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DE69104429T2 - Optisches Halbleiterbauelement. - Google Patents

Optisches Halbleiterbauelement.

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DE69104429T2
DE69104429T2 DE69104429T DE69104429T DE69104429T2 DE 69104429 T2 DE69104429 T2 DE 69104429T2 DE 69104429 T DE69104429 T DE 69104429T DE 69104429 T DE69104429 T DE 69104429T DE 69104429 T2 DE69104429 T2 DE 69104429T2
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region
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DE69104429T
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Hermann A Haus
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KDDI Corp
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Kokusai Denshin Denwa KK
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung bezieht sich auf optische Halbleiterbauelemente und ihre Anwendung auf Laser-Dioden, die mit einer optischen Gesamtverstärkung oder einem Gesamtbrechungsindex arbeiten, die bzw. der weitgehend konstant gehalten wird, selbst wenn der andere Parameter geändert wird.
  • Änderungen der injizierten Trägerdichte, der optische Verstärkung und des Brechungsindex sind in einem Halbleitermedium voneinander abhängig. Dies hat bei einer Hochgeschwindigkeitsmodulation oder einer unerwünschten Amplitudenmodulation ein Piepsen zur Folge, selbst wenn eine reine Frequenzmodulation durch Änderung der Injektionsströme in herkömmlichen Halbleiter-Laserdioden gewünscht wird. Diese Phänomene verschlechtern das Übertragungsverhalten in Lichtleitfaser-Kommunikationssystemen, die die Verstärker-Spannweite infolge Streuung oder Rauschens begrenzen. Um diese Probleme zu vermeiden und ideale AM-(Amplitudenmodulations-)- oder FM- (Frequenzmodulations-)-Laser zu realisieren, werden gewöhnlich externe Modulatoren verwendet. Diese Verfahren haben jedoch Nachteile, z.B. einen ziemlich komplizierten Bauelemente-Aufbau, große Abmessungen und Einschränkungen hinsichtlich des erreichbaren Modulations-Index von FM-Lasern.
  • Bezüglich eines in der Wellenlänge abstimmbaren Filters, bei dem ein Wellungsgitter längs einer aktiven Schicht ausgebildet ist und die Braggsche Wellenlänge durch Änderung des Brechungsindex, der mit der Trägerinjektion in der aktiven Schicht zusammenhängt, geändert wird, wird diese Trägeränderung auch von einer Verstärkungsänderung begleitet, was zu Änderungen der Übertragungs- und Reflexionseffizienz bei der Braggschen Wellenlänge führt. Dieser Aufbau erfordert einen Verstärkungs-Einstellbereich, um die Einfügungsverluste konstant zu halten.
  • In der Zeitschrift "Applied Physics Letters", Band 55, Nr. 18, 30.10.89, Seiten 1826-1818 sind eine Theorie und Messungen der FM-Antwort in DFB-Lasern mit zwei aktiven Segmenten beschrieben. Die FM-Antwort ist bei Lasern, die in rot- und blauverschobenen statischen Abstimmregimen arbeiten, verschieden.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der nachstehend beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige Probleme zu vermeiden und Halbleiter-Laserdioden anzugeben, die bei einer Modulation mit nahezu konstanter optischer Verstärkung oder nahezu konstantem Brechungsindex arbeiten.
  • Die im Anspruch 1 definierte Erfindung umfaßt einen ersten und einen zweiten Halbleiter-Bereich, in dem die Vorzeichen des Verhältnisses der Brechungsindexänderung zur Verstärkungsänderung bei einer Injektionsträgerdichteänderung (nachstehend als "α-Parameter" bezeichnet) entgegengesetzt sind. Die Einstellung der in diese Bereiche injizierten Ströme kann einen konstanten Brechungsindex auch dann ergeben, wenn die optische Verstärkung geändert wird, und umgekehrt. Nachstehend wird dieses optische Halbleiterbauelement als "OSAP-Element" (opposite sign α parameter element), d.h. als Element, dessen α-Parameter entgegengesetztes Vorzeichen aufweist, bezeichnet. Das OSAP-Element kann in drei verschiedenen Betriebsarten (Moden) arbeiten: Der Brechungsindexänderungsbetriebsart mit asymmetrischem Vorzeichen (Betriebsart +- oder -+), der Brechungsindexänderungsbetriebsart mit positivem symmetrischem Vorzeichen (Betriebsart ++) und der Brechungsindexänderungsbetriebsart mit negativem symmetrischem Vorzeichen (Betriebsart --).
