DE4014233A1 - Dfb-laserdiode mit reiner gainkopplung - Google Patents
Dfb-laserdiode mit reiner gainkopplungInfo
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
- H01S5/1228—DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
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Description
Für viele Anwendungen in der optischen Nachrichtentechnik
werden monomodige DFB-Laserdioden benötigt. Bei den bisher
verfügbaren DFB-Laserdioden wurde überwiegend ein Bragg-Gitter
mit reiner Indexkopplung für den DFB-Effekt verwendet. Für
nicht beidseitig entspiegelte DFB-Laserdioden führen die
statistisch variierenden Phasen zwischen dem Gitter und den
beiden Spiegelendflächen zu einer Variation vieler Laser
parameter, was die Ausbeute dieser Bauelemente deutlich re
duzieren kann (s. hierzu J. Buus IEE Proceedings Part J 133,
163-164 (1986) und J. Glinski e. a. in IEEE Journal of
Quantum Electronics QE-23, 849-859 (1987)). Die Theorie der
DFB-Laserdioden sagt voraus, daß der Einfluß dieser Phasen
schwankungen auf DFB-Laserdioden mit Gainkopplung sehr viel
kleiner ist, was wiederum die Ausbeute erhöhen sollte. Ein
Aufbau für eine DFB-Laserdiode mit Gainkopplung ist von Y.
Nakano e. a. Appl. Phys. Lett. 55, 1606-1608 (1989) ange
geben. Dabei ist ein periodisches Verlustgitter in die Laser
struktur eingebaut, ohne daß es möglich ist, eine reine Gain
kopplung damit zu realisieren. In dieser Veröffentlichung von
Y. Nakano sind auf ein Substrat nacheinander übereinander auf
gewachsen eine untere Mantelschicht, eine aktive Schicht, eine
Confinementschicht für die Eingrenzung der Ladungsträger, eine
periodisch strukturierte Absorptionsschicht, die das DFB-
Gitter darstellt, eine obere Mantelschicht und eine Kontakt
schicht. Die Absorptionsschicht mit dem darin ausgebildeten
DFB-Gitter ist über Gainkopplung an die aktive Schicht ange
koppelt. Zusätzlich zu der Gainkopplung liegt hier wegen der
periodischen Strukturierung dieser Absorptionsschicht auch
Indexkopplung vor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Aufbau für
eine DFB-Laserdiode mit Gainkopplung anzugeben, bei dem es
möglich ist die Indexkopplung beliebig klein zu halten.
Diese Aufgabe wird mit der DFB-Laserdiode mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen. Es folgt eine Beschreibung des er
findungsgemäßen Aufbaus anhand der Fig. 1 und 2, die je
weils eine erfindungsgemäße Schichtfolge im Querschnitt zeigen.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung ist, zusätzlich zu
der die Gainkopplung bewirkenden mit einer gitterartigen
Strukturierung versehenen Absorptionsschicht eine weitere
gitterartige Schichtstruktur, die eine reine Indexkopplung be
wirkt, vorzusehen. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist
dafür die folgende Anordnung vorgesehen. Die aktive Schicht 3
befindet sich zwischen einer transversal dazu angeordneten
ersten Mantelschicht und einer transversal dazu angeordneten
zweiten Mantelschicht. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1
ist die aktive Schicht 3 auf ihrer Unterseite, d. h. der dem
Substrat zugewandten Seite, von der ersten Mantelschicht 2 be
grenzt. Zwischen der als obere Begrenzung angeordneten zweiten
Mantelschicht 6 und der aktiven Schicht 3 befinden sich die für
die Gainkopplung vorgesehene Absorptionsschicht 7 und zu
sätzlich dazu eine erste Gitterschicht 4 und eine zweite Gitter
schicht 5. Um die Indexkopplung, die durch die Absorptions
schicht 7 bewirkt ist, abzuschwächen, sind die Brechungsindexe
der ersten Gitterschicht 4 und der zweiten Gitterschicht 5 so
durch die betreffenden Materialzusammensetzungen festgelegt,
daß eine weitgehende Kompensation der Indexkopplung der Ab
sorptionsschicht 7 durch die Variation der Brechungsindexe der
ersten Gitterschicht 4 und der zweiten Gitterschicht 5 bewirkt
ist. Die erste Gitterschicht 4 befindet sich auf der aktiven
Schicht 3 und hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine
Strukturierung der der aktiven Schicht 3 abgewandten Ober
fläche mit im Längsschnitt rechteckigem Profil. Auf die ent
sprechenden streifenförmigen Erhebungen der Oberfläche der
ersten Gitterschicht 4 sind streifenförmige Bereiche der Ab
sorptionsschicht 7 aufgebracht. Die Bereiche zwischen diesen
streifenförmigen Bereichen der Absorptionsschicht 7 sind bis
in die darunter befindlichen Gräben der ersten Gitterschicht 4
durch das Material der zweiten Gitterschicht 5 aufgefüllt und
die zweite Gitterschicht 5 so dick aufgewachsen, daß die Ab
sorptionsschicht 7 vollständig bedeckt ist und die der aktiven
Schicht 3 abgewandte Oberfläche der zweiten Gitterschicht 5
eben ist. Auf diese ebene Oberfläche ist die zweite Mantel
schicht 6 aufgewachsen.
