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DE69111197T2 - Abstimmbarer Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung. - Google Patents

Abstimmbarer Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung.

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DE69111197T2
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quantum well
well structure
layers
multiple quantum
laser
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Yuzo Hirayama
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Festkörper- Lichtemissionsvorrichtungen und insbesondere auf einen Halbleiterlaser, der in seiner Schwingungswellenlänge elektronisch abstimmbar ist, und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.
  • Mit Zunahme der Komplexität der Kommunikationsverarbeitungsarchitektur ist es wichtiger geworden, kohärente optische Kommunikationssysteme von größerer Kapazität und längerer wirksamer Kommunikationsdistanz zu entwickeln. Insbesondere ist ein ein Frequenzmultiplexmodulationsschema verringerndes kohärentes optisches Kommunikationssystem gegenwärtig auf grund seiner bedeutenden Zunahme in der Menge übertragbarer Information sehr vielversprechend.
  • Im Frequenzmultiplex-Optik-Kommunikationssystem ist die Empfängerseite (beispielsweise ein Teilnehmeranschluß) mit einem Halbleiterlaser als einer Lichtemissions/Empfangsvorrichtung zum Auswählen eines gewünschten Kommunikationskanales versehen. Dieser Laser ist die Lichtemissionsvorrichtung, die ihre eigene Schwingungswellenlänge veräudern kann. Beim Wählen des gewünschten Kommunikationskanales auf der Empfängerseite ist der Laser elektrisch angesteuert, um die Laserwellenlänge zu verändern, so daß die Schwingungsfrequenz zu derjenigen des gewünschten Kanales abgestimmt wird. Offenbar kann ein Erweitern des Wellenlängenabstimmbereiches bewirken, daß das abstimmbare Frequenzband in erwünschter Weise gedehnt wird. Jedoch können herkömmliche wellenlängen- abstimmbare Halbleiterlaser nicht die folgenden zwei einander widersprechenden Anforderungen erfüllen: (1) Erweitern des Wellenlängenabstimmbereiches und (2) Verengen der spektralen Linienbreite der Schwingung bei der veränderten Längenwelle.
  • Gewöhnlich ist ein Bragg-Reflektor-(DBR-) Halbleiterlaser mit verteilter Mehrfachelektrode bekannt, der die Bragg-Wellenlänge kontinuierlich verändern kann, während die kontinuierliche Veräuderungsmenge relativ groß ist. Die sich ergebende Linienbreite erstreckt sich jedoch in unerwünschter Weise zu einem Bereich von 10 bis 20 MHz beim Abstimmen der Wellenlänge, was es unmöglich macht, die gewünschte schmale Linienbreite für optische Kommunikationssysteme zu erziehlen. Die Dehnung der Linienbreite beruht auf dem Auftreten von Trägerrauschen in dem DBR-Bereich.
  • Ein Halbleiterlaser mit durch Mehrfachelektrode verteilter Rückkopplung (DFB) ist ebenfalls bekannt, der eine gute Schwingungslinienbreite hat, und ist so als eine Lichtemissionsvorrichtung zur Verwendung in den kohärenten optischen Übertragungssystemen sehr vielversprechend. Unglücklicherweise leidet jedoch der Laser unter einem ernsten Problem eines zwangsläufig schmalen Wellenläugenabstimmbereiches, wie dies weiter unten näher erläutert wird.
