DE4010823A1 - Modensynchronisierter halbleiterlaser - Google Patents
Modensynchronisierter halbleiterlaserInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen
monolitisch integrierten, modensynchronisierten
Halbleiterlaser, der einen Laseraktiven Bereich zur
Erzeugung von Lichtpulsen und einen Wellenleiterbereich
zur Ausbreitung der Lichtpulse aufweist.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren
zur Herstellung eines derartigen Halbleiterlasers.
Unter aktiver Modensynchronisation wird ein
resonanzähnliches Phänomen verstanden; dabei wird ein
Halbleiterlaser mit einer Frequenz moduliert, die dem
Kehrwert der Umlaufzeit eines Lichtpulses in dem
Halbleiterlaser entspricht. Die aktive
Modensynchronisation von Halbleiterlasern ist eine
Technik, die für die Erzeugung von Lichtpulsen sehr
kurzer Dauer geeignet ist. Solche Lichtpulse sind von
Bedeutung für Nachrichtenübertragungssysteme, die im
Gigahertz-Bereich arbeiten. Modensynchronisierte
Halbleiterlaser bieten die Möglichkeit, Nachrichten mit
Geschwindigkeiten zu überragen, die merklich über den
höchsten Frequenzen liegen, bei denen Halbleiterlaser
mit bekannten Techniken direkt moduliert werden können.
Für die Nachrichtenübertragung werden Lichtpulse oder
Folgen von Lichtpulsen zeitlich unterschiedlich über
Verzögerungsstrecken verzögert, anschließend in
Modulatoren moduliert und zu einem Multiplexrahmen
zusammengefügt. Die Lichtpulse derartiger
Halbleiterlaser lassen sich ebenfalls für die Meßtechnik
verwenden, insbesondere, wenn Frequenzen oberhalb von
20 GHz gemessen werden sollen. Ebenso dienen solche
Halbleiterlaser zur Ansteuerung optischer Korrelatoren
für die Adressencodierung von Einzelbits oder zur
Codierung von Bitgruppen (Headercodierung).
Aus dem Programm der "47th Annual Device Research
Conference", Juni 1989, Cambridge (Massachusetts), Seite
IIIA-4, ist ein Halbleiterlaser nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 bekannt. Er enthält Schichten aus
Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid. Er weist einen
laseraktiven Bereich auf, in dem die optischen Impulse
entstehen. Diese werden anschließend in einem
sogenannten aktiven, d. h. durch eine Stromquelle
gesteuerten Wellenleiterbereich bis zur seitlichen
Begrenzung des Halbleiterlasers transportiert, wo sie
teilweise reflektiert, teilweise emittiert werden. Der
reflektierte Anteil der Lichtpulse wird phasenrichtig
durch den laseraktiven Bereich wieder verstärkt. Dieser
Halbleiterlaser weist außerdem einen sogenannten aktiven
Absorberbereich auf, der zur passiven
Modensynchronisation dient. Unerwünschte Lichtpulse der
doppelten Wiederholungsfrequenz lassen sich durch
Abstimmung zwischen der Verstärkung in der laseraktiven
Zone und der Lichtabsorption in dem Absorberbereich
unterdrücken.
Derartige Halbleiterlaser weisen jedoch das Problem auf,
daß ihre Länge durch die Herstellung technologischen
Schwankungen unterworfen ist. Aufgrund dessen stellt
sich in ihnen eine Wiederholungsfrequenz der Lichtpulse
ein, die von der gewünschten Wiederholungsfrequenz
abweicht.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Halbleiterlaser
der eingangs genannten Art zu schaffen, in dem bei
vorgegebener Wiederholungsfrequenz der Lichtpulse die
von der optischen Länge des Halbleiterlasers abhängige
Umlaufdauer des Laserlichtes in dem Halbleiterlaser
abstimmbar ist. Außerdem soll ein Verfahren zum
Herstellen eines Halbleiterlasers geschaffen werden.
Die Aufgabe wird bei einem Halbleiterlaser der genannten
Art gelöst, wie in Patentanspruch 1 angegeben. Aus den
Unteransprüchen ergeben sich weitere Ausbildungen der
Erfindung.
