DE2622267A1 - Zweidimensionale injektionslaser- matrix - Google Patents

Description

• Zweidimensionale Injektionslaser-Matrix Die Erfindung betrifft eine zweidimensionale Injektionslaser-Matrix mit gekniekte Strahlengänge aufweiserden Resonatoren sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Matrix Bei den herkömmlichen Injektionslasern fließt ein Strom durch einen pn-Ubergang zwischen zwei Halbleitersschichten von unter schiedlichem Leitungstyp und erzeugt ein Ungleichgewicht er Konzentration von Löchern und Elektronen in einem gemeinsamen Rekombinationsbereich. Bei der Rekombination dieser so erzeugten Locher und Elektronen wird im Bereich des pn-Ubergangs Licht, emittiert. Werden diese Vorrichtungen in einem Fabry-Perot-Resonator betrieben, so wird Licht in Richtunq des on-Übergangs in einer Ebene erzeugt , die senkrecht zur Richtunq des Stromflusses durch den Übergang ist.
• Wegen der relativ kleinen Leistung der bekannten Injektionslaser ist es in vielen Fällen erforderlich, mehrere Injcktionslaser zu einer matrixförmigen Einheit zusammenzufassen, die die erforderliche Leistung erzeugt. Da bei den bisher bekannten Injektionsiasern die Lichtemission stets parallel zum pn-Übergang und daher senkrecht zur Stromrichtung erfolgte war es schwierig, ohne zusätzlichen Aufwand größere Anzahlen von Injektionslasern zu gemeinsam wirksam werdenden Einheiten zusammenzufassen. Insbesondere war es bisher nur möglich, die zu einer Einheit zusammengefaften Injektionslaser in einer einzigen Dimension anzuordnen, während eng gepackte zwei-dimensionale matrixförmige Laseranordnungen nicht hergestellt werden konnten.
• Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, Injektionslaser anzugeben, die dicht nebeneinander angeordnet zu zwei-dimensionalen Einheiten zusammengefaßt werden können. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 beschriebene Erfindung dadurch gelöst, daß Laser mit einem geknickten Strahlengang aufweisenden Resonatoren verwendet werden, bei denen das emittierte Licht parallel zur Richtung des die Emission anregenden Stromes verläuft.
• Vorrichtungen der oben genannten Art werden beispielsweise in der US-Patentschrift 3 290 539 beschrieben, bei der eine Folie aus reflektierendem Material, beispielsweise eine Aluminiumfolie, verwendet wird , in des durch Stanzen eine vielzahl von narabelförmigen Reflektoren erzeugt wird. Diese eine Vielzahl von Reflek toren enthaltencte Folie wird über eine Anordnung von pn-Übergangslasern so angeordnet, daß das von jedem Übergang ausgehende Licht senkrecht zur Ebene dieses Überganges abgelenkt wird Es hat sich jedoch gezeigt, das die rierstellunq und vor allem die Ausrichtung derartiger Reflektoranordnungen auf die einzelnen pn-Übergänge außerordentlich schwierig ist und in der flegel nicht mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden kann. Andere komplizierte Laservorrichtungen mit Beugungsgittern zur Rückführung und Auskoppelung des Lichtes in einer zur Stromrichtung parallelen Richtung werden beispielsweive in der Veröffentlichung "Selectively Etched Diffraction Gratings in GaAs" von Comerford und Zory, Applied Physics Letters, Vol. 25, Seite 208, 1974 beschrieben.