  • Der Laser wurde beschrieben in M.C. Wu et al, "CLEO '90," auf Seite 667, wobei er einen aktiven Bereich mit einer gleichmäßigen Quantenwannenstruktur hat. Zwei Elektroden sind vorgesehen, um Stromladungsträger in den aktiven Bereich zu injizieren. Bei dieser Anordnung ist die Kennlinie des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von der Ladungsträgerdichte nicht linear. Ein erforderlicher Verstärkungsfaktor für eine Schwingung kann erhalten werden, indem geeignete Bereiche verschiedener differenzieller Verstärkungsfaktoren gewählt und die Menge an Ladungsträgerinjektion aus jeder Elektrode optimiert wird. Mit anderen Worten, da die gesamte Ladungsträgerdichte variabel ist, ist es möglich, den Brechungsindex und die Frequenz (Wellenlänge), die sich linear zur Ladungsträgerdichte verändern, variabel werden zu lassen. In diesem Fall ist der wählbare differenzielle Verstärkungsfaktor-Bereich nur auf den Bereich beschränkt, der in einer spezifischen Zone enthalten ist, wobei ein Arbeitspunkt auf einer einzigen Kennlinienkurve des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von der Ladungsträgerdichte verfügbar ist. Dies resultiert darin, daß die Wellenlängenabstimmzone auf einem kleinen Wert wie 6 Nanometer (nm) oder weniger verbleibt.
  • Ein wellenlängen-abstimmbarer DFB- oder DFR-Laser mit einem geschichteten oder laminierten aktiven Bereich ist aus EP-A-0 402 907 bekannt.
  • Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, eine neue und verbesserte Halbleiterlaservorrichtung zu schaffen, die in ihrer Wellenlängenabstimmbarkeit hervorragend ist.
  • Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine neue und verbesserte Halbleiterlaservorrichtung vorzusehen. die eine breite Schwingungswellenlänge- Abstimmzone hat, während eine schmale spektrale Linienbreite aufrechterhalten wird, sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben zu schaffen.
  • Die vorliegende Erfindung ist durch die Patentansprüche 1 und 8 definiert.
  • Die vorangehenden und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, wie diese in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, offensichtlich.
  • Diese Erfindung kann vollständiger aus der anschließenden Detailbeschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
  • Fig. 1 ein schematischer Hauptquerschnitt (nicht maßstabsgerecht) eines wellenlängen-abstimmbaren Halbleiterlasers gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,
  • Fig. 2 in einem schematischen Sclmitt einige Hauptschritte bei dem Prozeß des Herstellens des Lasers von Fig. 1 zeigt,
  • Fig. 3 ein Graph ist, der Kennlinien des Verstärkungsfaktors in Abhängigkeit von der Ladungsträgerdichte in verschiedenen Bereichen in der Längsrichtung eines Resonators in dem Laser in Fig. 1 zeigt,
  • Fig. 4 ein Graph ist, der das gleiche eines bekannten DFB-Halbleiterlasers mit einer Zwei-Elektroden-Quantenwannenstruktur als Vergleich zeigt,
  • Fig. 5 ein schematischer Querschnitt (nicht maßstabsgerecht) eines wellenlängen-abstimmbaren Halbleiterlasers nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist.
  • In der Fig. 1 ist ein Quantenwannen-Halbleiterlaser mit abstimmbarer Wellenlänge und verteilter Rückkopplung (DFB) gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung allgemein mit den Bezugszeichen "10" versehen. Der Laser 10 hat ein Halbleitersubstrat 12, das aus einem N-Typ- Indiumphosphid-(InP)-Material gemacht ist. Das N-Typ-InP-Substrat 12 hat eine Oberseite, wo ein Beugnngsgitter 14 erster Ordnung gebildet ist. Das Gitter 14 ist derart gestaltet, das die Phase hiervon um 2/4 in dem Zentralbereich eines inneren Resonators im Laser 10 verschoben ist. Die periodisch "gewellte" Konfiguration (Gräben bzw. Rillen) des Gitters 14 ist quer zu der Richtung < 011> der Achse des aktiven Bereiches gewählt.
  • Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine Halbleiterschicht 16 auf dem Stubstrat 12 als eine optische Wellenleiterschicht angeordnet. Die Schicht 16 ist aus einem gewählten Halbleiter-Mischkristall, insbesondere Indiumgaliumarsenid (InGaAs) hergestellt. Ein Mehrschicht-(Mehrfach-) Quantenwannenstruktur-(QWS-) Abschnitt 20 ist auf der Schicht 16 angeordnet. Der QWS-Abschnitt 20 besteht aus zwei Arten von Schichten, die abwechselnd geschichtet oder laminiert sind. Der Abschnitt 20 kann eine abwechselnde Schichtung von InGaAs- Wannenschichten (schraffiert in Fig. 1) 21, 23, 27, 29 und InGaAs- Barriereschtichten 22, 24, 26, 28 sein.