  • Fig. 1 stellt für den Fall der Betriebsart +- die Spektren der Verstärkung, der Verstärkungsänderung, der Brechungsindexänderung und des α-Parameters der Halbleiterbereiche I und II dar, deren jeweilige Bandabstands-Energien Eg&sub1; und Eg&sub2; (> EG&sub1;) optimal gewählt sind. Hier ist der Fall zunehmender Injektionsträgerdichten in beiden Bereichen angenommen. Bezeichnet man die Zunahmen mit ΔN&sub1; und ΔN&sub2; (> 0), dann können sich die optischen Verstärkungen g von den gestrichelten Linien zu den durchgezogenen Linien ändern, wie es in Fig. 1(a) dargestellt ist. Das Verstärkungsänderungsspektrum ist in Fig. 1(b) dargestellt. Die Brechungsindexänderung hängt mit der Verstärkungsänderung nach der Kramers- Kronig-Beziehung zusammen, und ihr Spektrum ist in Fig. 1(c) dargestellt. Fig. 1(d) stellt das Verhältnis der Brechungsindexänderung Δn zur Verstärkungsänderung Δg infolge einer Trägerdichteänderung ΔN, d.h. den α-Parameter α=(Δn/ΔN)/(Δg/ΔN) dar. Diese Spektren zeigen, daß es möglich ist, durch eine optimale Wahl der Photonenenergie E&sub0; die Brechungsindexänderungen der beiden Bereiche I und II in der Größe gleich und hinsichtlich des Vorzeichens entgegengesetzt zu machen, d.h. Δn&sub1;= -Δn&sub2;. Um diesen Zustand zu erreichen, muß die Photonenenergie E&sub0; in dem mit A bezeichneten Bereich liegen, in dem die Vorzeichen der α-parameter der beiden Bereiche entgegengesetzt sind. Selbst wenn die Absolutwerte der α-Parameter nicht gleich sind, kann durch eine entsprechende Einstellung der Dichten der injizierten Träger der obige Zustand, d.h. Δn&sub1;=Δn&sub2;, realisiert werden. Bei der in Fig. 1 dargestellten Betriebsart +- bewirkt eine Zunahme der Trägerdichte in beiden Bereichen, ΔN&sub1;> 0 und ΔN&sub2;> 0, den Zustand Δn&sub1; Δn&sub2;> 0. In ähnlicher Weise bewirkt eine Zunahme der Trägerdichte in beiden Bereichen entgegengesetzte Vorzeichen von Brechungsindexänderungen, so daß Δn&sub2; Δn&sub1;> 0, bei der es sich um die Betriebsart -+ handelt.
  • Fig. 2 zeigt die Spektren für die Betriebsart ++ bei einer Zunahme der Trägerdichte im Bereich I und einer Abnahme der Trägerdichte im Bereich II, &Delta;N&sub1;> 0, &Delta;N&sub2;< 0. Dieser Fall führt zu einer Zunahme der Brechungsindizes in beiden Bereichen. Eine geeignete Auswahl der Photonenenergie und Einstellung der Trägerdichteänderung kann &Delta;n&sub1;=&Delta;n&sub2;> 0 machen.
  • Die Spektren für die Betriebsart --, bei der eine Abnahme der Trägerdichte im Bereich I und eine Zunahme der Trägerdichte im Bereich II auftritt, &Delta;N&sub1;< 0, &Delta;N&sub2;> 0, sind in Fig. 3 dargestellt. Im Gegensatz zu dem in Fig. 2 dargestellten Fall nehmen die Brechungsindizes in beiden Bereichen ab, während durch geeignete Wahl der Photonenenergie und Einstellung der Trägerdichte auch &Delta;n&sub1;=&Delta;n&sub2;< 0 verwirklicht werden kann.
  • Wenn das OSAP-Element bei Laser-Dioden angewandt wird, können die Betriebsarten +- und -+ einen AM-Laser und die Betriebsarten ++ und -- einen FM-Laser realisieren. Es ist auch bei anderen optischen Bauelementen anwendbar, z.B. einem in der Wellenlänge abstimmbaren Filter oder Reflektor, zusammen mit einem Wellungs- (oder Riffelungs-) und einem optischen Wellenleiter und einem Phasenmodulator.