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines
Halbleiterlasers der genannten Art wird sie gelöst, wie
in Patentanspruch 6 angegeben.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, daß sich durch
Abstimmung der optischen Länge auf die vorgesehene
Wiederholungsfrequenz der Lichtpulse technologische
Schwankungen bei der Herstellung der Halbleiterlaser
innerhalb einer gewissen Bandbreite von z. B. einigen
Promille ausgleichen lassen. Umgekehrt läßt sich bei
einem ausgewählten, einzigen Halbleiterlaser die
Wiederholungsfrequenz innerhalb derselben Bandbreite
frei wählen, wenn die Umlaufdauer durch Abstimmung der
optischen Länge entsprechend eingestellt wird.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung
beispielsweise erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines
Halbleiterlasers und des Eingangsteils eines
Mach-Zehnder-Interferometers und
Fig. 2 eine Draufsicht des Halbleiterlasers und des
Mach-Zehnder-Interferometers.
Zur Erläuterung der Herstellungsschritte des
Halbleiterlasers nach Fig. 1 zeigen:
Fig. 3 und 4 perspektivische Ansichten,
Fig. 5 eine Draufsicht,
Fig. 6 bis 9 perspektivische Ansichten und
Fig. 10 eine Querschnittsansicht des Halbleiterlasers
aus Fig. 1.
Ein Halbleiterlaser 1 (Fig. 1) ist zusammen mit einem
Mach-Zehnder-Interferometer 2, von dem in Fig. 1 nur der
Eingangsteil 3 dargestellt ist, auf einem n-leitenden
Indiumphosphid-Substrat 4 monolitisch integriert. Das
Mach-Zehnder-Interferometer 2 dient sowohl zur Messung
der Wiederholungsfrequenz als auch zur
Amplitudenmodulation des von dem Halbleiterlaser 1 in
Längsrichtung ausgesandten Laserlichts. Allgemein sind
auch andere Modulatoren, insbesondere andere
Interferometer, z. B. Sagnac-Interferometer, zur
Modulation des Laserlichtes denkbar. Halbleiterlaser und
Modulator können auch in hybrider Bauweise aufgebaut
sein. Für die monolitische Integration können außer
n-leitendem Indiumphosphid auch andere Substrate in
Frage kommen.
Im Bereich des Halbleiterlasers 1 ist das
Indiumphosphid-Substrat 4 von einer Pufferschicht 5 aus
n-leitendem Indiumphosphid bedeckt. Sie bildet
gleichzeitig die Sockelschicht einer Mesa 6, die sich im
Inneren des Halbleiterlasers 1 in
Lichtausbreitungsrichtung erstreckt. Oberhalb der
Puffer-Schicht 5 liegt eine Schicht 7, die den optischen
Wellenleiter bildet und sich in
Lichtausbreitungsrichtung über die gesamte Länge des
Halbleiterlasers 1 erstreckt; sie besteht aus einer
quarternären Halbleiterverbindung, z. B. aus
Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid oder
Indium-Gallium-Aluminium-Arsenid. Die Schicht 7 kann,
statt aus einem einzigen Material zu bestehen, aus als
eine Folge übereinanderliegender Schichten nach Art
einer Multi-Quantum-Well-Struktur ausgebildet sein.
Dabei können im Wechsel Schichten aus
Indium-Gallium-Arsenid und
Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid oder aus
Indium-Gallium-Aluminium-Arsenid und
Indium-Aluminium-Arsenid übereinanderliegen. Zu der dem
Mach-Zehnder-Interferometer 2 zugewandten Seite des
Halbleiterlasers 1 hin bildet die Schicht 7 über eine
bestimmte Strecke die oberste Schicht der Mesa 6.
Zu der von dem Mach-Zehnder-Interferometer 2 abgewandten
Seite des Halbleiterlasers 1 hin weist die Mesa 6
oberhalb der Schicht eine dünne Schicht 8 auf, die aus
Indiumphosphid besteht. Sie hat keine Bedeutung für den
Betrieb des Halbleiterlasers 1, wird jedoch bei der
Herstellung als Ätzstopschicht verwandt, weil sie
verhindert, daß eine von oben einwirkende Ätzlösung die
unter ihr liegende Schicht 7 zerstört. Über der Schicht
8 befindet sich ein laseraktiver Bereich 9. Er besteht
ebenfalls aus einer quarternären Halbleiterverbindung,
z. B. aus Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid. Dabei weisen
die III-Elemente zueinander und die V-Elemente
zueinander ein anderes Mischungsverhältnis auf, derart,
daß die Bandabstandsenergie in dem Bereich 9 kleiner ist
als in der Schicht 7. Der Bereich 9 kann sich ebenfalls
aus Multi-Quantum-Well-Schichten zusammensetzen. Eine
Schicht 10 aus p-dotiertem Indiumphosphid bildet die
Deckschicht der Mesa 6 in diesem Bereich.