• Die gemäß der Erfindung in einem den pn-Übergang enthaltenden Halbleiterkörper geätzten V-förmigen Ausnehmungen werden durch Flächen begrenzt, die mit der Ebene des pn-ÜbergangswWinkel von genau 45° bilden und an denen die parallel zur Ebene des übergangs entstehende Strahlung senkrecht abgelenkt wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Ätzvorgang so durchgeführt, daß die die Ebene des Übergangs schneidenden Flächen mehr als 450, beispielsweise Winkel von 54,70 einschließen, wobei weitere, als Rückreflektoren ausgebildete Flächen vorgesehen sind, durch die sichergestellt wird, daß das reflek tierte Licht wieder den pn-Übergängen zugeführt wird Die den pn-Übergang schneidenden reflektierenden Flächen werden in den Laserkörper selbst eingearbeitet, so daß die Abmessungen der durch sie definierten Resonatoren außerordenlich klein gemacht werden können. Da die Winkellagen dieser Flächen durch den Ätzvorgang und durch die Kristallstruktur der verwendeten Halbei ter mit größter Genauigkeit definiert werden, sind die erfindungsgemäßen Laservorrichtungen von höchster Präzision. Darüberhinaus sind keinerlei Justagen durchzuführen. Bei Verwendung von als Rückstrahler ausgebildeten reflektierenden Flächen werden die Anforderungen an die Genauigkeit bei der Ausrichtung der einzelnen, den Strahlenweg irn Resonator definierenden reflektiererden Flächen stark herabgesetzt.
• Die Erfindung wird anschließend anhand der Figuren näher erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 eine zum Stande der Technilt gehörende Mehrfach-Injektionslaseranordnung, Fign. 2 u. 3 Ausführungsbeispiele der Erfindung, Fiqn. 4 u. 5 schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der Herstellung der in den Fign. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele, Fig. 6 eine Draufsicht der in Fiq. 2 dargestellten hnordnung, Fig. 7 die schematische Darstellung der Draufsicht eines von dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel abweichenden Ausführungsbeispiels, Fign. 8, 9 u. 12 weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung, Fign. 10 u. 11 schematische Kurven zur Veranschaulichung der Funktion der in den Fign. 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiele.
• In Fig. 1 wird ein zum Stande der Technik gehörender Doppel-Injektionslaser mit materialverschiedenen Übergängen (beterojunction) dargestellt. Auf einem Substrat 2 aus n-leitendem GaAs wird nacheinander eine n-leitende GaAlAs Schicht 4, eine p-leitende GaAs Schicht 6, eine p-leitende GaAlAs Schicht 8 und eine p-leitende GaAs Schicht 9 aufgebracht. Streifenförmige Metallelektroden 10 werden durch bekannte Verfahren auf die Oberfläche der Schicht 9 aufgebracht. Die gegenüberliegende Seite der Schicht 2 wird mit einer Metallelektrode 12 versehen. Die ehenen Spiegelflächen P und P' werden durch Spaltung des Kristallkörpers entlang der (110) Ebenen erzeugt. Wird ein einen Schwellenwert übersteigender Strom mit ililfe einer Batterie 14 über eine der Elektroden 10 geleitet.
• so tritt im bereich des senkrecht zwischen den Elektroden 10 und 12 verlaufenden Stromes liegenden pn-Überganges 16 eine Strahlung L auf. . er Resonator der Laseranordnung ist, wie oben beschrieben, durch die beiden Spaltflächen P und P' begrenzt und das Licht wird von den Spiegelflächen in einer Richtung reflektiert, die angenähert senkrecht zur Flußrichtung des Stromes liegt. Die erforderliche Reflektivität er den Resonator begrenzenden Flächen wird durch die Unterschiede der Reflexionsindices des Halbleitermaterials und der angrenzenden Luft verursacht.