    • KURZBESCHREIEUNG DER ZEICHUUNGEN
  • Die vorstehenden und anderen Ziele, Merkmale und anstrebten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, in denen
  • Fig. 1 bis 3 Spektren der Verstärkung, des Brechungsindex, des &alpha;-Parameters usw. des ersten und zweiten Halbleiterbereiches für verschiedene Betriebsarten nach der Erfindung darstellen,
  • Fig. 4 eine Querschnittsansicht des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt,
  • Fig. 5 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt,
  • Fig. 6 eine Querschnittsansicht des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt,
  • Fig. 7 eine Querschnittsansicht des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt,
  • Fig. 8 Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellen,
  • Fig. 9 eine Querschnittsansicht des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt und
  • Fig. 10 eine Querschnittsansicht des fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung darstellt.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE (AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1)
  • Die erste Anwendung dieses OSAP-Elements ist eine Halbleiter-Laserdiode, bei der die beiden Bereiche des OSAP-Elements in Richtung der Ausbreitung des Lichtes hintereinander angeordnet sind. Fig. 4 stellt schematisch einen Querschnitt des Aufbaus dar. Als Beispiel für die folgende Erläuterung sind hier Bauelemente gewählt, die im 1,5-um-Wellenlängenbereich arbeiten.
  • Mit 1 ist ein n-InP-Substrat, mit 2 eine n-InGaAsP-Wellenleiter-Schicht, mit 3 und 3' aktive InGaAsP-Schichten mit entgegengesetzte Vorzeichen aufweisenden &alpha;-Parametern, mit 4 eine p-InP-Überzugsschicht, mit 5 eine p-InGaAsP-Deckschicht und mit 6 eine halbisolierende InP-Einbettungsschicht bezeichnet. Eine &lambda;/4-verschobene Wellung 7 (oder Riffelung) bestimmt die Wellenlänge, die die Vorzeichen der &alpha;-Parameter der beiden aktiven Bereiche 3 und 3' entgegengesetzt macht, und infolgedessen arbeitet dieser Laser als Fenster-Laser-Diode mit um &lambda;/4 verschobener verteilter Kopplung. Es sei darauf hingewiesen, daß eine &lambda;/4-Verschiebung 8 in der Grenzfläche der beiden aktiven Bereiche (oder Zonen) gebildet wird. Mit 9 und 9' sind p-seitige Elektroden für unabhängige Trägerinjektionen in die aktiven Schichten 3 und 3' bezeichnet, und zur Verringerung des ohmschen Widerstands sind Bereiche 10 und 10' durch Zn- Diffusion gebildet. Mit 11 ist eine n-seitige Elektrode bezeichnet, während mit 12 und 12' Antireflexionsüberzugsfilme bezeichnet sind.
  • Die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels wird nachstehend erläutert. Die Vorzeichen der &alpha;-Parameter der aktiven Schichten 3 (Bereich I) und 3' (Bereich II) werden jeweils als positiv und negativ angenommen. Die Trägerdichten werden um &Delta;N&sub1; (> 0) und &Delta;N&sub2; (< 0) durch Änderung der Injektionsstromdichten in den Bereichen I und II von J&sub1; und J&sub2; jeweils in J&sub1;' und J&sub2;' geändert, wie es durch die Zeitdiagramme in Fig. 5 dargestellt ist. Dieser Fall entspricht der Betriebsart ++, und die Brechungsindizes jedes Bereiches nehmen von n&sub0; auf n&sub0;' zu. Es sei darauf hingewiesen, daß die ursprünglichen Brechungsindizes der Bereiche I und II weitgehend gleich eingestellt werden können, indem die Wellenleitungsparameter, z.B. die Dicke der aktiven Schichten 3 und 3' oder Sperrschichten, insbesondere für die Anwendung einer Quantentrogkonstruktion gewählt werden, die nachstehend noch beschrieben wird. Infolgedessen kann die Laser-Wellenlänge, die durch die Wellungsperiode und den Brechungsindex bestimmt ist, von &lambda;&sub0; in &lambda;&sub0;' geändert werden. Gleichzeitig wird, obwohl die optische Gesamtverstärkung selbst bei diesen Brechungsindexänderungen beibehalten werden kann, die Ausgangsleistung ebenfalls weitgehend konstant bei P&sub0; gehalten. Andererseits verringert die Rückkehr der Injektionsstromdichten in beiden Bereichen von