Oberhalb der Schicht 7 liegt, in Längsrichtung
betrachtet, in einem mittleren Bereich ein Bereich 11
aus semiisolierendem Indiumphosphid, dessen Oberfläche
mit der Oberfläche der Schicht 10 eine gemeinsame Ebene
bildet. Mit Ausnahme eines Teils der Oberfläche des
Bereichs 11 werden die Längsseiten und die Oberfläche
der Mesa 6 von einem Bereich 12 bedeckt, der aus
p-leitendem Indiumphosphid aufgebaut ist. Daß der
Bereich 12 den Bereich 11 im wesentlichen nicht bedeckt,
dient dazu, Bereiche 13, 14 zu beiden Längsenden der
Mesa 6 zu erzeugen, die elektrisch voneinander isoliert
sind. Die Bereiche 13 und 14 werden jeweils von einer
Kontaktschicht 15 aus p-leitendem Indium-Gallium-Arsenid
bedeckt. Die Schicht 15 ihrerseits wird von einer
Schutzschicht 16 aus Siliziumdioxid bedeckt. Sowohl
innerhalb des Bereiches 13 als auch innerhalb des
Bereiches 14 wird die Schutzschicht 16 durch metallische
Schichten 17, 18 durchbrochen, die als elektrische
Kontakte dienen. Unterhalb des Indiumphosphid-Substrats
4 befindet sich eine Metallschicht 19, die ebenfalls als
elektrischer Kontakt dient. Vorteilhaft wird die
Metallschicht 19 als Massekontakt verwandt.
Wenn der Halbleiterlaser 1 in Betrieb ist, wird über den
von der Schicht 17 gebildeten Kontakt ein Laserstrom
IL zugeführt. Der Laserstrom IL weist einen
Gleich- und einen Wechselstromanteil auf; dabei wird die
Stärke des Gleichstromanteils vorteilhaft so gewählt,
daß sie sich unmittelbar unterhalb der Laserschwelle
befindet. Wenn dann ein zusätzlicher Wechselstrom
angelegt wird, entstehen in den laseraktiven Bereich 9
Lichtpulse, die sich in der Schicht 7 fortpflanzen. Sie
werden in den Querseiten reflektiert. Dabei kann die
Querseite, die den Bereich 13 abschließt, vollständig
verspiegelt sein, während die dem
Mach-Zehnder-Interferometer 2 zugewandte Querseite, die
den Bereich 14 abschließt, teilweise verspiegelt ist.
Wenn nun die durch die Länge des Halbleiterlasers 1 und
die optischen Eigenschaften der Schicht 7 vorgegebene
Umlauffrequenz des jeweils reflektierten Anteils der
Lichtpulse mit der Frequenz des Wechselstroms
übereinstimmt, lassen sich die Lichtpulse stets
phasengetreu verstärken.
Die Form der Lichtpulse bestimmt sich durch die Form des
Wechselstromanteils, der sich aus mehreren
Fourier-Komponenten zusammensetzen kann. Der Bereich 11
bildet zusammen mit dem Indiumphosphid-Substrat 4, der
Pufferschicht 5 und der Schicht 7 einen Absorberbereich.
Die Nutzung als passiver Absorberbereich geschieht dann,
wenn sich die Bandabstandsenergie der Schicht 7 nur
wenig von der Bandabstandsenergie des Bereiches 9
unterscheidet. Als aktiver Absorberbereich dient er,
wenn durch ihn ein Strom senkrecht zur
Ausbreitungsrichtung der Lichtpulse fließt. In diesem
Fall müßte der Bereich 11 auf seiner Oberseite mit einem
elektrischen Kontakt versehen sein. Wenn die Energie der
Photonen in der Schicht 7 größer ist als das chemische
Potential des Elektron-Loch-Plasmas in dem Bereich 9,
erscheint der Absorberbereich transparent, andernfalls
absorbiert er die Lichtpulse.