• Wie schon gesagt, ist es eine Aufgabe der Erfindung, die in Fig. 1 dargestellte, zum Stande der Technik gehörende Vorrichtung so abzuändern, daß der Aufbau von zwei-dimensionnalen matrixförmigen Anordnungen möglich wird, durch die eine Leistung ermöglicht wird die dem Quadrate der mit den bisher bekannten Vorrichtungen erzielbaren Leistung gleich ist. Diese Aufgabe wird dadurch erreicht, daß der Strahlenweg der in Fig. 1 dargestellten Resonatoren durch Herstellung von in den Flächen P und P' eingearbeitete Flächen die mit dem pn-Übergang Winkel von 45° einschließen, geknickt wird.
• Ein derartiges Ausführungsbeispiel wird in Fig. 2 dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus einer etwa 100 µm dicken ersten Schicht 20 aus n-leitenden GaAs. Auf dieser Schicht wird eine etwa 4 bis 5 µm dicke Schicht auf n-leitenden Ga0,7Al0,3 As aufgebracht. Über der Schicht 22 wird eine 0,3 µm dicke Schicht 24 aus p-leitendem GaAs zur Bildung des pn-Überganges 25 aufgebracht. Schließlich wird auf der Schicht 2d ein: aus p-leitenden Ga0,7Al0 3As bo stehende und 1 µm sicke Schicht 26 unO auf dieser eine aus pleitendem GaAs bestehende, 1 µm dicke Schicht 28 aufgebracht.
• Diese Anordnung wird init einer aus SiO2 bestenn Schicht 30 (siehe Fig. 4) überzogen, die etwa 10 bis 12 zum breite Fenster oder Öffnungen 32 aufweist. Im Bereich dieser Öffnungen wird der Halbleiterkörper mit einer Lösung von H2SO4-H2O2-H2O bis auf eine Tiefe von 5 bis 6 µm chemisch geätzt, so daß V-förmige Ausnehmungen 34 entstehen. Genaue Angaben über ein Ätzmittel, mit dem mit der Schichtehene einen Winkel von 450 einschließende Flächen erzeugt werden können, sind der Literaturstelle "Selective Etching of Gallium Arsenide Crystals in H2SO4-H2O2-H2O System" von Shina Iida et al, The Journal of Electrochemical Society; Solid State Science, May 1971, Seiten 768 bis 771 beschrieben. Flächen, die mit der Kristallfläche Winkel von 45° einschleißen, können beispielsweise mit a) 1H2SO4-8H2O2-1H2O und b) 8H2SO4-1H2O2-H2O hergestellt werden.
• In den ausgewählten Beispielen beträgt die Konzentration des H2SO4 98 Gew.% und die Konzentration des H2O2 30 Gew.%, während die in der Formel angegebenen Konzentrationen auf das Volumen bezogen sind. Mit der unter a) aufgefübrten Lösung wurde bei 0°C in GaAs Schichten eine Ätzgeschwindigkeit von 3 bis 4 um pro Minute erzielt. Es hat sich herausgestellt, das beim Ätzvorgang Kanäle mit unter 45° gegen die Kristallfläche geneigten Wänden entstehen, wenn der Ätzvorgang auf einer, einer zu (001) Ebene parallelen Fläche durchgefürt wurde, wobei die gegenseitig senkrecht aufeinander liegen Ebenen die (110) und (110) - Ebenen waren. Die Ätzflüssigkeit wurde bei Erreichen der gewünschten Tiefe neutralisiert.
• Es ist offensichtlich, daß die Ätzgeschwindigkeit von der Temperatur des Ätzmittels und von der kristallinen Orientierung des Materials abhängig ist. Wie in der oben genannten Veröffentlichung von Iida angegeben, entstehen beim Ätzvorgang spiegelähnliche Flächen, die mit der Kristallfläche Winkel von 45° einschließen. Dadurch ist es möglich, daß die Kanten oder Flächen 36 der Ausnehmungen 34 als Spiegel für die aus dem pn-Übergang 25 austretende Strahlung wirken. Der Ätzvorgang wird bei Erreichen der Linie 37 in der Schicht 22 unterbrochen. Das Laserlicht wird an den Kanten 36 totalreflektiert, so daR es nach der Reflexion senkrecht zu den Schichten verläuft.
• Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist das Ätzprofil so ausgebildet, daß bei einer Breite des Fensters 32 von 10 bis 12 µm die Ätztiefe 4 bis 5 µm und die Länge der Kanalkante 36 7 bis 8 µm beträgt.