  • Es ist sehr wichtig, das der QWS-Abschnitt 20 lokal in der Schichtungszahl in Bereichen A1, A2, A3 entlang der Längsrichtung eines inneren Resonators im Laser 10 abweicht. Vier Paare von Wannen/Barriereschichten sind in dem zentralen Bereich A2 geschichtet, während zwei Paare von Wannen/Barriereschichten in den Randbereichen A1, A3 auf den jeweiligen Seiten des Bereiches A2 geschichtet sind. Um eine derart lokal unterschiedliche Schichtungsstruktur zu erreichen, hat der Abschnitt 20 einen vorspringenden Teil 30 in dem zentralen Bereich A2. Der vorspringende Teil 30 ist eine abwechselnde Schichtung von InGaAs-Wannenschichten 27, 29 und InGaAsP-Barriereschichten 26, 18. Die untere Schichtungsstruktur der Wannen/Barriereschichten umfaßt InGaAs- Wannenschichten 21, 23, die sich longitudinal durch den Resonator erstrecken, und InGaAsP-Barriereschichten 22, 24, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Eine InP- Schicht 32 überdeckt die zentrale Oberseite der unteren Wannen/Barriere- Schichtungsstruktur; diese Schicht ist ein Ätzstopper.
  • Eine zweite optische Wellenleiterschicht 34 überlagert den vorspringenden Teil 30 des QWS-Abschnittes 20. Diese Schicht kann aus InGaAsP hergestellt sein. Auf der flachen Oberseite der Schicht 34 sind sequentiell eine P-Typ-InP- Überzugschicht 36 und eine InGaAs-Kontaktschicht 38 sequentiell in dieser Reihenfolge geschichtet. Leiterschichten 40a, 40b, 40c sind als P-Seiten- Elektroden des Lasers 10 auf der Kontaktschicht 38 gebildet, um elektrisch isoliert voneinander zu sein. Diese Elektroden liegen entsprechend an Bereichen A1, A2, und A3 in dem QWS-Abschnitt 20. Eine N-Typ-Elektrodenschicht 42 ist auf der Bodenfläche des Substrates 12 gebildet.
  • Das Verfahren zum Herstellen des Halbleiterlasers 10 ist wie folgt. Zunächst wird, wie in Fig. 2A gezeigt ist, das Gitter 14 erster Ordnung auf der Oberseite des N-Typ-InP-Substrates 12 gebildet, indem eine gegenwärtig verfügbare Strahlinterferenz-Belichtungstechnik verwendet wird. Eine Periode des Gitters 14 beträgt 240 nm. Eine InGaAsP-Wellenleiterschicht 16 wird dann auf dem Substrat 12 in einer vorbestimmten Dicke von beispielsweile 50 nm gebildet. Die Schicht 16 vergräbt das Gitter 14 darunter und hat eine flache Oberseite.
  • Sodann werden, wie in der Fig. 2A gezeigt ist, InGaAs-Wannenschichten (schraffiert) 21, 23, 27, 29 und InGaAsP-Barriereschichten 22, 24, 26, 28 abwechselnd aufeinander auf der Wellenleiterschicht 16 geschichtet, wobei die Ätzstoppschicht 32 zwischen die Barriereschichten 24, 26 eingelegt ist. Die Wannenschichten 21, 23, 27, 29 sind in der Dicke gleichmäßig; jede Schicht ist 8 nm dick. Die Barriereschichten 22, 24, 26, 28 sind in der Dicke wie folgt verschieden: Die Schicht 22 ist 10 nm dick, die Schichten 24, 26 sind 3 nm, und die Schicht 28 ist 10 nm dick. Die Dicke der Ätzstoppschicht 32 kann 5 nm betragen. Um diese Schichten herzustellen, kann die gegenwärtig verfügbare metallorganische chemische Dampfabscheidungs-(MOCVD)-Technik verwendet werden. Als die Kristallwachstumsbedingungen hierfür wurde die Umgebungstemperatur auf 610ºC gestellt, der Druck betrug 200 Torr, und der Gesamtdurchsatz war 10 Liter je Minute. Eine InP-Schicht 34a ist auf der obersten Wannenschicht 29 gebildet.