Die optische Länge des Halbleiterlasers 1 hingegen läßt
sich in dem Bereich 14 durch Anlegen eines Stromes IA
zwischen der Schicht 18 und der Metallschicht 19
verändern. Der Bereich 14 wird deshalb auch als
Abstimmbereich bezeichnet. Diese Abstimmöglichkeit hat
zwei Vorteile: Durch sie lassen sich technologisch
bedingte Schwankungen bei der Herstellung des
Halbleiterlasers 1 auffangen. So kann man z. B. von einer
relativen Längenstreuung von ± 8‰ ausgehen.
Umgekehrt läßt sich bei einer fest vorgegebenen
Gesamtlänge des Halbleiterlasers 1 die Umlauffrequenz
innerhalb der gleichen Schwankungsbreite verändern.
Aufgrund der Ladungsträgerinjektion in den Bereich 14
durch den Strom IA läßt sich ebenfalls die Pulsform
der Lichtpulse beeinflussen. Auf diese Weise läßt sich
u. U. auf eine Pulsformung in einem sättigbaren
Absorberbereich verzichten.
Der Strom IA fließt in dem Halbleiterlaser 1 senkrecht
zur Ausbreitungsrichtung der Lichtpulse, da sich die
Schicht 18 und die Metallschicht 19, die die Elektroden
bilden, übereinander befinden.
Die Elektroden können auch an anderen Stellen auf der
Oberfläche des Halbleiterlasers 1 angebracht sein, außer
an der Stelle, an der die Lichtpulse aus dem
Wellenleiter nach außen emittiert werden. Es muß nur
gewährleistet sein, daß der Strom in irgendeiner
Richtung, außer der Ausbreitungsrichtung der Lichtpulse,
durch den Wellenleiter hindurchgeht.
Ein den emittierten Anteil der Lichtpulse aufnehmender
Modulator, wie das hier dargestellte
Mach-Zehnder-Interferometer 2, kann entweder in
monolithischer Bauweise auf dem gleichen Substrat
integriert sein oder hybrid hergestellt werden. Es
lassen sich neben dem Halbleiterlaser 1 auch mehrere
Modulatoren und andere optische Bauelemente, z. B.
Verzögerungselemente, auf dem gleichen Substrat
integrieren. Das Mach-Zehnder-Interferometer 2 weist
eine Schicht 20, eine Schicht 200, eine Schicht 21 sowie
eine Schicht 22 auf, die jeweils der Pufferschicht 5,
der Schicht 7, dem Bereich 12 und der Kontaktschicht 15
des Halbleiterlasers 1 entsprechen und so aufgebaut sind
wie diese. Daher lassen sich diese Schichten des
Halbleiterlasers 1 und des Mach-Zehnder-Interferometers
2 gleichzeitig in den entsprechenden Dotier- und
Epitaxieschritten herstellen.
Zwischen dem Halbleiterlaser 1 und dem
Mach-Zehnder-Interferometer 2 ist oberhalb des
Indiumphosphid-Substrats 4 ein Übergangsbereich 23. Das
Mach-Zehnder-Interferometer 2 (Fig. 2) weist neben
seinem Eingangsteil 3 zwei Arme 24, 25 sowie ein
Ausgangsteil 26 auf. Zur Modulation der Lichtpulse kann
z. B. einer der beiden Arme 24, 25 eine
Laufzeitverzögerung der Lichtpulse gegenüber dem anderen
Arm 25, 24 verursachen. Die Laufzeitverzögerung wird
entweder, lithographisch bedingt, durch unterschiedliche
optische Dichte in den beiden Armen 24, 25 oder durch
Anlegen eines elektrischen Feldes an einen der beiden
Arme 24, 25 bewirkt. Dadurch entsteht im Ausgangsteil 26
ein amplitudenmoduliertes optisches Signal.
