Rf und Rb klein sind, tritt der Fall von G&sub1; < 0 = G&sub2; auf. Dabei wird λ&sub2; erzeugt.
Die Schwingungswellenlänge λ&sub1; wird nun betrachtet, wenn die Trägerdichte nicht einheitlich im Resonanzrichtung injiziert wird. Wenn die Trägerdichte in den Verstärkungsbereich und in den Verlustbereich mit Trägerdichten von n&sbplus; und n&submin; injiziert wird, werden elektrische Ströme mit den Dichten n&sub1;, n&sub2; für den Verstärkungsbereich und n1', n2' für den Absorptionsbereich in die Quantenquellschichten W&sub1; bzw. W&sub2; injiziert. Nimmt man hier wieder an, daß die Änderungen in Γ&sub1;, und Γ&sub2; und α bei der Wellenlänge klein sind,
Gi = (LI/L){Γl g&sub1;(n&sub1;, λi) + Γ&sub2; g&sub2;(n&sub2;, λi)} + (LII/L) {Γl g&sub1;'(n&sub1;', λi) + Γ&sub2; g&sub2;'(n&sub2;', λi)} - α &submin; (1/2 L) ln (1/Rf Rb).
Bei λi = λ&sub2;, g&sub1; (n1', λ&sub2;) < 0 und g2' (n2', λ&sub2;) - 0 und folglich gI < 0 wenn g&sub1; (n&sub1;, λ&sub2;) und g&sub2; (n&sub2;, λ&sub2;) können nicht sehr groß ausfallen.
Andererseits ist λi = λ&sub1;, gi' (n1', λ&sub1;) > 0 und g2' (n2', λ&sub1;) = 0 und folglich g&sub1; (n&sub1;, λ&sub1;) und g&sub2; (n&sub2;, λ&sub1;) können ausreichend groß gemacht werden um G&sub1; zu genügen.
Die Quellschicht W&sub1;, die auf diese Weise einen schmalen Bandabstand mit großem Verlust bei kurzwelligem Licht λ&sub2; aus im Verlustbereich während einer nicht einheitlichen Injektion aus und folglich finden ohne weiteres Schwingungen des langwelligen Lichtes statt.
Im Vorstehenden sind die beiden Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; extensiv beschrieben worden, aber wie aus Fig. 7 aus der Änderung des Gradienten der Verstärkungskurve zwischen λ&sub1; und λ&sub2; bezüglich der Wellenlänge ersichtlich, wenn der Betrag der injizierten Träger verändert wird, sind Schwingungen bei Wellenlängen zwischen λ&sub1; und λ&sub2; möglich, bei denen die Gesamtverstärkung im Resonator am größten wird. Die Wellenlänge, die man in der Schwellwertbedingung durch ein Experiment erhält, ist in Fig. 9 dargestellt. Wenn während der einheitlichen Injektion einerseits ein elektrischer Strom If = 50 mA und andrerseits ein elektrischer Strom von Ib = 23 mA in den Frontbereich (Lf = 172 µm) injiziert wird bzw. den vorderen Bereich (Lb = 78 µm), wird der Schwellwert erreicht, und die Schwingungen fanden bei der kürzesten Wellenlänge von 815,7 nm statt.
Waren die elektrischen Ströme nicht einheitlich injiziert, d.h., wenn ein elektrischer Strom von If = 30 mA und ein elektrischer Strom von Ib = 130 mA hinten in den Verstärkungsbereich injiziert wurden, fanden Schwingungen bei λ = 834,7 nm bei Schwellwertbedingung statt. Wenn andererseits ein elektrischer Strom von If = 245 mA in den Frontbereich als Verstärkungsbereich injiziert wurden und ein elektrischer Strom von Ib = 3,5 mA in den hinteren Bereich als Verlustbereich injiziert wurden, fanden Schwingungen bei einer Wellenlänge von 838,9 nm statt. Auch wenn in den vorderen Bereich injizierter elektrischer Strom verschiedentlich geändert wurde, wie in Fig. 9 dargestellt, wurde die kürzeste Wellenlänge während einheitlicher Injektion erzeugt, und die Wellenlänge wurde beim Anwachsen in nicht einheitlicher und kontinuierlicher Änderung zwischen den Wellenlängen bezüglich Eg von den zwei Quellschichten W&sub1; und W&sub2; länger. Dies liegt, wie zuvor beschrieben, daran, daß die Wellenlänge, bei der die Gesamtverstärkung im Resonator selektiv wegen der Differenz bei der Verstärkerkurve gegenüber der Wellenlänge zwischen dem Verlustbereich und dem Verstärkungsbereich schwingt.
Fig. 10 zeigt die Beziehung zwischen elektrischen Strom If der in den vorderen Bereich injiziert wird, und dem elektrischen Strom Ib, der in den hinteren Bereich bei Schwingungs - Schwellwertbedingungen des Halbleiter-Laserelements des vorliegenden Beispiels.
Aus Fig. 10 ist ersichtlich, daß bei zwei vorhandenen Bereichen, von denen einer ein Verlustbereich ist, der andere Bereich dann aus einem Verstärkungsbereich besteht. Betrachtet man Fig. 10 in Verbindung mit Fig. 9, dann ist ersichtlich, daß egal welcher Bereich der Verlustbereich ist, es möglich ist, die Wellenlänge zu ändern. Indem man die Länge des Resonators auf eine gewisse Länge oder etwas kürzer bringt, so daß ein kurzwelliges Licht, das einem größeren Bandabstand der Quantenquellschichten zugeordnet ist, während einheitlicher Injektion erzeugt werden kann, selbst wenn nicht-einheitliche Injektion bewirkt wird, kann die Schwingungswellenlänge länger gemacht werden, ohne daß der Stromwert stark zu ändern ist, und es kann ein gutes veränderbarer Wellenlängen-Halbleiter- Laserelement realisiert werden.