  • Dann wird der oberste Abschnitt des sich ergebenden Mehrfach-Quantenwannenstruktur-(QWS-) Abschnittes 20, der die auf die Ätzstoppschicht 32 gestappelten Schichten 26, 27, 28, 29 umfaßt, einem lokalen Ätzprozeß unterworfen. In diesem Ätzprozeß kann ein Ätzmittel einer Mischung von Schwefelsäure, Wasserstoffperoxid und Wasser verwendet werden. (Die Ätzstoppschicht 32 ist chemisch für ein derartiges Schwefeltyp-Ätzmittel stabil und wird durch dieses Ätzmittel kaum geätzt.) Die gestapelten Schichten 26 bis 29 werden in den Bereichen A1, A3 (Randbereiche des optischen Resonators) ausgeätzt, um so die vorspringende Schichtung 30 in dem Bereich A2 (Zentralbereich des Resonators) zu bilden, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist. Durch das Vorliegen der darüber- liegenden Ätzstoppschicht 32, die selbst geätzt wird, wie dies in Fig. 2B gezeigt ist, wird verhindert, daß der untere Mehrschichtabschnitt aus den Schichten 21 bis 24 geätzt wird. Ms ein Ergebnis wird der QWS-Abschnitt 20 abgeschlossen, wo die Schichtungszahl der Wannen/Barriereschichten in den Bereichen A1, A3 verschieden von derjenigen im Bereich A2 ist. Dann wird die InGaAsP-Optik-Wellenleiterschicht 34 bis zu einer Dicke von 70 nm mittels des MOCVD-Verfahrens derart gebildet, das der vorspringende Teil 30 darunter vergraben ist und die Oberfläche der Schicht 34 flach wird. Der aktive Bereich des Lasers 10 von Fig. 1 ist so vollständig durch die Wellenleiterschicht 34 vergraben. Die P-Typ-InP-Überzugschicht 36 (2 Mikrometer dick) und die P- Typ-InGaAs-Kontaktschicht 38 (o,5 Mikrometer dick) sind auf der Schicht 34 gebildet.
  • Danach wird eine Seitenrichtungs-Optik-Begrenzungsstruktur auf der sich ergebenden Struktur gebildet, um zu veranlassen, daß der aktive Bereich eine Streifengestalt hat. Trenngräben werden dann auf den beiden Seiten des aktiven Bereiches gebildet. Fe-dotiertes halbisolierendes InP wird in den Gräben mittels des MOCVD-Verfahrens vergraben. Diese Seitenbegrenzungsstruktur ist eine der Vielzahl von Strukturen der gleichen Funktion; eine andere Seitenbegrenzungsstruktur kann alternativ angewandt werden.
  • Dann werden, wie in Fig. 2C gezeigt ist, die elektrisch getrennten Elektroden 40a, 40b, 40c auf der Kontaktschicht 38 derart gebildet, daß die Positionen hiervon jeweils den Bereichen A1, A2, A3 entsprechen. Die N- Seitenelektrodenschicht 42 wird auf der Bodenfläche des Substrates 12 gebildet. Schließlich werden Antireflex-(AR-) Beschichtungsschichten 44, 46 auf den beiden Kristallflächen oder Facetten des Lasers 10 mittels beispielsweise des Plasma-CVD-Verfahrens gebildet.