Wenn die den Halbleiterlaser 1 verlassenden Lichtpulse
entweder einem ersten Mach-Zehnder-Interferometer
unverzögert und (n-1) weiteren
Mach-Zehnder-Interferometern um eine Verzögerungszeit
von jeweils 1, 2, 3, ... (n-1) zugeführt werden,
anschließend amplitudenmoduliert wieder zusammengeführt
werden, so entsteht aus ihnen ein Zeitmultiplexrahmen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Halbleiterlaser
eine Steuerschaltung zur Steuerung des Stromes IA
aufweist. Das Mach-Zehnder-Interferometer 2 läßt sich
zur Messung der Umlauffrequenz der Lichtpulse in dem
Halbleiterlaser 1 nutzen, indem z. B. die Laufzeit der
Lichtpulse in dem Arm 24 des
Mach-Zehnder-Interferometers 2 gegenüber der in dem Arm
25 so verstimmt wird, daß die Transmissionsamplitude
zweier sich in dem Ausgangsteil 26 überlagernder
Lichtpulse maximal wird.
In diesem Fall ist die Amplitude ein Maß für die
Wiederholungsfrequenz der Lichtpulse, aus der in einem
Subtrahierer die Differenz zu einer vorgegebenen
Soll-Wiederholungs-Frequenz erzeugt wird. Die Differenz
wird dann der Steuerschaltung zugeführt, die aufgrund
dessen den Strom IA ändert oder ihn beläßt. Sofern
dieser Vorgang kontinuierlich abläuft, bilden der
Halbleiterlaser 1, das Mach-Zehnder-Interferometer 2,
der Subtrahierer und die Steuerschaltung eine
Regelschleife.
Die Transmissionsamplitude läßt sich ebenfalls nutzen,
um mittels einer Änderung des Wechselstromanteils des
Laserstromes IL die Wiederholungsfrequenz der
Lichtpulse zu ändern.
Es lassen sich auch mehrere Halbleiterlaser 1
nebeneinander anordnen, insbesondere auf einem einzigen
Substrat. Wenn diese Halbleiterlaser 1 geringfügig
voneinander abweichende optische Längen haben, dann
lassen sich die Wiederholungsfrequenzen der jeweils von
ihnen ausgesandten Lichtpulse durch Anlegen
entsprechender Ströme IA ausgleichen. Auch diese
Ströme IA lassen sich durch Bestimmung-der
Transmissionsamplituden in einem Interferometer oder in
mehreren Interferometern steuern, wenn eine
Referenzlichtquelle vorhanden ist, die Lichtpulse einer
vorgegebenen Wiederholungsfrequenz liefert und diese
Lichtpulse ebenfalls das Interferometer bzw. die
Interferometer durchlaufen.
Anstelle des Halbleiterlasers 1, in dem der laseraktive
Bereich 7 oberhalb des optischen Wellenleiters liegt,
können ein laseraktiver Bereich und ein Wellenleiter
auch hintereinander angeordnet sein, so daß dann die
Lichtpulse in einem Bereich hin- und herreflektiert
werden, der sowohl aus dem laseraktiven Bereich als auch
aus dem Wellenleiter besteht.
In einem anderen Aufbau können laseraktiver Bereich und
Wellenleiter auch über die ganze Länge des
Halbleiterlasers nebeneinander angeordnet sein.
Der Halbleiterlaser 1 (Fig. 3) wird hergestellt, indem
in einem ersten Epitaxieschritt auf dem Substrat 4
nacheinander die Pufferschicht 5, die Schicht 7, die
Schicht 8 als Ätzstopschicht sowie eine Schicht, aus der
später der laseraktive Bereich 9 hergestellt wird, und
eine Schicht 10 abgeschieden werden.
Nach Aufbringen einer Schicht 27 (Fig. 4) aus
Siliziumdioxid wird lithographisch aus der Schicht 27
ein Streifen in Längsrichtung, z. B. der 011-Richtung des
n-leitenden Indiumphosphid-Substrats 4, hergestellt und
anschließend die Mesa 6 geätzt.
Der Bereich 13 und mit ihm der laseraktive Bereich 9
entstehen, indem die Schichten 8, 9, 10 und 27 in einem
nicht durch einen Photolack abgedeckten Bereich 28 (Fig.
5) nacheinander weggeätzt werden. Die Schicht 8 (Fig. 6)
wird in einem gesonderten Ätzschritt durch ein Ätzmittel
entfernt, das spezifisch nur diese Schicht 8 angreift.