Im oben beschriebenen Versuch wurde die Wellenlänge länger, während kontinuierlichen Vorweisens der Wellenlängenverschiebung des Fabry-Perot-Modus, während die Nicht-Einheitlichkeit der Injektion des elektrischen Stromes anwächst, und die Wellenlänge konnte von 815,7 nm bis 838,9 nm verändert werden.
Durch Verändern der Einstellung der Quantenquellschichten und der Sperrschicht in der aktiven Schicht, der Länge des Resonators und den Längen des Verstärkungsbereichs und des Verlustbereichs kann des weiteren nur eine besondere Wellenlänge auf der Verstärkungskurve selektiv schwingen, und es ist auch möglich, die Wellenlänge diskontinuierlich zu verändern. Gemäß einer gewissen Bedingung ist es auch möglich, auch zu zwei Wellenlängen überzuwechseln, die zwei Bandabständen zugeordnet sind. Es wird beispielsweise möglich, als ein Verfahren der Verwendung des Halbleiter-Laserelements des vorliegenden Ausführungsbeispiels, elektrische Ströme, die in zwei Bereiche zu injizieren sind, voreinzustellen, und diese überwechseln zu lassen, damit Wellenlängen frei schwingen, die sich in Zeitbedingungen von einem Element unterscheiden.
Im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel war die Beschreibung nur an der Länge L des Resonators orientiert, jedoch kann das Reflexionsvermögen der Endoberflächen Rf und Rb sowie L in die zuvor genannten Gleichungen (1) und (2) einbezogen werden, und die Schwellwertverstärkung kann angehoben werden. Dieses Verfahren ist effektiv als Verfahren selektiven Erzeugens eines kurzwelligen Lichts während einheitlicher Injektion. In diesem Fall kann Rf und Rb leicht verringert werden durch Überziehen der Endoberflächen mit einem dielektrischen Material oder dgl.. Es ist auch für ein großes Ausgangssignal und eine hohe Schwingungseffiziens wünschenswert, daß Rb > Rf; die vorliegende Erfindung ist jedoch effektiv, selbst wenn Rb < Rf.
Der in den Figuren 5A und 5B dargestellt Filmaufbau kann auch auf ein Halbleiter-Laserelement angewandt werden, bei dem, wie in Fig. 1 dargestellt, die aktive Schicht eine SQW-Struktur aufweist. Die Verstärkungskurve eines Elements mit dem in Fig. 6 dargestellten Aufbau nimmt eine wie in Fig. 7 dargestellte Form an, wobei die Verstärkungskurven des Elements der in Fig. 2 dargestellten SQW-Struktur miteinander addiert werden. Die Änderungen in der Verstärkungskurve für die Änderungen in der injizierten Ladungsträgerdichte in diesen Figuren weist jedoch ein im wesentlichen gleiches Verhalten auf.
Auf diese Weise ist es wieder in einem Halbleiter- Laserelement mit einer aktiven Schicht in SWQ-Struktur möglich, die Wellenlänge nach der vorliegenden Erfindung zu verändern. Tatsächlich trifft die Beschreibung auch auf den Fall multipler Quantenquellstruktur mit einer Vielzahl von Quellschichten zu, die in ihrer Zusammensetzung und Quellbreite konstant sind. Auch ist im Falle der Quantenguellstruktur die GRIN-SCH-Schicht bei der Realisation eines niedrigen Schwellwertes effektiv, jedoch ist die vorliegende Erfindung auch bei dessen Abwesenheit anwendbar.
Die Figuren 11A und 11B zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiter-Laserelements, bei dem ein Resonator in drei Bereiche in Richtung der Resonanz aufgeteilt ist. Figur 11A ist eine Querschnittsansicht senkrecht zur Richtung der Resonanz, und Fig. 11B ist eine Querschnittsansicht parallel zur Resonanzrichtung. Der Filmaufbau dieses Ausführungsbeispiels ist dem in den Figuren 5A und 5B dargestellten vollständig ähnlich. Der Aufbau der aktiven Schicht 4 ist ebenfalls dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel gleich. Demzufolge brauchen in den Figuren 11A und 11B Teile, die denen in den Figuren 5A und 5B gleich sind, und identische Bezugszeichen trgen, nicht detailliert beschrieben zu werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Resonator in drei Bereiche aufgeteilt, d.h., in einen Verlustteil [II], in einen Verstärkungsteil [I] und in einen Regelbereich [III] in Richtung der Resonanz. Die Elektroden 7&sub3;, 7&sub4; und 7&sub5; sind auf den oberen Oberflächen dieser Bereiche [II], [I] bzw. [III] vorgesehen. Die Bezugszeichen 12, 13 und 14 bedeuten veränderbare Spannungsquellen zur Lieferung elektrischer Ströme an die Elektroden 7&sub3;, 7&sub4; bzw. 7&sub5;. Die volle Resonatorlänge beträgt 260 µm, die Länge der Elektrode 73 beträgt 60 µm, die Länge der Elektrode 74 ist 60 µm, die Länge der Elektrode 7&sub5; ist 120 µm, und der Abstand zwischen angrenzenden Elektroden beträgt 10 µm.