Die in Fig. 1 eingezeichnete Dicke 9 der Absorptionsschicht 7
und die ebenfalls eingezeichnete Differenz 8 zwischen
maximaler und minimaler Dicke der ersten Gitterschicht 4 sind
so bemessen, daß eine vorgegebene Indexkopplung, die sich aus
der durch die Absorptionsschicht 7 bewirkte Indexkopplung und
durch die durch die Brechungsindexe der Gitterschichten 4, 5
bewirkte Indexkopplung zusammensetzt, bewirkt ist. Um eine
möglichst gute Gainkopplung zu erreichen, sollte die Ab
sorptionsschicht 7 aus dem gleichen Material, d. h. derselben
Materialzusammensetzung sein, wie die aktive Schicht 3. Die
Brechungsindexe, d. h. genauer die Realteile der Brechungs
indexe, der ersten Mantelschicht 2 und der zweiten Mantel
schicht 6 sind niedriger als der Brechungsindex der aktiven
Schicht 3. Ebenso ist der Brechungsindex der ersten Gitter
schicht 4 kleiner als der Brechungsindex der aktiven Schicht
3, während der Brechungsindex der zweiten Gitterschicht 5
größer sein muß als der Brechungsindex der ersten Gitter
schicht 4, wenn eine zumindest teilweise Kompensation der
Indexkopplung bewirkt werden soll. Mit der Anordnung nach
Fig. 1 läßt sich daher eine DFB-Laserdiode mit reiner Gain
kopplung realisieren. Statt der Anordnung der Absorptions
schicht 7 zwischen der aktiven Schicht 3 und der zweiten
Mantelschicht 6 ist auch eine Anordnung der Absorptions
schicht 7 und der Gitterschichten 4, 5 zwischen der ersten
Mantelschicht 2 und der aktiven Schicht 3 möglich. Die zweite
Gitterschicht 5 kann auch entfallen, wenn die Gräben der
ersten Gitterschicht 4 von der zweiten Mantelschicht 6 aufge
füllt sind.
Fig. 2 zeigt einen entsprechenden Aufbau, bei dem die Ab
sorptionsschicht 7 ebenfalls in Form von periodisch ange
ordneten parallel verlaufenden Streifen ausgebildet ist, mit
dem Unterschied, daß jetzt die erste Gitterschicht 4 die Be
reiche zwischen diesen Streifen der Absorptionsschicht 7 und
darüber befindlichen grabenförmigen Aussparungen in der
zweiten Gitterschicht 5 ausfüllt. Es sind wieder die Differenz
8 zwischen maximaler und minimaler Dicke der ersten Gitter
schicht 4 und die Dicke 9 der Absorptionsschicht 7 einge
zeichnet. Der übrige Aufbau entspricht dem von Fig. 1. Eine
teilweise Kompensation der Indexkopplung, die durch die Ab
sorptionsschicht 7 bewirkt ist, ist bei dem Aufbau der Fig. 2
nur möglich, wenn der Realteil des Brechungsindexes der ersten
Gitterschicht 4 größer ist als der Realteil des Brechungsindex
der zweiten Gitterschicht 5. Auch bei der Anordnung nach Fig.