J&sub1;' und J&sub2;, zu den ursprünglichen Werten J&sub1; und J&sub2; ebenfalls die Brechungsindizes von n&sub0;' in n&sub0;, und zwar infolge der Betriebsart --, so daß sich auch die Wellenlänge von &lambda;&sub0;' in &lambda;&sub0; ändert, während bei dieser Betriebsart die Ausgangsleistung weitgehend konstant bei P&sub0; bleibt. Dies bedeutet, es läßt sich eine Laser-Diode realisieren, deren Ausgangs-Wellenlänge durch Änderung der Injektionsströme bei konstanter Ausgangsleistung moduliert werden kann, d.h. ein sogenannter FM-Laser. Andererseits kann sie als abstimmbarer Laser betrieben werden. In diesem Fall werden die Änderungen der Injektionsstromdichten so eingestellt, daß sich nahezu die gleichen Brechungsindexänderungen in beiden Bereichen ergeben, während die Gesamtverstärkung konstant gehalten wird.
    • (AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2)
  • Fig. 4 stellt ein Ausführungsbeispiel dar, das aus zwei Bereichen zusammengesetzt ist, und es läßt sich der gleiche Effekt wie bei dem Ausführungsbeispiel 1 realisieren, selbst wenn ein Aufbau mit drei Bereichen gewählt wird, wie er in Fig. 6 dargestellt ist. Dieser Aufbau ist symmetrisch, und im Bereich I ist eine &lambda;/4- Verschiebung ausgebildet, die zu einer besseren Gleichförmigkeit um eine &lambda;/4-Verschiebung herum und zu einer leichteren Verstärkungseinstellung führen kann. Unnötig zu sagen, daß eine Anderung der relativen Positionen der Bereiche I und II den gleichen Effekt bewirkt.
  • Dieses Ausführungsbeispiel legt es nahe, die Anzahl der Bereiche nach dem gleichen Prinzip zu erhöhen.
    • (AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 3)
  • Das Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung auf einen verteilten Braggschen Reflektor angewandt wird, ist in Fig. 7 dargestellt. Es enthält passive InGaAsP-Wellenleiter 13 und 13' in Verlängerung der aktiven Bereiche I und II in Licht-Ausbreitungsrichtung, in denen die Vorzeichen der &alpha;-Parameter entgegengesetzt sind, und Gitter 14 und 14' für verteilte Reflektoren auf den jeweiligen Wellenleitern, um die Wellenlänge zu wählen. Fig. 8 stellt Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels dar. Wenn die Injektionsstromdichten von J&sub1; und J&sub2; auf J&sub1;' und J&sub2;' ansteigen, steigen auch die Trägerdichten in beiden Bereichen an. Die Brechungsindizes ändern sich jedoch aufgrund der entgegengesetzten Vorzeichen der &alpha;-Parameter in verschiedenen Richtungen, so daß sie beispielsweise im Bereich I ansteigen und im Bereich II abnehmen, was der Betriebsart +- entspricht. Wenn die Brechungsindexänderungen &Delta;n&sub1; und &Delta;n&sub2; sind, dann hat die Phasenänderung in den aktiven Bereichen den Betrag &Delta;n&sub1; L&sub1;+&Delta;n&sub2; L&sub2;, wobei L&sub1; und L&sub2; jeweils die Länge der aktiven Bereiche I und II darstellen. Da die Vorzeichen von &Delta;n&sub1; und &Delta;n&sub2; entgegengesetzt sind, kann die Phasenänderung gleich Null sein, wenn die Absolutwerte von &Delta;n&sub1; und &Delta;n&sub2; gleich gewählt werden. Infolgedessen bleibt die Laser-Wellenlänge &lambda;&sub0;, die durch die Phasenbedingung in einem Laser-Hohlraum bestimmt ist, ebenfalls unverändert. Andererseits steigt die Ausgangsleistung aufgrund einer Zunahme der Trägerdichten in beiden Bereichen von P&sub0; auf P&sub0;' an. Im Gegensatz dazu kehrt eine Abnahme der Injektionsstromdichten in beiden Bereichen die Vorzeichen der Änderung jedes Parameters um und hält den Betrag der Phasenänderung auf Null, so daß die Laser-Wellenlänge unverändert bleibt. Dieses Ausführungsbeispiel ist als ein mit äußerst schwachem "Piepsen" arbeitender AM-Laser betreibbar, bei dem die Wellenlänge konstant gehalten und nur die Lichtintensität moduliert wird.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß dieses Ausführungsbeispiel ebenfalls in den Betriebsarten ++ oder -- arbeitet, wie es durch die Zeitdiagramme in Fig. 5 dargestellt ist. Es arbeitet als FM-Laser.