Wenn die Beziehung zwischen der Länge des Resonators und der Schwingungswellenlänge im vorliegenden Beispiel untersucht wird, dann erhält man das in Fig. 8 dargestellt Ergebnis, welches das gleiche ist wie jenes des im vorher beschriebenen Ausführungsbeispiels. Daß heißt, da die Länge des Resonators kürzer wird, wird auch die Schwingungswellenlänge kürzer, mit L 300 µm und L 150 µm, und es findet die Verschiebung der Wellenlänge zu diskontinuierlichen kurzen Wellen statt. Auf diese Weise war es möglich, den Endoberflächenverlust im Laserelement ansteigen zu lassen und die Schwellwertverstärkung damit zur Erzielung kürzerer Wellenlängen zu erhöhen.
Im Halbleiter-Laserelement des vorliegenden Ausführungsbeispiels wurde die Länge des Resonators auf 260 µm gebracht, wobei ein elektrischer Strom einheitlich in Resonanzrichtung injiziert wurde; die Schwingungen fanden bei einer Wellenlänge von 815,7 nm durch einen leicht oberhalb des Schwellwert befindlichen Stromes statt. Die Wellenlänge entspricht dem Grundniveau der AlGaAs Quellschicht W&sub2;. Die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung des Halbleiterlasers ist, wie im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, in Fig. 7 dargestellt. In der Figur ist die injizierte Trägerdichte dargestellt, und sie ist n&sub0; während einheitlicher Injektion. Zu dieser Zeit hat die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung einen Maximalwert bei λ&sub1; und λ&sub2;, aber da die Spitze der Verstärkung bei λ&sub2; höher liegt, wird ein kurzwelliges Licht λ&sub2; erzeugt.
Die Beschreibung wendet sich nun dem Verhalten der Schwingungen zu, wenn ein elektrischer Strom in einheitlicher Weise in dieses Halbleiter-Laserelement injiziert wird.
Im Verlustbereich [II] ist die Trägerdichte n und ist geringer als n&sub0;. Hinsichtlich der Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung zu dieser Zeit, wie in Fig. 7 dargestellt, fällt die Verstärkung mit der Wellenlänge λ&sub2; bemerkenswert ab, verglichen mit der einheitlichen Injektion, und wird beachtlich kleiner als die Verstärkung bei λ&sub2;.
Im Verstärkungsbereich [I] wird eine injizierte Ladungsträgerdichte n&sbplus; notwendiger Weise größer als jene während einheitlicher Injektion, um eine Verstärkung zu erhalten, die ausreicht, um den Abfall der Verstärkung im Verlustbereich auszugleichen. In Hinsicht auf die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkung zu dieser Zeit, wie durch n+ in Fig. 7 bedeutet, wird die Verstärkung zur kurzwelligen Seite hin noch größer als n&sub0;. Jedoch wird die Gesamtverstärkung im Resonator bei λ&sub2; kleiner als bei λ&sub1;, und letztlich werden die Verstärkungen der Bereiche [I] und [II], die Wellenlängen-Steuerabschnitte sind, bei λ&sub1; am größten.
Wenn der Zustand, bei dem die Wellenlänge, bei der die Schwingungen durch die in die Bereiche [I] und [II] injizierten Ströme auf diese Weise stattfinden, wird ein elektrischer Strom etwas kleinerer Dichte dann in die Ladungsträgerdichte n&sub0; während einheitlicher Injektion in den Regulierbereich [III] injiziert, und die Verstärkungen bei den Wellenlängen λ&sub1; und λ&sub2; werden auf einen gleichen Grad gesetzt, wobei durch in die Bereiche [I] und [II] injizierte Ströme eine ausgewählte Wellenlänge schwingen kann.