2 ist es möglich, daß die zweite Gitterschicht 5 entfällt und
deren Schichtanteil von der zweiten Mantelschicht 6 mit umfaßt
wird.
Durch geeignete Wahl der Materialzusammensetzungen der ersten
Gitterschicht 4 und der zweiten Gitterschicht 5 ist es zu
mindest in der Anordnung entsprechend Fig. 1 möglich, auf
beiden Seiten der aktiven Schicht 3 den gleichen Realteil des
effektiven Brechungsindexes einzustellen und gleichzeitig die
gesamte Indexkopplung zu eliminieren. Eine Eliminierung der
Indexkopplung nach Fig. 2 ist ebenfalls möglich. Wegen der
Einschränkung, daß die Brechungsindexe der Gitterschichten 4,
5 jeweils kleiner sein müssen als der Brechungsindex der
aktiven Schicht 3, um eine transversale Strahlungsführung zu
bewirken, ist allerdings keine Anpassung der effektiven
Brechungsindexe oberhalb und unterhalb der aktiven Schicht 3
möglich.
Zum Zwecke der Stromzufuhr sind das Substrat 1 und die erste
Mantelschicht 2 jeweils für elektrische Leitung eines ersten
Leitungstyps, z. B. n-Leitung, dotiert und die erste Gitter
schicht 4, die zweite Gitterschicht 5, die zweite Mantel
schicht 6 und die Absorptionsschicht 7 für elektrische
Leitung eines zweiten Leitungstyps, z. B. p-Leitung dotiert.
Auch bei dem Aufbau nach Fig. 2 ist eine Anordnung der Ab
sorptionsschicht 7 und der ersten und zweiten Gitterschicht 4,
5 zwischen der ersten Mantelschicht 2 und der aktiven Schicht
3 möglich. Um die Realteile der Brechungsindexe der ver
schiedenen Schichten optimal einstellen zu können, werden die
erste Gitterschicht 4 und die zweite Gitterschicht 5 vorzugs
weise aus quaternärem Material aufgewachsen.
Claims (6)
1. DFB-Laserdiode mit Gainkopplung mit auf einem Substrat (1)
übereinander aufgewachsenen Schichten aus Halbleitermaterial,
zu denen mindestens eine erste Mantelschicht (2), eine zweite
Mantelschicht (6) und eine aktive Schicht (3) gehören,
und mit einer periodisch strukturierten Absorptionsschicht (7)
zwischen der aktiven Schicht (3) und der zweiten Mantelschicht
(6),
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der aktiven Schicht (3) und der Absorptionsschicht (7) eine erste Gitterschicht (4) vorhanden ist,
daß diese erste Gitterschicht (4) eine periodische Strukturierung aufweist und
daß die Stärke einer durch die Absorptionsschicht (7) be wirkten Indexkopplung durch eine durch die erste Gitter schicht (4) bewirkte Indexkopplung wie vorgegeben einge stellt ist.
daß zwischen der aktiven Schicht (3) und der Absorptionsschicht (7) eine erste Gitterschicht (4) vorhanden ist,
daß diese erste Gitterschicht (4) eine periodische Strukturierung aufweist und
daß die Stärke einer durch die Absorptionsschicht (7) be wirkten Indexkopplung durch eine durch die erste Gitter schicht (4) bewirkte Indexkopplung wie vorgegeben einge stellt ist.
2. DFB-Laserdiode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der ersten Gitterschicht (4) und der zweiten Mantelschicht (6) eine zweite Gitterschicht (5) vorhanden ist,
daß die Absorptionsschicht (7) durch periodisch angeordnete streifenförmige Bereiche zwischen der ersten Gitterschicht (4) und der zweiten Gitterschicht (5) gebildet ist und
daß die zweite Gitterschicht (5) zwischen diese streifen förmigen Bereiche bis in die erste Gitterschicht (4) hinein reichend ausgebildet ist.
daß zwischen der ersten Gitterschicht (4) und der zweiten Mantelschicht (6) eine zweite Gitterschicht (5) vorhanden ist,
daß die Absorptionsschicht (7) durch periodisch angeordnete streifenförmige Bereiche zwischen der ersten Gitterschicht (4) und der zweiten Gitterschicht (5) gebildet ist und
daß die zweite Gitterschicht (5) zwischen diese streifen förmigen Bereiche bis in die erste Gitterschicht (4) hinein reichend ausgebildet ist.