• Die Kante 36 bildet mit der Ebene des pn-Übergangs 25 einen Winkel von 45°. und ist für in Richtung des pn-Übergangs verlaufende Strahlung 100 % reflektierend.
• Zur Vervollständigung der Vorrichtung wird das aus As bestehende Substrat 20 durch eine Öffnung in einer Photolacmaske von unten nach oben mit einer 1H2SO4-8H2O2-1H2O Lösung bei 0°C in einem Zeitraum von 4 bis 5 Minuten geätzt. Nach diesem Zeitraum wird das Ätzmittel neutralisiert. Durch diesen Ätzvorgang wird die gesamte, unter der Öffnung der besagten Photolackmaske liegende GaAs Schicht 20 entfernt und die untere Flache der aus GaAlAs bestehenden Schicht 22 freigelegt, so daß ein Fenster 38 (Fig. 2) entsteht.
• Anschließend wird eine 2000 bis 3000 Å dicke Schicht 40 aus Gold oder einem anderen reflektierendem Material auf der Schicht 22 abgelagert, wodurch eine totalreflecktierende Schicht entsteht. In den anschließendem Fenstern 38' wird kein Metall unterhalb der Ätzkanten 36 abgelagert, so daß diese Zwischerenene er als teilreflektierender Spiegel wirkt. Wie schon gesagt, werden die Spiegel nur in den Fenstern 38, nicht aber in den Fenstern XR ' angeordnet. so daß jeweils ein totalreflektierendes Fenster und daneben ein nichtreflektierendes oder ein teilreflektierendes Fenster vorliegt. Weiterhin wird eine dünne Metallschicht 44 an der unteren Fläche der n-leitenden GaAs Schicht 20 angebracht und matrixförmig angeordnete Leiter 46 mit Hilfe nicht dargestellter Masken in den betreffendem Bereichen angebracht, die als Elektroden für die einzelnen Injektionslaser dienen und über geeignete Leiter 48 mit Stromquellen 50 verbunden sind.
• Fließt ein Schwellenwertstrom über eine bestimmte Elektrode 46, so wird das normalerweise in dem aus den Schichten 22, 24 und 26 bestehenden Heteroübergang entstehende Licht auf ctie durch die Flchcn 36 gebildeten Spiegel auftreffen, so daß das emittierte Licht nach unten reflektiert wird. Der Spiegel 40 und die geätzte Fläche S stellen die den Resonator einschließenden Reflektoren dar. Jeder Spiegel 40 dient als totalreflektierender Spiegel fiir zwei benachbarte Kanten von zwei verschiedenen Lasern (die rechte Kante des ersten. Lasers und die linke Rante eines zweiten, dem ersten Laser benachbarten Lasers). Die geätzte Flache 5 dient als halbdurchlässiger Spiegel für zwei benachbarte Laser (die rechte Kante des zweiten Lasers und die linke kante eines dritten, dem zweiten Laser benachbarten Lasers). In dieser Weise dient ein ebener Spiegel 40 oder eine Fläche S als Teile der Resonatoren von zwei unabhängigen benachbarten Lasern. In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, die rasterartige Vorrichtung mit besonderen Spiegeln für jeden Resonator herzustellen , so daß kein einzelner Spiegel zwei verschiedenen Resonatoren zugeordnet ist.
• rig. 6 6 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 2 dargestellte Vorrich tung. Jeder der Kanäle 34 hat zwei Kanten oder Flächen 36. Zwischen den einander gegenüberliegende Flächen 36, die zu einem paar benachbarter Kanäle 34 gehören, sind aus leitenden Streifen 46 bestehende Elektroden angeordnet. Ist ein totalreflektierender Spiegel 40 (Fig. 2) unter einer mit I bezeichneten Zeile (siehe Fig. 6) angeordnet, so wird kein Licht aus den Fenstern dieser Zeile austreten. Die unterhalb einer benachbarten, mit II hezeichneten Zeile angeordneten spiegelähnlichen geätzten Flächen S sind fUr das durch den Laser emittierte Licht teildurchlässig, so daß durch ein Fläche S das in den einzelren Lasern dieser Zelle emittierte Licht austreten kann. nei der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung erfolgt somit eine Lichtemission in den Zeilen II und IV, nicht dagegen in den Zeilen 1 und TII. Das aus einen unter den Zeilen I und II angeordnete Fenster austretende. Licht kann, je nachdem, welche der Elektroden 46 erreqt wurde, von jedem der beiden benachbarten Lasern stammen.
• Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung werden benachbarte Laser dadurch vollständig voneinander getrennt, daß die reflektierende Bereiche 40 oder 5 nicht gemeinsam jeweils zwei benachbarten Lasern, sondern jeweils nur einem einzigen Laser zugeordnet sind. Durch Verlängerung des Atzvorganges kann erreicht werden, daß alle Kanten 36 bis in die Schicht 20 hineinreichen und voneinander getrennt sind. Fig. 2). Danach werden unter jeder Kante 36 besondere Spiegel 40 angeordnet, so daß es möglich wird, jeden Laser unabhängig von den benachbarten Lasern zu betreiben.
• Wird. die unterste Schicht 20 durch eine kreisförmige Maske hindurch geätzt, so entsteht ein zur Aufnahme eines Lichtleiters, beispielsweise eines optischen Faserbündels, geeigneter Kanal, wie er beispielsweise durchgh gestrichelte Linien in Fig. 2 dargestellt ist. Auf diese Weise kann das ereugte Licht von jedem einzelnen Laser abgeleitet werden.
• Durch die Möglichkeit, in GaAs Schichten durch Ätzen spiegelnde Fischen zu erzeugen, die it der Schichtebene Winkel von 4O einschließen, können Injektionslaser erzeugt werden, deren im pn-Übergang entstehende Strahlunq parallel zur Richtunq des den Ubergang durchsetzenden Stromes austritt. Durch diese Eigenschaft ist es möglich, aus zweidimensional matrixförmig angeordneten pn-Übergängen bestehende Laservorrichtungen herzustellen, ohne daß besondere Anordnungen und Maßnahmen zur Ausrichtung und Justage erforderlich sind. Die geätzten Xanten oder Flächen 36 weisen automatisch die richtige Winkellage und eine hohe ReElektivltat auf, so daß durch die Art der Herstellung die Genauigkeit der Anordnuna und Ausrichtung der einzelnen Laserelemente gegeben ist.
• Ist die Absorption der n-leitenden GaAs Schicht 20 für das er zeugte Laserlicht nicht so groß, daB die Funktion der Anordnung in Frage gestellt wird, so sind die Fenster 38 und 38' nicht nötig und die gemeinsame Elektrode 44 kann sich über die ge samte untere Fläche der Schicht 20 erstrecken.
• nie in den Fign. 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung bestehen aus einer n-leitenden GaAs Schicht 20, auf der in bekannter Weise nacheinander eine n-leitende GaAlAs Schicht 22, eine p-leitende GaAs Schicht 24, eine p-leitende GaAlAs-Schicht 26 und eine p-leitende GaAs Schicht 28 aufgebracht sind. Durch die Schichten 22-28 werden kanalartige Ausnehmungen 64 geätzt, deren Wände durch (111) Xristallebenen gebildet werden. Ein geeignetes ätzmittel besteht aus einer Lösung aus H2SO4-H2O2-H2O, mit deren Hilfe unter Verwendung von nicht dargestellten Schutzmasken die kanalartigen Ausnehmungen 64 geätzt werden. Genauere Angaben über Ätzmittel zur Erzeugung von Ausnehmungen zwischen den (111) und (100) Kristallebenen eines Doppelheteroübergangs werden in der oben genannten Literaturstelle von Shina Iida et al beschrieben. Eine als Xtzmittel besonders geeignete Lösung besteht aus 1H2504-8H202-lH20, während eine andere geeignete Lösung aus 8H2SO4-1H2O2-H2O besteht.