Die Steuerung des Lichtausgangssignals wird im übrigen genauer, wenn eine Feinjustierung der in die Bereiche [I] und [II] injizierten Ströme erwirkt wird, anstelle der Steuerung von lediglich des in den Bereich [III] injizierten Stroms. Dies liegt daran, daß ein Anwachsen der Verstärkung im Bereich [III] erfolgt, der, wie im Bereich [I], ein Anwachsen der Verstärkung auf Seite der kurzen Wellen bewirkt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gibt es drei Abschnitte, in die elektrische Ströme injiziert werden, und folglich gibt es einen Freiheitsgrad, der leicht den Erfordernissen gerecht wird, sowohl die Wellenlängensteuerung als auch die Lichtausgangssteuerung zu erfüllen. Während der einheitlichen Injektion bei diesem Experiment wird ein elektrischer Strom von III = 16 mA in den Bereich [II] injiziert, und der in den Bereich [III] injizierte Strom IIII = 34 mA wurde der Schwellwertstrom, und Schwingungen fanden statt bei 815,7 nm, und wenn die injizierten Ströme einheitlich anstiegen, wuchs auch das ausgegebene Licht an.
Andererseits wurde nicht einheitliche Injektion bewirkt, und Schwingungen fanden statt bei 834,7 nm mit einem elektrischen Strom III = 10 mA, der in den Bereich [II] injiziert wurde, der in den Bereich [I] injizierte elektrische Strom II = 100 mA und der in den Bereich [III] injizierte elektrische Strom IIII = 30 mA als Schwellwert, und da IIII angehoben war, wuchs auch das Lichtausgangssignal an, während die Wellenlänge im wesentlichen konstant blieb.
Auch wenn sich das Verhältnis zwischen den Dichten der in die Bereiche [I] und [II] injizierten elektrischen Ströme verschiedentlich verändert wurde, bewegte sich die Schwingungswellenlänge zwischen etwa 816 nm und 839 nm.
Auf diese Weise wurde die Schwingungswellenlänge durch die in die Bereiche [I] und [II] injizierten elektrischen Ströme bestimmt, und das Lichtausgangssignal konnte durch den in den Bereich [III] injizierten elektrischen Strom gesteuert werden.
Auch durch Verändern der Vorgabe der Quantenquellschichten und der Sperrschicht in der aktiven Schicht, der Länge des Resonators und der Länge des Verstärkungsbereichs und des Verlustbereichs, kann nur eine besondere Wellenlänge auf der Verstärkungskurve selektiv schwingen, und es ist möglich, die Wellenlänge diskontinuierlich zu verändern. Es ist ebenfalls gemäß einer gewissen Bedingung möglich, auf zwei Wellenlängen überzuwechseln entsprechend der Bandabstände.
Wieder zurück zum vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem die Endoberflächen des Resonators mit einer Reflexionsverhinderungsschicht überzogen sein können, die einen dielektrischen Materialfilm enthält, und der Endoberflächenverlust des Resonators kann geregelt werden.
Als Verfahren der Verwendung des Halbleiter-Laserelements im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Anwendungsverfahren vorstellbar, bei dem das Lichtausgangssignal bei einer gewissen Schwingungswellenlänge variiert wird, sowie ein Anwendungsverfahren, bei dem die Schwingungswellenlänge bei einem gewissen Lichtausgangssignal variiert wird. In diesem Fall ist die gleichzeitige Steuerung der Wellenlänge und des Lichtausgangssignals leicht, weil es dort drei verschiedene Bereiche gibt.
In dem Halbleiter-Laserelement mit der aktiven Schicht in SQW-Struktur, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, kann der Resonator auch in drei Bereiche aufgeteilt werden, wie in Fig. 11B dargestellt. Die Schwingungsbedingungen für einen solchen Fall werden nachstehend beschrieben.
Die Verstärkung g eines jeden Bereichs ist eine Funktion der injizierten Ladungsträgerdichte n und der Wellenlänge X und kann folglich ausgedrückt werden als g(nI, λi). Die Längen der betreffenden Bereiche LI, LII und LIII und die Gesamtlänge des Resonators ist L LI + LII + LIII.
Zu dieser Zeit sind die Schwingungsbedingungen bei einer bestimmten Wellenlänge λi ein Zustand, in dem Gi = 0 in:
Gi = Γ[(LI/L) g(nI, λi) + (LII/L) (nII, λi)} + (LIII/L) g(nIII, λi)] - α - (1/2 L) ln (1/Rf Rb).
wobei F den Lichtbegrenzungskoeffizienten in SQW bedeutet, a repräsentiert den internen Verlust im Resonator, und Rf und Rb repräsentieren die Reflexionsfaktoren der Endoberfläche der vorderen bzw. der hinteren Oberfläche.
Die Beschreibung wendet sich nun einem Fall zu, bei dem ein elektrischer Strom einheitlich in Resonanzrichtung injiziert wird. Es wird angenommen, daß ein Licht von λ&sub2; erzeugt wird aus nI = nII = nIII = n&sub0;, wobei die Gleichung (3) zu
G&sub2; = Γg(n&sub0;, λ&sub4;) - α - (1/2L ln(1/RfRb)
wird. Dies ist die Gleichung eines gewöhnlichen Halbleiterlasers, und Schwingungen finden statt, wenn die Verstärkung gleich der Summe des internen Verlustes α und des Endoberflächenverlustes (1/2L) ln(1/Rf Rb) ist.