  • Da bei dem Laser 10 des Ausführungsbeispiels die Schichtungszahl der Wannen/Barriereschichten in dem aktiven (Resonator-Mitten-) Bereich A2 von denjenigen in den Randbereichen A1, A3 abweicht, ändert sich der differenzielle Verstärkungsfaktor an diesem Teil A2 des aktiven Bereiches entlang der Längsrichtungs des Resonators. Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, weicht die Kennlinie für den Verstsärkungsfaktor in Abhängigkeit von der Ladungsträgerdichte in dem zentralen aktiven Bereich A2, die durch eine Kurve 50 wiedergegeben ist, von einer Kennlinienkurve 52 in den Randbereichen A1, A3 ab. Es sei angenommen, daß bei oszillierendem Laser 10 die Arbeitspunkte anfänglich auf Na1, Na2 in den Kennlinienkurven 50, 52 von Fig. 3 eingestellt sind. Während der Gesamtstrom eingestellt ist, um den Lichtausgang des Lasers 10 konstant zu halten, nimmt ein Strom in dem Bereich A2 zu, und ein Strom in den Bereichen A1, A3 nimmt ab. Da zu dieser Zeit der Bereich A2 im differenziellen Verstärkungsfaktor größer ist als die Bereiche A1, A3, wird die gewachsene Menge an Injektionsladungsträgern im Bereich A2 bedeutender als die anbenommene Menge der Injektionsladungsträger in den Bereichen A1, A3. Dies führt dazu, daß die Arbeitspunkte zu Nb1, Nb2 in dem Graphen von Fig. 3 wandern. Die gemittelte Menge an Ladungsträgerinjektion Nb(ave) kann weniger werden als Na(ave) in dem Anfangsschwingungszustand. Daher nimmt der gesamte äquivalente Brechungsindex zu, wodurch die Schwingungswellenlänge des Lasers 10 länger wird. Da rnfter einer derartigen Bedingung die Bragg- Wellenlänge selbst mit der Modus-Position sich verändert, ist es möglich, eine breitere wellenlängen-abstimmbare Zone ohne jegliche Modus-Sprungerscheinung und unerwünschte Ausdehnung der Schwingungsspektrum- Linienbreite zu erzielen. Dies kann das Abstimmverhalten zu der gewünschten Wellenlänge in optischen Kommunikationssystemen steigern.
  • Der Wellenlängen-Abstimmmechanismus des Lasers 10 wird im folgenden quantitativ diskutiert. Zunächst wird der Fall diskutiert, bei dem Stromladungsträger gleichmäßig in den Laser 10 in dem Anfangszustand injiziert sind. Es sei hier darauf hingewiesen, daß, wenn die optische Intensitätsverteilung vernachlässigt wird, angenommen werden kann, daß die Verteilung des Brechungsindex gleichmäßig wird. Dann nimmt lediglich die Ladungsträgerinjektionsmenge &Delta;N2 in dem Zentralbereich A2 zu, während diejenigen in den verbleibenden Bereichen A1, A3 auf einen konstanten Pegel unverändert gehalten sind. Die sich ergebende Ladungsträgerdichte wird zwischen dem Bereich A2 und den Bereichen A1, A3 verändert. Eine Laserschwingung tritt auf, falls der Verstärkungsfaktor und der Verlust abgeglichen sind, wenn Licht für eine Runde innerhalb des internen Resonators des Lasers 10 läuft; daher kann der Verstärkungsfäktor in den Bereichen A1, A3 entsprechend zu der Verstärkungsfaktorzunahme in dem Bereich A2 abgesenkt verbleiben. In diesem Fall wird eine Änderung des Verstärkungsfaktors bezüglich der Ladungsträgerdichte größer in dem zentralen Bereich des Resonators, so daß die Schwingung selbst bei geringerer Ladungsträgerdichte in den Randbereichen A1, A3 erfolgreich auftreten kann. Die gesamte Schwellenwert-Ladungsträgerdichte des Lasers 10 kann so abgesenkt werden, wie dies gegeben ist durch:
  • (1) &Delta;N1 + &Delta;N2 + &Delta;N3 < 0,
  • wobei N1 die Ladungsträgerdichte im Bereich A1, N2 und N3 diejenigen in den Bereichen A2 bzw. A3 bedeuten. Da der Brechungsindex linear bezüglich der Ladungsträgerdichte schwankt, wird die folgende Beziehung erhalten:
  • (2) &Delta; n1 + &Delta;n2 + &Delta;n3 > 0,
  • wobei n1 den Brechungsindex im Bereich A1, n2 und n3 diejenigen imBereich A2 bzw. A3 bedeuten. Dies zeigt, daß eine Schwankung erfolgreich in dem gesamten Brechungsindex auftritt, was die Schwingungsfrequenz (Wellenlänge) sich verändern läßt. Dagegen werden gemäß einem herkömmlichen Laser mit dessen aktiven Bereich, d.h. mit nur konstanter Schichtungszahl der Wannen/Barriereschichten, die obigen Ausdrücke (1) und (2) wie folgt modifiziert:
  • (3)&Delta;N1 + &Delta;N2 + &Delta;N3 0,
  • (4)&Delta;n1 + &Delta;n2 + &Delta;n3 0.