In einem zweiten Epitaxieschritt (Fig. 7) wird innerhalb
des Bereiches 13 seitlich der Mesa 6 und außerhalb des
Bereiches 13 auch oberhalb der Mesa 6 semiisolierendes
Indiumphosphid 29 abgeschieden. Die Schicht 27 bleibt
dabei unbedeckt. Die Bereiche 11 und 14 (Fig. 8) werden
dadurch definiert, daß oberhalb der Bereiche 11 und 13
ein Lack aufgebracht wird und indem anschließend das
semiisolierende Indiumphosphid 29 durch Ätzen entfernt
wird. Dadurch wird nun in dem Bereich 14 die Schicht 7
wieder freigelegt. Anschließend werden der Lack und die
Schicht 27 entfernt.
In einem dritten Epitaxieschritt (Fig. 9) werden die
Bereiche 11, 13 und 14 durch p-leitendes Indiumphosphid
bedeckt, welches den Bereich 12 bildet. Die
Kontaktschicht 15 aus p-leitendem Indium-Gallium-Arsenid
wird darauf aufgetragen.
Der Bereich 12 (Fig. 10) erhält in seiner Mitte eine
Einkerbung, indem er nach vorher erfolgtem teilweisen
Bedecken durch eine Lackschicht oberhalb des Bereiches
11 abgeätzt wird. Darauf werden die Schicht 15 die der
Einkerbung zugewändten Seitenkanten des Bereiches 12 und
der Bereich 11 durch die Schutzschicht 16 aus
Siliziumdioxid bedeckt. Die Schutzschicht 16 wird
oberhalb der Bereiche 13 und 14 selektiv abgeätzt, um
das Aufbringen der metallischen Schichten 17, 18 zu
gestatten, die als elektrische Kontakte dienen. Die
Unterseite des Indiumphosphid-Substrats 4 wird mit der
Metallschicht 19 versehen. Damit ist der Halbleiterlaser
1 entstanden.
Es versteht sich, daß bei gemeinsamer Fertigung des
Halbleiterlasers 1 und des Mach-Zehnder-Interferometers
2 oder mehrerer Mach-Zehnder-Interferometer auf
demselben Indiumphosphid-Substrat 4 Ätz- und
Epitaxieschritte gemeinsam durchgeführt werden, so etwa
das Abscheiden der Pufferschicht 5 und der Schicht 20.
Claims (6)
1. Monolithisch integrierter, modensynchronisierter
Halbleiterlaser (1), der einen laseraktiven Bereich zur
Erzeugung von Lichtpulsen und einen optischen
Wellenleiter zur Ausbreitung der Lichtpulse aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiterlaser (1) an seinen Außenseiten
Elektroden aufweist, an die ein Strom (IA) anlegbar
ist, durch den die optische Länge des Wellenleiters
veränderbar ist.
2. Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Elektroden an denjenigen Außenseiten
befinden, die längs zur Ausbreitungsrichtung der
Lichtpulse in dem Wellenleiter liegen, und daß der Strom
(IA) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Lichtpulse
durch den Wellenleiter fließt.
3. Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden an den Außenseiten so angebracht
sind, daß der Strom (IA) in einer anderen als der
Ausbreitungsrichtung der Lichtpulse durch den
Wellenleiter fließt.
4. Halbleiterlaser (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß er, angrenzend an den Wellenleiter, einen
Absorberbereich aufweist.
5. Einrichtung mit einem Halbleiterlaser (1) nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß eine Steuerschaltung zur Steuerung des Stromes (Ia) vorhanden ist,
- - daß ein Mittel zur Messung der Wiederholungsfrequenz der Lichtpulse vorhanden ist,
- - daß ein Subtrahierer zur Bildung der Differenz aus der gemessenen Wiederholungsfrequenz und einer Soll-Wiederholungsfrequenz vorhanden ist und
- - daß die Differenz in der Steuerschaltung zur Steuerung des Stromes (IA) dient.
6. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- - daß auf einem n-leitenden Indiumphosphid-Substrat durch Epitaxie, selektives Bedecken durch Lackschichten und selektives Wegätzen einzelner Schichten und Bereiche eine Mesa gebildet wird, die einen passiven Wellenleiterbereich, einen laseraktiven Bereich, einen Bereich aus semiisolierenden Indiumphosphid sowie einen Abstimmbereich zur Abstimmung der optischen Länge umfaßt,
- - daß die Seitenbereiche der Mesa von semiisolierendem Indiumphosphid umgeben werden und
- - daß auf die Oberseite des Halbleiterlasers und auf die Unterseite des Indiumphosphid-Substrats metallische Schichten aufgebracht werden, die als elektrische Kontakte dienen.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19904010823 DE4010823A1 (de) | 1990-04-04 | 1990-04-04 | Modensynchronisierter halbleiterlaser |
| DE202004021534U DE202004021534U1 (de) | 1990-04-04 | 2004-05-06 | Heizsystem für ein Fahrzeug |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19904010823 DE4010823A1 (de) | 1990-04-04 | 1990-04-04 | Modensynchronisierter halbleiterlaser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4010823A1 true DE4010823A1 (de) | 1991-10-10 |
Family
ID=6403716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19904010823 Withdrawn DE4010823A1 (de) | 1990-04-04 | 1990-04-04 | Modensynchronisierter halbleiterlaser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4010823A1 (de) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0545820A1 (de) * | 1991-12-04 | 1993-06-09 | Alcatel | Optisches Halbleiterbauelement mit einer grösseren Ausgangsfeldfleckverteilung und sein Herstellungsverfahren |
| DE4410780A1 (de) * | 1994-03-28 | 1995-10-05 | Siemens Ag | Integrierte Laseranordnung in Verbindung mit einem mitintegrierten Interferometer |
| DE4445566A1 (de) * | 1994-11-30 | 1996-06-05 | Korea Electronics Telecomm | Verfahren zur Herstellung einer optischen integrierten Schaltung |
| DE19619533A1 (de) * | 1996-05-15 | 1997-11-20 | Sel Alcatel Ag | Monolithisch integriertes optisches Halbleiterbauelement |
| GB2368969A (en) * | 2000-11-11 | 2002-05-15 | Marconi Caswell Ltd | Wavelength Locker |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0358144A1 (de) * | 1988-09-08 | 1990-03-14 | Alcatel N.V. | Mit einer hohen Frequenz modulierte Halbleiterlaserquelle |
-
1990
- 1990-04-04 DE DE19904010823 patent/DE4010823A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0358144A1 (de) * | 1988-09-08 | 1990-03-14 | Alcatel N.V. | Mit einer hohen Frequenz modulierte Halbleiterlaserquelle |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| DE-B: KNEUBÜHL, F.K., SIGRIST, M.W.: Laser, 2. Aufl., B.G. Teubner, Stuttgart 1989, S. 217 * |
| US-Z: BOUADMA, N. et al.: "Fabrication and Charac-teristics of Ion Beam Etched Cavity InP/InGaAsP BH Lasers", IEEE J. Quantum Electron., 23, Juni 1987, S. 909-914 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0545820A1 (de) * | 1991-12-04 | 1993-06-09 | Alcatel | Optisches Halbleiterbauelement mit einer grösseren Ausgangsfeldfleckverteilung und sein Herstellungsverfahren |
| FR2684823A1 (fr) * | 1991-12-04 | 1993-06-11 | Alsthom Cge Alcatel | Composant optique semi-conducteur a mode de sortie elargi et son procede de fabrication. |
| US5278926A (en) * | 1991-12-04 | 1994-01-11 | Alcatel Alsthom Compagnie Generale | Widened output mode semiconductor optical component and method of fabricating it |
| DE4410780A1 (de) * | 1994-03-28 | 1995-10-05 | Siemens Ag | Integrierte Laseranordnung in Verbindung mit einem mitintegrierten Interferometer |
| DE4445566A1 (de) * | 1994-11-30 | 1996-06-05 | Korea Electronics Telecomm | Verfahren zur Herstellung einer optischen integrierten Schaltung |
| DE19619533A1 (de) * | 1996-05-15 | 1997-11-20 | Sel Alcatel Ag | Monolithisch integriertes optisches Halbleiterbauelement |
| GB2368969A (en) * | 2000-11-11 | 2002-05-15 | Marconi Caswell Ltd | Wavelength Locker |
| WO2002039553A3 (en) * | 2000-11-11 | 2003-05-01 | Bookham Technology Plc | Wavelength locker |
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