Damit die Wellenlänge λ&sub2;, die während dieser einheitlichen Injektion schwingt, eine kurze Wellenlänge entsprechend eines höheren Bandabstandes Eg&sub2;, wenn die Wellenlänge, die einem niedrigeren Bandabstand zu Eg&sub1; zugeordnet ist λ&sub1; beträgt, ist es erforderlich, daß in Fig. 2
g (n&sub0;, λ&sub1;) < g (n&sub0;, λ&sub2;)
Auch wenn n kleiner n0, ist es erforderlich, daß
G1 = Γ g(n&submin;, λ&sub1;) - α - (1/2L) ln (1/Rf Rb) < 0.
Um diesen Bedingungen gerecht zu werden, muß man sich folgendermaßen einrichten:
α + (1/2L) ln (1/Rf Rb) > g(n, λ&sub1;) = g(n, λ&sub2;)
Für das vorliegende Beispiel heißt das, eine kurze Wellenlänge, die Eg&sub2; zugeordnet ist, kann dadurch erzeugt werden, daß der Endoberflächenverlust groß gemacht wird. Um den Endoberflächenverlust groß zu machen, kann die Länge L des Resonators kurz sein oder das Reflexionsvermögen Rf und Rb der Endoberfläche kann klein gemacht werden, wie zuvor beschrieben. Folglich kann, wieder im vorliegenden Ausführungsbeispiel, die Beziehung zwischen Resonatorlänge und Schwingungswellenlänge und die Beziehung zwischen Reflexionsvermögen Rf, Rb der Endoberfläche und die Schwingungswellenlänge dargestellt werden, wie es die Figuren 3 und 4 zeigen.
Nimmt man an, daß die Verstärkungskurven im vorliegenden Ausführungsbeispiel jene in Fig. 2 dargestellte sind, wenn nI n&submin; und nII n&sbplus;,
im Bereich [I], g(nI, λ&sub2;) « g (nI, λ&sub1;) und
im Bereich [II] , g (nII, λ&sub2;) > g (nII, λ&sub1;).
Dabei wird der Resonatorverlust so bestimmt, daß Schwingungen stattfinden, wenn im Bereich [III] g (nIII, λ&sub2;) - g (nIII, λ&sub1;), G2 < G1 = 0, und Schwingungen finden statt bei einer Wellenlänge von λ&sub1;. Auf diese Weise wird die Verstärkung in dem Verlustbereich auf λ&sub2; gesetzt, auffällig kleiner als λ&sub1; mit dem Ergebnis, daß G1 bei λ&sub1; groß wird. Auf diese Weise wird die Schwingungswellenlänge durch Anwendung der elektrischen Ströme bestimmt, die in die Bereiche [I] und [II] injiziert wurden, während ein Vorspannstrom flach gebildet wird, so daß in dem Bereich [III] die Verstärkung λ&sub1; und λ&sub2;, oder bei einer Wellenlänge dazwischen, nicht mehr stark von der Wellenlänge abhängen, wodurch ein Licht einer Wellenlänge, bei der die Verstärkung am größten ist, in den Bereichen [II], [II] ausgewählt werden kann und im Bereich [III] das Licht verstärkt werden kann, um dadurch das Lichtausgangssignal zu steuern. Wenn in diesem Falle die Länge des Bereichs [III] mit den Längen der Bereiche [I] und [II] groß ist, kann die Verstärkung hoch gemacht werden, in dem eine kleine Differenz in dem injizierten elektrischen Strom vorgesehen wird, ohne die Wellenlängenabhängigkeit der Verstärkungsverteilung stark zu ändern, und folglich ist die Steuerung des Lichtausgangssignals einfach.
Das heißt, daß es durch Anwendung des Laserelements im vorigen Ausführungsbeispiel möglich geworden ist, den Steuerabschnitt für die Schwingungswellenlänge und den Steuerabschnitt für das Lichtausgangssignal in Resonanzrichtung voneinander zu trennen. Die Strukturalparameter für die Steuerung des Lichtausgangssignals und der Wellenlänge sind angewachsen, und es ist einfach geworden, die Schwingungswellenlänge zu verändern, wobei das Lichtausgangssignal konstant gehalten wird, oder das Lichtausgangssignal zu ändern, während die Schwingungsfrequenz beibehalten wird.
Ein weiterer Vorteil des Laserelements nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht darin, daß es nicht erforderlich ist, daß wie im Stand der Technik die Verstärkung in den Wellenlängen-Steuerbereichen ([I]) und ([II]) erhöht werden muß, bis Gleichheit mit der Schwingungsschwellwert-Verstärkung erreicht ist, und folglich die Differenz zwischen den elektrischen Strömen, die in die Bereiche [I] und [II] injiziert werden, klein sein können.
Wenn die Lasereinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels auch mit hoher Geschwindigkeit moduliert werden soll, dann können die Bereiche [I] und [II] des Wellenlängen-Steuerabschnitts mit einem konstanten elektrischen Strom vorgespannt werden, so daß eine gewünschte Wellenlänge erzeugt werden kann, und der Bereich [III] der der Lichtausgangssignal-Steuerabschnitt ist, kann moduliert werden Indem man so verfährt, ist es möglich, das Aufkommen von Rauschen einer sporadischen Wellenlängenveränderung zu unterdrücken, die auftritt, wenn die Bereiche [I] und [II] moduliert werden.