  • Die Erfinder bereiteten eine Probe des in Fig. 1 gezeigten Lasers 10 vor und maßen dessen Ausgangskennlinien. Ströme von 100 mA insgesamt wurden zu dem Laser unter der Bedingung gespeist, daß die Werte der durch die Elektroden 40a, 40c fließenden Ströme gleich zueinander sind, während der durch die zentrale Elektrode 40b fließende Strom innerhalb der Zone von 10 bis 90 mA verändert wurde. Bei einer derartigen Stromäuderung wurde gezeigt, daß die Schwellenwert-Ladungsträgerdichte bedeutsam verändert oder modifiziert werden konnte und daß die sich ergebende Wellenlängenänderungszone auf 10 um verbreitert wurde. Zusätzlich betrug die Linienbreite unter Abstimmung bei der veränderten Frequenz 750 kHz, was beweist, daß dieser Laser in der Kohärenz zu den herkömmlichen Lasern überlegen ist.
  • Ein anderer wellenlängen-abstimmbarer-DFB-beanspruchter Quantenwannen- Halbleiterlaser 60 ist in Fig. 5 gezeigt, wobei sich der Laser 60 dadurch auszeichnet, daß die Größe einer Deformation in der Kristallausrichtung von seinem aktiven Bereich mit einer Quantenwannenstruktur lokal verändert ist, um spezifische differenzielle Verstärkungsfaktoren zu erfüllen, die räumlich oder regional verschieden sind. Der Laser 60 ist ähnlich zu dem Laser 10 von Fig. 1 mit Ausnahme der folgenden Anordnungen: Der Quantenwannenstruktur-(QWS) Abschnitt (aktiver Bereich) 20 besteht aus einer abwechselnden Schichtung von InGaAsP-Barriereschichten 22, 24 und InGaAs-Wannenschichten (schraffiert) 71, 73, 75; in jeder Schicht 71, 73, 75 weicht der Deformationsfaktor in dem zentralen Bereich A2 von denjenigen in den Randbereichen A1, A3 ab. Bei diesem Ausführungsbeispiel haben lediglich InGaAs-Schichten eine kompressive Beanspruchung von 1% im Bereich A2. In Fig. 5 ist die Schraffierungs-teilung im Bereich A2 nur für den Zweck einer visuellen Betonung des Unter-schiedes in der Größe der Kristalldeformation verengt. Bei dem Ausführungs- beispiel von Fig. 5 lieferten die Messungen der Ausgangskennlinien unter der gleichen Bedingung wie bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 hervorragende Ergebnisse, wobei die Wellenlängenabstimmzone auf 12 nm verbreitert ist und die unerwünschte Erweiterung der Linienbreite auf 500 kHz oder weniger unterdrückt ist.