3. DFB-Laserdiode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der ersten Gitterschicht (4) und der zweiten Mantelschicht (6) eine zweite Gitterschicht (5) vorhanden ist,
daß die Absorptionsschicht (7) durch periodisch angeordnete streifenförmige Bereiche zwischen der ersten Gitterschicht (4) und der zweiten Gitterschicht (5) gebildet ist und
daß die erste Gitterschicht (4) zwischen diese streifen förmigen Bereiche bis in die zweite Gitterschicht (5) hin einreichend ausgebildet ist.
daß zwischen der ersten Gitterschicht (4) und der zweiten Mantelschicht (6) eine zweite Gitterschicht (5) vorhanden ist,
daß die Absorptionsschicht (7) durch periodisch angeordnete streifenförmige Bereiche zwischen der ersten Gitterschicht (4) und der zweiten Gitterschicht (5) gebildet ist und
daß die erste Gitterschicht (4) zwischen diese streifen förmigen Bereiche bis in die zweite Gitterschicht (5) hin einreichend ausgebildet ist.
4. DFB-Laserdiode nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Absorptionsschicht (7) dieselbe Materialzusammen setzung wie die aktive Schicht (3) hat und
daß der Realteil des Brechungsindexes der ersten Gitterschicht (4) kleiner ist als der Realteil des Brechungsindexes der zweiten Gitterschicht (5).
daß die Absorptionsschicht (7) dieselbe Materialzusammen setzung wie die aktive Schicht (3) hat und
daß der Realteil des Brechungsindexes der ersten Gitterschicht (4) kleiner ist als der Realteil des Brechungsindexes der zweiten Gitterschicht (5).
5. DFB-Laserdiode nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Absorptionsschicht (7) dieselbe Materialzusammensetzung hat wie die aktive Schicht (3) und
daß der Realteil des Brechungsindexes der ersten Gitterschicht (4) größer ist als der Realteil des Brechungsindexes der zweiten Gitterschicht (5).
daß die Absorptionsschicht (7) dieselbe Materialzusammensetzung hat wie die aktive Schicht (3) und
daß der Realteil des Brechungsindexes der ersten Gitterschicht (4) größer ist als der Realteil des Brechungsindexes der zweiten Gitterschicht (5).
6. DFB-Laserdiode nach einem der Ansprüche 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Differenz (8) zwischen maximaler und minimaler Dicke
der ersten Gitterschicht (4), die Dicke (9) der Absorptions
schicht (7) und die Brechungsindexe der ersten Gitter
schicht (4) und der zweiten Gitterschicht (5) für eine
Minimierung der longitudinalen Variation des Realteils des
effektiven Brechungsindexes bemessen sind, so daß praktisch
eine reine Gainkopplung vorhanden ist.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904014233 DE4014233A1 (de) | 1990-05-03 | 1990-05-03 | Dfb-laserdiode mit reiner gainkopplung |
DE9007829U DE9007829U1 (de) | 1990-05-03 | 1990-05-03 | DFB-Laserdiode mit reiner Gainkopplung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904014233 DE4014233A1 (de) | 1990-05-03 | 1990-05-03 | Dfb-laserdiode mit reiner gainkopplung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4014233A1 true DE4014233A1 (de) | 1991-11-07 |
Family
ID=6405651
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904014233 Withdrawn DE4014233A1 (de) | 1990-05-03 | 1990-05-03 | Dfb-laserdiode mit reiner gainkopplung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4014233A1 (de) |
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- 1990-05-03 DE DE19904014233 patent/DE4014233A1/de not_active Withdrawn
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8141 | Disposal/no request for examination |