Nun wird ein Ausführungsbeispiel der Längeneinstellung des Resonators vorgestellt, welches ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist.
Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem es in Resonanzrichtung Bereiche [IV] und [V] gibt, in welche elektrische Ströme injiziert werden und unter denen es einen Wellenleiterverlustbereich [VI] dazwischen gibt.
Die Längen der betreffenden Bereiche sind LIV, LV und LVI, und die Gesamtlänge L des Resonators ist L = LIV + LV + LVI Wenn LVI in der Größenordnung mehrerer µm liegt, ist LVI vernachlässigbar klein, wenn die Ausdehnung der Ladungsträger im inneren berücksichtigt wird, und folglich kann das zuvor gezeigte Ausführungsbeispiel dieses Ausführungsbeispiel erläutern. Wenn jedoch LVI größer als etwa 10 µm ist, arbeitet der Bereich [VI] als Absorptionsbereich für Licht, mit dem Ergebnis, daß der Gesamtverlust im Resonator anwächst und dadurch die Schwingungs-Schwellwertverstärkung. Dieses Ausführungsbeispiel wird als ein Element herausgegriffen, indem ein Verlustbereich im Vorhinein innerhalb des Resonators vorgesehen ist. Das heißt, in diesem Fall ist die Gesamtlänge des Resonators größer als die Länge des Resonators, der mit einer kurzen Wellenlänge schwingt, gemäß einem hohen Bandabstand während einheitlicher Injektion; und ebenso wird ein kurzwelliges Licht erzeugt, wenn man Träger in die Bereiche [IV] und [V] mit gleicher Stromstärke injiziert. Wenn Ladungsträger in die Bereiche [IV] und [V] mit verschiedenen Stromdichten injiziert werden, wird ein langwelliges Licht erzeugt.
Ein solcher Absorptionsbereich kann irgendwo in Resonanzrichtung existieren, und wenn er nahe am Oberflächenende ist, schafft er eine Fensterstruktur und wird für höhere Ausgangssignale geeignet.
Fig. 13 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, bei dem drei Elektroden separat in Resonanzrichtung gebildet worden sind. Jedoch sind die Elektroden auf der vorwärts endenden Oberflächenseite und der rückwärtig endenden Oberflächenseite kurzgeschlossen, und die Injektion ist mit gleichen Ladungsträgerdichten möglich. Folglich kann diese Elektrode angesehen werden, als habe sie zwei Bereiche, d.h., Bereich [VII] und Bereich [IX] + [VIII].
Wenn während nicht-einheitlicher Injektion die Bereiche [VII] und [IX] als Verlustbereiche verwendet werden, und der Bereich [VIII] als Verstärkungsbereich verwendet wird, kann die Wellenlänge ohne starkes Anwachsen der Lichtdichte auf den Endoberflächen verändert werden, und folglich wird es möglich, das Ausgangssignal zu erhöhen.
Daneben sind verschiedene Elektrodenkonstruktionen zur Injektion des elektrischen Stromes in einheitlicher oder nicht- einheitlicher Weise in Richtung der Resonanz denkbar, jedoch gilt grundsätzlich, daß bei Anwachsen des Grades der Nichtgleichheit die Schwingungswellenlänge länger wird.
Als ein noch weiteres Ausführungsb eispiel der vorliegenden Erfindung wird die Energiebanddarstellung eines Übertragungsbandes von drei unterschiedlich aufgebauten Quantenquellschichten in Fig. 14 dargestellt.
Den jeweiligen Quellen zugeordnete Bandabstände sind Eg&sub1;, Eg&sub2; und Eg&sub3; und Eg&sub1; < Eg&sub2; < Eg&sub3;.
Wenn die vorliegende Erfindung angewandt wird und der Endoberflächenverlust (1/2L) ln(1/Rf Rb) im Resonator anwächst durch Kleinhalten der Länge L des Resonators oder durch Kleinhalten der Reflexionsfaktoren Rf und Rb er Endoberflächen, wird eine zu Eg&sub3; gehörige Wellenlänge bei einheitlicher Injektion erzeugt. Wenn ein nichteinheitlicher Strom in den Laser injiziert wird, wird die Wellenlänge immer länger ausgehend von einer Wellenlänge, die Eg&sub3; zugeordnet ist, bis zu einer Wellenlänge, die Eg&sub2; zugeordnet ist, und des weiteren zu einer Wellenlänge, die Eg&sub1; zugeordnet ist, und die variable Breite der Wellenlänge kann groß gemacht werden, verglichen mit dem Fall zweier Quellschichten.
Fig. 15 ist eine Energiebanddarstellung eines Übertragungsbandes, wenn die aktive Schicht zwei verschiedene Quantenquellschichten enthält, und jedes Hochgradniveau ist präsent.