• Im gewählten Beispiel werden H2SO2-Konzentrationen von 98 Gew.% und H2O4-Konzentrationen von 30 Gw. % verwendet, während die Formelangaben Volumenangaben sind.
• Im Gegensatz zu den in den Fign. 2, 3, 4, 5, 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispielen, ei denen die Wunde oder Flachen der geätzten Ausnehmungen Winkel von 450 mit den pn-Übergängen ein schließen, schlieren die Wände der Ausnehmungen bei den in den Fign. 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispielen Winkel von 54r70 mit den pn-Ubergängen ein. Es hat sich nämlich gezeigt, daß Ätzungen in Richtung der Kristallflächen (001) bei III-V Substanzen zwar die gewünschten Winkel von 450 erzeugen, daß aber ein Ätzvorgang in dieser Richtung nur sehr schwer mit der erforderlichen Ebenheit durchgeführt werden kann. Dagegen ist es einfacher, Ausnehmungen oder Kanäle durch chemisches Ätzen in Richtung der (111) Kristallebenen durchzuführen, bei denen jedoch von 45° verschiedene Winkel auftreten. Es ist ohne weiteres einzusehen, daß bei reflektierenden Flächen, die von 45° verschiedene Winkel mit den pn-Übergängen einschließen, eine Zurückführung der emittierten Strahlung zu den Übergängen mit den gezeigten Vorrichtungen nicht möglich ist.
• Damit die mit der vereinfachten ätzung verbundenen Vorteile ausgenutzt werden kennen, werden an der Unterseite oder der Oberseite des die Injektionslaseranordnung bildenden gristallkörpers gevellte oder gitterartige Strukturen mit räumlich sich ändernden Konstanten angeordnet, durch die die an den Winden der Ausnehmungen 64 reflektierte, nicht senkrecht zur pn-Übergangsebene verlaufende Strahluny unabhangig von ihrer Einfallsrichtung in sich selbst zu den pn-übergängen zurückreflektiert wird.
• Wird aus einem Bereich des pn-Überganges zwischen den Schichten 22 und 24 Strahlung emittiert, so fällt diese auf eine Fläche 68, die mit der Ebene des pn-Überganges einen Winkel einschließt der gr5ßer als 450 ist. Demzufolge wird ein an dieser Fläche reflektierter Strahl, beispielsweise ein Strahl 9, auf die Fläche 65 des Substrates 20 unter einem von 900 verschiedenen Winkel auftreffen. Handelt es sich bei der Fläche 65 um eine ebene Fläche, so wird der Strahl an dieser so reflektiert, daß er zu den durch die Flächen 22 und 24 gebildeten pn-t5bergang nicht mehr zurückgelangt. Da unter diesen. Umständen ein Senden nicht stattfinden kann, sind besondere Maßnahmen erforderlich, um eine Rückführung des Strahls 69 zum pn-Übergang zu gewährleisten.
• Zu diesem Zweck wird die Fläche 65 in besonderer Weise ausvebildet. Die Einzelheiten sind aus Fig. 10 zu entnehmen. In dieser Figur ist 2 der senkrechte Abstand, den der Strahl 69 vom Dn-Übergang zur Fläche 65 zurücklegt, Z ist die Verschiebung dieses Strahls im Bereich der Fläche 65, wenn er an der in einer (111) Kristallebene liegenden Fläche 68 reflektiert wird, die mit der Kristallebene (100) einen Winkel von angenähert 54,7° einschließt. t3m die oben angegebene Reflexion zu erhalten, muB # die Gitterkonstante d (Z) = #Z²+l² sein, wobei l die Dicke 2Z des Lasern vom pn-Übergang zur unteren Seite des Substrats 20 (ngefähr 100 µm), z der Abstand zwischen einem senkrecht unter dem Schnittpunkt den pn-Überganges mit der geäzten Fläche 68 liegenden Punktes auf der Fläche 65 und den tatsächlichen Auftreffpunkt des Strahles auf diese Fläche, und 1 in Wellenlänge des emittierten Lichtes ist. 9 ist der Winkel, den der an der Fläche 68 nach unten abgelenkte Strahl mit der Senkrechten bildet.