    • (AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 4)
  • Die beschriebenen Ausführungsbeispiele enthalten das OSAP-Element, bei dem zwei Arten von Bereichen mit &alpha;- Parametern unterschiedlicher Vorzeichen in Richtung der Lichtausbreitung hintereinander angeordnet sind. Der gleiche Effekt ist zu erwarten, wenn beide Bereiche parallel angeordnet sind. Dieses Ausführungsbeispiel ist in Fig. 9 dargestellt. Es hat einen Fenster-Aufbau mit &lambda;/4-verschobener verteilter Rückkopplung, und Fig. 9(a) stellt den schematischen Querschnitt in Richtung der Lichtausbreitung und Fig. 9(b) einen dazu senkrechten Querschnitt dar.
  • Wie Fig. 9(b) zeigt, sind zwei Arten aktiver Bereiche 3 (Bereich I) und 3' (Bereich II) mit &alpha;-Parametern mit entgegengesetzten Vorzeichen parallel angeordnet, so daß sie einen Streifen bilden. Infolgedessen breitet sich eine transversale Mode mit einem diesen Streifen enthaltenden Profil aus. Mit 15 ist eine halbisolierende InP-Überzugsschicht, und mit 16 und 16' sind p-InP- Schichten bezeichnet, und in jeden Bereich I und II können unabhängig voneinander Träger durch jede Elektrode 9 und 9' injiziert werden, wie es durch die Pfeile in der Figur dargestellt ist. Dieses Ausführungsbeispiel kann in allen Betriebsarten arbeiten, die anhand der Fig. 5 und 8 beschrieben wurden, wobei die gleichen Prinzipien angewandt werden, und als AM-, FM- und als in der Wellenlänge abstimmbarer Laser ausgebildet sein. Dieses Ausführungsbeispiel vermeidet wirksam eine Ausbreitungsverzögerung und Ungleichmäßigkeit in Richtung der Lichtausbreitung, da die beiden Bereiche parallel ausgebildet sind und die transversale Mode Verstärkungsänderungen und/oder Brechungsindexänderungen in den beiden Bereichen im gleichen Querschnitt unterliegt.
    • (AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 5)
  • Das Ausführungsbeispiel, bei dem das erfindungsgemäße OSAP-Element bei einem in der Wellenlänge abstimmbaren Reflexionsfilter für einen in der Wellenlänge abstimmbaren Laser verwendet wird, ist schematisch in Fig. 10 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel besteht aus drei Bereichen, nämlich einem aktiven Bereich, einem Phaseneinstellbereich und einem schmalbandigen Braggschen Reflektor. In diesem Reflektor wird ein Richtungskoppler verwendet, bei dem die beiden Wellenleiter mit nahezu gleichen Ausbreitungskonstanten eng nebeneinander parallel angeordnet sind. Ein um &lambda;/4 verschobenes Wellungsgitter ist auf einem der Wellenleiter ausgebildet, und das Licht wird durch den anderen Wellenleiter hindurch hinein- und herausgeleitet. Eine mittlere Reflexionswellenlänge kann durch Änderung der Brechungsindizes der Wellenleiter, auf denen ein &lambda;/4- verschobenes Gitter ausgebildet ist, abgestimmt werden.