  • Der Laser 60 von Fig. 5 kann mittels der bestehenden Fertigungtechnik (en) gefertigt werden, und der Herstellungsprozeß hiervon ist ähnlich zu demjenigen, der in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Fertigung erfordert jedoch die folgenden Schritte, um lokal die Größe der Kristalldeformation in den InGaAs-Wannenschichten 71, 73, 75 bezüglich des Bereiches A2 zu erhöhen. Bei der Herstellung des aktiven Schichtabsdmittes wird, nachdem die InGaAs-Schichten 71, 73, 75 mit einer gewählten Gitterkonstanten auf dem Substrat 12 aufgewachsen sind, ein gewisser Teil entsprechend dem zentralen Bereich A2 des Resonators selektiv mit Hilfe einer gewöhnlichen Lithographietechnik ausgeätzt, um so die aktiven Randbereiche mit einer Quantenwannenstruktur zu definieren. Eine beanspruchte Quantenwannenstruktur (eng schraffiert in Fig. 5) wird dann in dem geätzten Bereich A2 gebildet, wobei eine 1%ige kompressive Beanspruchung auf eine 4 nm dicke InGaAs Wanne einwirkt.
  • Während die Ausführungsbeispiele InGaAsP/InP-Basismaterialien für den aktiven Bereich und die Ätzstoppschicht 32 verwenden, sind andere Halbleitermaterialien für optische Vorrichtungen, wie beispielsweise InGaAsP/GaAs, InGaAsSb/GaSb und AlGaAaSb/GaSb ebenfalls verwendbar. Bei Ausführung in der Praxis können die Strukturen der Figuren 1 und 5 kombiniert werden. In dem Aus-führungsbeispiel von Fig. 1 ist es wirksam, den optischen Verlust infolge der Reflexion innerhalb der aktiven Schicht zu vermindern, indem die Zwischenfläche zwischen der Seitenwand des vorspringenden Teiles 30 und Wellenleiterschicht 34 so ausgelegt wird, das eine gestufte oder kegelförmige Struktur vorliegt. Die vorliegende Erfindung ist auch auf einen Halbleiterlaser mit einer quanteumäßig schmalen Linienstruktur und einem Halbleiterlaser mit einer Quanten-Gehäuse-Struktur anwendbar.
  • Zusätzlich sind die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele derart angeordnet, das der differenzielle Verstärkungsfaktor in dem zentralen Bereich A2 des aktiven Bereiches größer angeordnet ist; alternativ können die Ausführungsbeispiele modifiziert werden, so daß der Vertstärkungsfaktor in den Randbereichen A1, A3 größer sein kann. Die Anzahl der Mehrfachelektroden kann bei Bedarf mehr als drei betragen. In einem derartigen Fall wird eine entsprechende Anzahl von Bereichen mit verschiedenem Verstärkungsfaktor in dem aktiven Bereich gebildet. Bezüglich des Herstellungverfahrens des Ausführungsbeispiels der Figur 5 kann entweder ein MOCVD-Verfahren oder auch ein MBE-Verfahren mit einer Selektionsmaske verwendet werden. Wenn dies der Fall ist, ist es möglich, zwei verschiedene Bereiche zu einer Zeit zu bilden, in dem lediglich ein Kristallwachstumsprozeß durchgeführt wird.

Claims (9)

1. Wellenlängen-abstimmbarer Halbleiterlaser mit verteilter Rückkopplung, mit einem Halbleitersubstrat (12) mit einer Oberseite, über der ein Beugungsgitter (14) gebildet ist, und einer optischen Wellenleiterschicht (16), die über dem Substrat liegt und das Gitter begräbt, gekennzeichnet durch: einen Mehrfachquantenwannenstrukturabschnitt (20) über der optischen Wellenleiterschicht einschließlich erster und zweiter Halbleiterschichten (21, 23, 27, 29; 22, 24, 26, 28), die abwechselnd übereinander geschichtet sind, wobei der Mehrfachqauntenwannenstrukturabschnitt sich regional in wenigstens einem von der Anzahl der geschichteten Schichten der ersten und zweiten Schichten und der Größe der Kristalldeförmation ändert, um so eine Reihe von aktiven Bereichen mit verschiedenen differenziellen Verstärkungsfaktoren zu definieren, und eine Vielzahl von Elektroden (40a, 40b, 40c), die über dem Mehrfachquantenwannenstrukturabschnitt (20) angeordnet sind, uin lagemäßig den aktiven Bereichen zu entsprechen.
2. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachquantenwannenstrukturabschnitt (40) einen differenziellen Verstärkungfaktor im wesentlichen in einem zentralen Bereich (A2) hat, der größer ist als diejenigen in zwei benachbarten Randbereichen (A1, A3).
3. Laser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden drei isolierte Elektroden (40a, 40b, 40c) umfassen, um selektiv Stromladungsträger bei verschiedenden Ladungsträgerdichten in den zentralen Bereich (A2) und die Randbereiche (A1, A3) zu injizieren.
4. Laser nach Anspruch 3, weiterhin mit einer in dem Mehrfachquantenwannenstrukturabschnitt (20) angeordneten Ätzstoppschicht (32) zum Bestimmen einer reduzierten Anzahl von geschichteten Schichten der ersten und zweiten Schichten in den Randbereichen (A1, A3).
5. Laser nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachquantenwannenstrukturabschnitt (20) einen vorspringenden Teil (30) in dem zentralen Bereich (A2) hat, der auf der Ätzstoppschicht (32) angebracht ist.
6. Laser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Bereiche eine von einer Quantenwannenstruktur, einer Quanten-Schmallinien-Struktur und einer Quantengehäusestruktur haben.
7. Verfahren zum Herstellen eines wellenlängen-abstimmbaren Halbleiterlasers mit verteilter Rückkopplung, gekennzeichnet durch die Schritte: Bilden eines sich longitudinal erstreckenden Beugungsgitters (14) auf oder über einem Halbleitersubstrat (12), Bilden einer optischen Wellenleiterschicht (16), die das Gitter begräbt, Bilden eines Mehrfachquantenwannenstrukturabsdmittes (20) auf der optischen Wellenleiterschicht einschließlich erster und zweiter Halbleiterschichten (21, 23, 27, 29; 22, 24, 26, 28), die abwechselnd übereinander geschichtet sind, wobei sich der Mehrfachquantenwannenstrukturabshnitt regional in wenigstens einem von der Anzahl der geschichteten Schichten der ersten und zweiten Halbleiterschichten und der Größe der Kristalldeformation verändert, um so eine Reihe von aktiven Bereichen mit verschiedenen differenziellen Verstärkungsfaktoren zu definieren, und Bilden einer Vielzahl von Elektroden (40a, 40b, 40c) über den Mehrfachquantenwannenstruktur abschnitt (20), so daß sie lagemäßig den aktiven Bereichen entsprechen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bildens des Mehrfachquantenwannenstrukturabschnittes (20) umfaßt die Schritte eines sequentiellen Bildens einer spezifischen Anzahl von Paaren von ersten und zweiten Halbleiterschichten, des Bildens einer Ätzstoppschicht (32) auf oder über einer Oberseite der sich ergebenden Struktur, des sequentiellen Bildens einer gewählten Anzahl von Paaren von ersten und zweiten Halbleiterschichten auf oder über der Ätzstoppschicht (32) und des selektiven Ätzens der sich ergebenden Struktur, um dadurch die spezifische Anzahl von Paaren von ersten und zweiten Halbleiterschichten, die die Ätzstoppschicht (32) überlagem zu ätzen, während verhindert wird, daß die gewählte Anzahl von Paaren von ersten und zweiten Halbleiterschichten, die die Ätzstoppschicht (32) unterliegen, geätzt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Anzahl von Paaren der ersten und zweiten Halbleiterschichten, die die Ätzstoppschicht (32) überlagern, Randbereiche (A1, A3) neben einem im wesentlichen zentralen Bereich (A2) haben, die ausgeätzt sind, während der zentrale Bereich (A2) ungeätzt gehalten ist, um so einen vorspringenden Teil (30) in dem zentralen Bereich (A2) zu definieren.
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