• Bei einem GaAs-Laser beträgt die Wellenlänge des emittierten Lichtes angenähert 0,23 µm. Für normale Laserdicken und unter der Annahme eines Winkels e = 19,4° hat d einen Wert von ungefähr 0,39 p. Bei Verwendung bekannter Photolacke und bekannter Ätzverfahren bekommt die Fläche 65 eine gewellte oder gitterartige Struktur, wobei der Abstand d zwischen zwei Gitterlinien mit wachsendem Abstand von in Fig. 8 eingezeichnetem Auftreffpunkt des Strahles 69 auf der Fläche 65 kleiner wird. In die Fläche 65 werden etwa 100 periodisch wiederkehrende Struktuxelemente eingeätzt, wenn eine derartige Struktur unter den linken und den rechten Bereichen as Resonators liegt. Die gitterähnliche Fläche 65 ist fitr das emittierte Licht teildurchlässig, so daß durch sie nicht nur die Schwingunqen des Lasers aufrechterhalten werden, sondern auch ein Ausgang für die Laserstrahlung gebildet wird. Die Rillen der gitterförmig strukturierten Fläche 65 kennen mit Metall oder mit anderen reflektierenden Substanzen ausgefüllt werden, um ihre Eigenschaften in gewünschter Weise zu verändern.
• Bei der Darstellung in Fig. 10, bei der von der Annahme ausgegangen wird, daß l = 100 µm und # = 0,26 µm, ergeben sich verschiedene Wert von d (in µm) als Funktion des in Richtung der Fläche 65 gemessenen Abstandes Z.
• Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die gitterartig strukturierten Flächen 65 nicht an der Unterseite sondern an der Oberseite des Lasers angeordnet. Der Abstand l ist der kürzeste Abstand zwischen dem pn-Übergang und der Schicht 28.
• Durch die Verwendung von gitterartig strukturierten oder welligen Flächen bei Injektionslasern, beispielsweise bei GaAs-Lasern, ist es möglich, die leicht zu ätzende (111) Fläche als Spiegel für die Knickung des Resonatorstrahlenganges zu benützen. Durch die Verwendung derart strukturierter Flächen ist es möglich, Resonatoren mit geknicktem Strahlengang zu erzeugen, ohne auf reflektierende Flächen mit einer Neigung von 450 in bezug auf den GaAs-Kristall beschränkt zu sein.
• Bei der in Fiq. 12 dargestellten Vorrichtung weisen die mit W bezeichneten Bereiche einen ht5heren Brechungsindex n auf, der beispielsweise um #n höher als der Brechungsindex der nicht punktierten Bereiche des Resonators ist. Derartige änderungen des Brechungsindex können entweder durch Ionenbeschuß oder durch änderung der Aluminiumkonzentration des Bereiches erzeugt werden.
• Durch die lokale Erhöhung des Brechungsind.xes n entsteht ein Wellenleiter, der die Strahlung zur oberen ebenen Fläche des Laserkristalls leitet. Ist der Winkel # größer als 45°, so muß, um eine ausreichende Wellenleitunq zu gewährleisten, er Wert An von α # #n sein, wobei α - 0-45°, n der Biechungsindes der 2n GaAs-Bereiche und #n die Änderung des Breichungsindexes in den durch Protenen beschossenen Bereichen des Materials ist. Für α = 9° und n = 3,4 kann das Licht durch Änderung des Brechungs indexes um 0,1678 innerhalb des Wellenleiters geführt werden.
• Das zuletzt beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine weitere Möglichkeit zur Verminderung der Anforderungen an die Genauigkeit der winkellagen der reflektierenden Flächen 68 dar.
• Selbstverständlich kann es auch zweckmäßig sein, eindimensionale Injektionslaservorrichtungen oder selbst einzelne Injektionslaser nach der Erfindung herzustellen, da auch in den zuletztgenannten Fällen bei einfachster Herstellung sehr kompakte und keinerlei Jstagen erfordernde Vorrichtungen erhalten werden.