  • Ein schmalbandiger Braggscher Reflektorbereich enthält ein n-InP-Substrat 101, eine n-InGaAsP-Wellenleiterschicht 102 mit geringen Verlusten, eine n-InP-Schicht 103, aktive InGaAsP-Bereiche I und II mit &alpha;-Parametern mit entgegengesetzten Vorzeichen 104 und 104' und eine p-InGaAsP-Schicht 105, auf der ein um &lambda;/4 verschobenes Gitter 106 für ein Filter ausgebildet ist, wobei mit 107 eine &lambda;/4-Verschiebung bezeichnet ist. Ferner sind eine p-InP-Überzugsschicht 108, eine InGaAsP-Deckschicht 109, p-seitige Elektroden 110 und 110' zur Trägerinjektion in jedem Bereich, Zn-Diffusionsbereiche 111 und 111' und eine n-seitige Elektrode 112 vorgesehen. Der aktive Bereich enthält eine aktive InGaAsP- Schicht 113, die nicht notwendigerweise gleiche Zusammensetzung wie die Schichten 104 und 104' aufweist. Was den Phaseneinstellbereich betrifft, so besteht er aus der n-InGaAsP-Wellenleiterschicht 102 und einer p-InP- Überzugsschicht 108.
  • Der schmalbandige Braggsche Reflektor dieses Ausführungsbeispiels hat grundsätzlich die gleichen Funktionen wie das in Fig. 6 dargestellte Ausführungsbeispiel, soweit es den Aufbau oberhalb der aktiven Schichten 104 und 104' betrifft. Die Betriebsart ++ oder -- ergibt eine konstante optische Gesamtverstärkung und verändert den Brechungsindex gleichförmig. Der Unterschied gegenüber Fig. 6 besteht darin, daß dieses Ausführungsbeispiel einen weiteren Wellenleiter 102 enthält, der mit den aktiven Schichten 104 und 104' nach Art eines Richtungskopplers verbunden ist, und das aus dem Phaseneinstellbereich austretende Licht wird in die aktiven Schichten 104 und 104' in dem schmalbandigen Braggschen Reflektorbereich eingekoppelt. Bekanntlich kann ein um &lambda;/4 verschobenes Gitter Licht mit der Braggschen Wellenlänge ziemlich genau begrenzen, so daß begrenztes Licht wieder in den ursprünglichen Wellenleiter 102 zurückgekoppelt wird und nach links austritt. Dies bedeutet, daß der Reflektor als schmalbandiger Reflektor arbeitet, der nur für die Braggsche Wellenlänge wirksam ist. Da die Braggsche Wellenlänge durch die Wellungsperiode und den Brechungsindex eines Wellenleiters bestimmt ist, kann die Betriebsart ++ oder -- die Reflexionswellenlänge ändern und das Reflexionsvermögen konstant halten. Das Licht mit der Braggschen Wellenlänge wird in dem aktiven Bereich verstärkt und seine Phasenlage in dem Phaseneinstellbereich so eingestellt, daß es oszilliert. Man beachte, daß eine Phaseneinstellung durch den elektrooptischen Effekt, bei dem eine umgekehrte Spannung V&sub1; angelegt wird, einen übermäßigen Anstieg der Verluste zu vermeiden scheint, doch läßt sich mit dem Verfahren der Trägerinjektion der gleiche Effekt erreichen. Da, wie bereits erwähnt, ein abstimmbarer Laser gemäß der Erfindung nicht nur eine exzellente Wellenlängen-Selektivität hat, sondern auch seinen Schwellenwert, selbst bei dem Vorgang der Wellenlängen-Abstimmung, nicht übermäßig erhöht, werden die Spektraleigenschaften bei der Abstimmoperation nicht verschlechtert, selbst wenn sie bei einem Laser mit schmaler Linienbreite angewandt wird. Infolgedessen ergibt sich ein abstimmbarer Laser mit schmaler Linienbreite.
  • Die OSAP-Elemente erhält man durch Einstellung der Zusammensetzungen, deren Bandabstandsenergien geeignet sind, und durch Auswahl einer optimalen Wellenlänge durch Wellungsgitter. Nicht beschränkt durch herkömmliche Masse-Halbleiter können diese Bereiche durch Quantentröge, -drähte oder -kästen gebildet werden, die den Vorteil einer einfachen Zuordnung einer optimalen Wellenlänge und geringen Abweichung der Wellenlänge bei einer Änderung des Injektionsstroms bieten, so daß ein Betrieb in breiteren Wellenlängenbereichen erwartet werden kann.