Wenn der Bandabstand vom n = 1-Niveau und der Bandabstand vom n = 2-Niveau einer Quantenquellschicht Eg&sub1;&sub1; bzw. Eg&sub1;&sub2; ist, und wenn der Bandabstand vom n = 1-Niveau und der Bandabstand vom n = 2-Niveau der anderen Quantenquellschicht Eg&sub2;&sub1; bzw. Eg&sub2;&sub2; ist, dann gilt in diesem Ausführungsbeispiel Eg&sub1;&sub1; < Eg&sub2;&sub1; < Eg&sub1;&sub2; < Eg&sub2;&sub2;.
In einem solchen Fall ist wieder die vorliegende Erfindung effektiv, und durch geeignetes Einstellen des Endoberflächenverlustes (1/2L) ln(1/Rf Rb) und durch Injizieren eines elektrischen Stromes in gleichförmiger und nichtgleichförmiger Weise in Resonanzrichtung wird die Wellenlängen-Veränderung zwischen den Wellenlängen, die den angrenzenden Bandabständen zugeordnet ist, zum Beispiel Eg&sub2;&sub1; - Eg&sub1;&sub2; möglich.
Wenn hier der Endoberflächenverlust groß gemacht wird, so daß Eg&sub2;&sub2; bei einheitlicher Injektion schwingungsfähig ist, wird sich die Schwingungswellenlänge zur Wellenlänge hin ändern, die Eg&sub2;&sub2; - Eg&sub1;&sub2; - Eg&sub2;&sub1; - Egll zugeordnet sind ändern, da die nicht Einheitlichkeit angestiegen ist.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der steghohlleiterartige Aufbau als die Querschnittsstruktur senkrecht zur Resonanzrichtung des Lasers verwendet, jedoch ist die vorliegende Erfindung auch effektiv sowohl bei verstärkungswellenleiterartiger Struktur, wie streifenartige Struktur der Elektrode und Brechungsindex-Wellenleiterstruktur oder wie die Einbettungsstruktur. Auch kann das Substrat aus n-Typ, n-Typ oder halbisolierend sein, wenn von einer Laserstruktur des Quer- Injektionstyps oder dgl. Gebrauch gemacht wird. Des weiteren ist zuvor ein Halbleiterlaserelement der AlGaAs-Linie im vorigen Ausführungsbeispiel beschrieben worden; jedoch ist die vorliegende Erfindung in einem Laserelement eines beliebigen Materials anwendbar, wie InGaAaP oder AlGaInP.
Des weiteren kann auch das Laserelement der vorliegenden Erfindung als Lichtverstärker mit hohem Wirkungsgrad verwendet werden, der in einem großen Wellenlängenbereich arbeiten kann.
Das heißt, ein elektrischer Strom, der ein bißchen kleiner als der Schwellwertstrom zum Schwingen des Lasers ist, wird in jede Elektrode des Laserelements der vorliegenden Erfindung injiziert, so daß die Verstärkung in einem großen Wellenlängenbereich positiv ist. Ein Licht vorbestimmter Wellenlänge läßt man in das Innere des Elements von außen eintreten und auf dieses koppeln.
Verfahren, das Licht in das Innere des Resonators eintreten zu lassen und es an diesen anzukoppeln, beinhaltet ein Verfahren, Licht durch ein Oberflächenende des Elements eintreten zu lassen, sowie ein Verfahren, ein Licht in eine Querrichtung senkrecht zur Resonanzrichtung, oder von oben, auf das Element wirken zu lassen.
Wenn das Licht einer vorbestimmten Wellenlänge auf diese Weise zum Resonator eingelassen wird, dann kann man ein Licht von derselben Wellenlänge aus dem Oberflächenende desselben austreten lassen.
Das Laserelement der vorliegenden Erfindung kann auch als Lichtwellenlängenumsetzer hoher Effizienz mit der Wellenlängen- Veränderungsfunktion in einem weiten Wellenlängenbereich verwendet werden. Das heißt, ein elektrischer Strom, der etwas kleiner als der Schwellwertstrom ist, bei dem ein Licht einer gewünschten Wellenlänge erzeugt wird, wird im Voraus in jede Elektrode des Laserelements der vorliegenden Erfindung injiziert.
Wenn man ein gewisses Licht in das Innere des Resonators des Elements von außen eintreten läßt und es auf diesen koppelt, kann man ein Licht einer gewünschten Wellenlänge, gesteuert von dem elektrischen Strom, der in das Element injiziert wird, aus dessen Oberflächenende austreten lassen.
In der vorliegenden Erfindung ist der variable Bereich der gewünschten Wellenlänge breit und kann vorgespannt werden durch Steuerung des Grades der Nicht-Einheitlichkeit des injizierten elektrischen Stromes in Resonanzrichtung, und folglich ist es leicht, die Wellenlänge zu verändern.
Wo das Halbleiter-Laserelement der vorliegenden Erfindung als Lichtverstärker verwendet wird oder als ein Lichtwellenlängen-Umsetzer, dort ist es besser, eine nicht- reflektierende Beschichtung auf den Endoberflächen des Laserelements vorzusehen.