Claims (16)

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Zweidimensionale Injektionslaser-Matrix mit einer Vielzahl von geknickte Strahlengänge aufweisenden Resonatoren, gekennzeichnet durch die einzelnen pn-Übergänge unter von 900 verschiedenen Winkeln schneidende reflektierende Flächen (36, 68), die die von den einzelnen emittierenden pn-Übergängen ausgehende Strahlung über weitere, die Resonatorstrahlgänge definierende reflektierende fischen oder gitterähnliche Strukturen dem emittierenden Übergang wieder zuleiten.

2. Zweidimensionale Injektionslaser-Matrix nach Ansprpruch 1, gelcennzeichnet durch als Lichtleiter wirkende Bereiche (W) des die emittierenden Übergänge bildenden Halbleiterkörpers, durch die die, die emittierenden Übergänge schneidenden Flächen (68) mit weiteren, die Resonatorstrahlengänge definierenden reflektierenden Flächen verbunden werden.

3. Zweidimensionale Injektionslaser-Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen (36) mit den einzelnen Übergängen einen Winkel von 45° bilden und daß die die an diesen Flächen abgelenkte Strahl lung aufnehmenden reflektierenden Flächen im wesentlichen parallel zur Ebene des emittierenden pn-übergangs liegen.

4. Zweidimensionale Injektionslaser-Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierenden Flächen (36, 68) die einzelnen emittierenden pn-Übergänge unter von 450 verschiedenen Winkeln, vorsugsweiae unter Winkeln von 54,70 schneiden.

5. Zweidimensionale Injektionslaser-Matrix nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der die Resonatorstrahlengänge definierenden reflektierenden Flächen als rückstrahlende reflektierende oder teilreflektierende gitterähnliche Strukturen (65) ausgebildet sind.

6. Zweidimensionale Injektionslaser-Matrix nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb den durch die unter 45° angeordneten Flächen (36) gebildeten Ausnehmungen (34) fensterförmige Ausnehmungen (38) vorgesehen sind, und daß an der oberen Seite dieser aus nehmungen unter den Ausnehmungen (34) abwechselnd voll ständig reflektierende und teilreflektierende Flachen (40, S) liegen.

7. Zweidimensionale Injektionslaser-Matrix nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von den reflektierenen Flächen (36) gebildeten Ausnehmungen (34) aus V-förmigen, parallel zueinander verlaufenden Kanälen bestehen.

8. Zweidimensionale Injektionslaser-Matrix nach einom oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die rückstrahlenden Flächen (65) an der den geRtzten Ausnehmungen (34, 64) gegenüberliegenden Fläche angeordnet sind.

9. Zweidinensionale Injektionslaser-Matrix nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstrahlenden Flächen (65) an der die geätzten Ausnelwmngen (34, 64) enthaltenden Fläche angeordnet sind.

10. Zweidimensionale Injektionslaser-Matrix nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die rückstrahlenden Flachen (65) als Gitter ausgebildet sind, die die auftreffende Strahlung zum Teil in sich selbst zurückverreflektieren und zum Teil senkrecht zur Gitterebene durchlassen bzw. reflektieren.

11. Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Aufbau einer zweidimensionalen Inj ektions laser-Matrix erforderlichen Schichten in an sich bekannter Weise auf ein Substrat (20) aufgebracht und die Ausnehmungen (34, 64) durch Ätzen in einer Kristallrichtung erzeugt werden, bei der die pn-Übergänge unter den gewünschten definierten Winkeln schneidende Flächen entstehen und daß beiderseits jeder der Ausnehmungen an der substratseitigen Flache reflektierende und/oder teilreflektierende Schichten erzeugt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Laser als Heteroüberganglaser ausgebildet sind, die aus einer ersten n-leitenden GaAs Schicht (20), einer zweiten n-leitenden Ga0,7Al0,3As Schicht (22), einer dritten p-leitenden GaAs Schicht (24), einer vierten p-leitenden Ga0,7Al0,3As Schicht (26) und einer vierten p-leitenden als Schicht (28) aufgebaut werden, daß mit flachen Böden versehende V-förmige parallele Kanäle (34, 64) bis zur zweiten Schicht geätzt werden, wobei die Flächen dieser Kanäle die pn-Übergänge unter Winkeln von 45° schneiden.

13. Vorrichtung nach den Ansprechen 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen mit einer Lösung von 1H2SO4-8H2O2-1H2O durchgeführt wird, wobei die Konzentration des H2SO4 98 Gew.% und die Konzentration des H2O2 30 Gew.% beträgt.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Xtzen in Richtung der (001) Iben. dil GaAs erfolgt, wobei die anderen gegenseitig ineinander senkrecht stehenden Flächen die (110) und (110)-Flächen sind.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzlösung während des Ätzens bei einer Temperatur von 0°C gehalten wird.

16. Verfahren nach einen der Ansprüche Ii bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Schichten des Laserkürpers in Richtung einer (100) Kristallebene liegen und die den pn-Übergang schneidenden reflektierenden Flächen in Richtung einer (111) Kristallebene geätzt werden, so daß sie mit der (100) Ebene einen Winkel einschließen, der größer als 45, vorzugsweise gleich 54,7° ist.