  • Als Beispiel ist ein InGaAsP-Kristallsystem für einen Betrieb mit einer Wellenlänge von 1,5um beschrieben worden, doch sind auch Kristallsysteme aus AlGaAs, AlInGaAs, AlGaInP, AlGaAsSb und anderen Zusammensetzungen geeignet.
  • Wie erwähnt, können nach der Erfindung, die zwei Arten von Halbleiterbereichen mit entgegengesetzte Vorzeichen aufweisenden &alpha;-Parametern aufweist, entweder optische Verstärkungen oder Brechungsindizes geändert werden, wobei die jeweils andere Größe konstant gehalten wird, indem die in jedem Bereich injizierten Ströme entsprechend eingestellt werden. Dadurch ergibt sich ein Laser mit äußerst schwachem Piepsen, ein idealer FM-Laser, ein Hochleistungs-Laser mit einstellbarer Wellenlänge usw. Die erfindungsgemäßen optischen Halbleiterbauelemente sind daher als Lichtquellen für Weitverkehrs- Übertragungssysteme mit großer Kapazität durch direkte Modulationsgrad-Detektion oder kohärente Systeme und für Lichtwellen-Multiplexsysteme geeignet.

Claims (11)

1. Optisches Halbleiterbauelement mit einer aktiven Schicht (3, 3'), die einen ersten Bereich (I) und einen zweiten Bereich (II) aufweist, die miteinander gekoppelt sind und entgegengesetzte Vorzeichen von &alpha;-Parametern in einem ausgewählten Bereich (A) der Photonenenergie (E) aufweisen, wobei &alpha; das Verhältnis einer Brechungsindexänderung zu einer Verstärkungsänderung infolge einer Trägerdichteänderung ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Bereich Quantentröge, Quantendrähte oder Quantenkästen oder irgendeine dieser Quantenstrukturen aufweisen.
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und der zweite Bereich in Richtung der Lichtausbreitung hintereinander angeordnet sind.
4. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und der zweite Bereich in Richtung der Lichtausbreitung parallel angeordnet sind.
5. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste und der zweite Bereich Mittel zur unabhängigen Trägerinjektion aufweisen.
6. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Wellungsgitter längs des ersten und zweiten Bereiches zur Auswahl der Wellenlänge, bei der die Vorzeichen der &alpha;-Parameter des ersten und zweiten Bereiches entgegengesetzt sind.
7. Bauelement nach Anspruch 6, bei dem das Wellungsgitter eine um &lambda;/4 verschobene Wellung aufweist.
8. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, mit Wellungsgittern außerhalb des ersten und zweiten Bereiches zur Auswahl der Wellenlänge, bei der die Vorzeichen der &alpha;-Parameter des ersten und zweiten Bereiches entgegengesetzt sind.
9. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, mit einem dritten Wellenleiter, der auf der gesamten Länge des ersten und zweiten Bereiches angekoppelt ist und dessen Ausbreitungskonstante weitgehend gleich derjenigen des ersten und zweiten Bereiches ist.
10. Bauelement nach Anspruch 9, mit Reflexionsmitteln, wie einer gespaltenen Facette oder einem Wellungsgitter, an der Verlängerungsstelle des dritten Wellenleiters, und einer zweiten aktiven Schicht darin.
11. Optisches Halbleiterbauelement mit:
einem Halbleiter-Substrat (1), einem Wellenleiter (2), einer aktiven Schicht (3, 3') und einer Überzugsschicht (4), die auf dem Halbleiter-Substrat ausgebildet ist,
wobei die aktive Schicht einen ersten Bereich (I) und einen zweiten Bereich (II) aufweist, die optisch miteinander gekoppelt sind und &alpha;-Parameter mit entgegengesetzten Vorzeichen in einem ausgewählten Bereich (A) der Photonenenergie (E) aufweisen, wobei &alpha; das Verhältnis einer Brechungsindexänderung zu einer Verstärkungsänderung infolge einer Trägerdichteänderung ist,
einer ersten Elektrode (11), die allen Bereichen gemeinsam und auf der einen Seite des Substrats angebracht ist, und
einer zweiten Elektroden (9, 9') für jeden Bereich, die auf der anderen Seite des Substrats angebracht sind.
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