Claims

1. Halbleiterlaserelement, dessen selektiv emittiertes Licht sich in seiner zugeordneten gequantelten Energie unterscheidet, mit:

einem Substrat (1);

einem auf dem Substrat (1) vorgesehenen Laserresonator, dessen Endoberflächen sich gegenüberstehen, wobei der Resonator Halbleiterschichten mit einer aktiven Schicht (4) in Quantenquellstruktur enthält, die auf dem Substrat (1) laminiert sind, und mit

einer Vielzahl von nebeneinander in Resonanzrichtung des Resonators angeordneten Elektroden (7, 8), die in nicht abhängiger Weise einen elektrischen Strom in die aktive Schicht (4) injizieren, dadurch gekennzeichnet,

daß der Endoberflächenverlust (1/2L) ln(1/Rf Rb) - mit L als Resonatorlänge und mit Rf bzw. Rb als jeweiliges Reflexionsvermögen der Endoberflächen - des Resonators so eingestellt ist, daß Licht mit höherer zugeordneter gequantelter Energie durch Oszillation erzeugbar ist, wenn elektrische Ströme gleicher Dichte aus der Vielzahl von Elektroden (7, 8) in die aktive Schicht (4) injiziert werden, und daß Licht mit geringerer zugeordneter gequantelter Energie durch Oszillation erzeugbar ist, wenn elektrische Ströme unterschiedlicher Dichte aus der Vielzahl von Elektroden (7, 8) in die aktive Schicht (4) injiziert werden.

2. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Reflexionsverhinderungsschicht auf wenigstens einer Endoberfläche des Resonators.

3. Halbleiterlaserelement, dessen selektiv emittiertes Licht sich in seiner zugeordneten gequantelten Energie unterscheidet, mit:

einem Substrat (1);

einer Vielzahl von nebeneinander in Resonanzrichtung des Resonators angeordneten Elektroden (7, 8), die in nicht abhängiger Weise einen elektrischen Strom in die aktive Schicht (4) injizieren, gekennzeichnet durch

eine Reflexionsverhinderungsschicht auf wenigstens einer Endoberfläche des Resonators, wobei die Reflexionsverhinderungsschicht das jeweilige Reflexionsvermögen (Rf, Rb) der Endoberflächen verringert, so daß Licht mit höherer zugeordneter gequantelter Energie durch Oszillation erzeugbar ist, wenn elektrische Ströme gleicher Dichte aus der Vielzahl von Elektroden (7, 8) in die aktive Schicht (4) injiziert werden, und daß Licht mit geringerer zugeordneter gequantelter Energie durch Oszillation erzeugbar ist, wenn elektrische Ströme unterschiedlicher Dichte aus der Vielzahl von Elektroden (7, 8) in die aktive Schicht (4) injiziert werden.

4. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1 oder 3, gekemizeichnet durch

eine Leistungsquelle (10, 11), die einen elektrischen Strom an die Vielzahl von Elektroden (7, 8) liefert.

5. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die aktive Schicht (4) eine einzige Quantenquellschicht (SQW) mit einer Vielzahl von Energieniveaus (Eg1, Eg2) enthält.

6. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die aktive Schicht (4) weiterhin über separate Einschlußbarrieren-Strukturschichten (G&sub1;, G&sub2;) verfügt, die die Quantenquellschicht (SQW) sandwichartig umschließen.

7. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß die aktive Schicht (4) eine Vielzahl von Quantenquellschichten (W&sub1;, W&sub2;) und eine zwischen den Quantenquellschichten (W&sub1;, W&sub2;) befindliche Sperrschicht (B) aufweist.

8. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß sich die Quantenquellschichten (W&sub1;, W&sub2;) in ihrer Zusammensetzung und in ihrer Stärke unterscheiden.

9. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die aktive Schicht (4) weiterhin über separate Einschlußbarrieren-Strukturschichten (G&sub1;, G&sub2;) verfügt, die die Quantenquellschichten (W&sub1;, W&sub2;) und die Sperrschicht (B) sandwichartig umschließen.

10. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Resonator einen sich in Resonanzrichtung erstrckenden Gratabschnitt aufweist.

11. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß das Substrat (1) und die Halbleiterschichten aus GaAs oder AlGaAs bestehen.

12. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Resonator in Resonanzrichtung in einen Verstärkungsbereich (I), einen Dämpfungsbereich (II) und in einen Regelbereich (III) aufgeteilt ist, und daß die Vielzahl von Elektroden (7, 8) bereitgestellt sind als

erste, zweite und dritte Elektroden (7&sub3;, 7&sub4;, 7&sub5;, 8) entsprechend dem Verstärkungsbereich (I), dem Dämpfungsbereich (II) bzw. dem Regelbereich (III), wobei die Elektroden (7&sub3;, 7&sub4;, 7&sub5;, 8) einen elektrischen Strom in unabhängiger Weise in die aktive Schicht (4) injizieren

13. Halbleiterlaserelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Länge (LIII) der dritten Elektrode (7&sub5;) die Längen (LI, LII) der ersten und der zweiten Elektrode (7&sub3;, 7&sub4;) in Resonanzrichtung übersteigt.