DE69104019T2

DE69104019T2 - Laser-Vielfachanordnungen.

Info

Publication number: DE69104019T2
Application number: DE69104019T
Authority: DE
Inventors: Thomas L Paoli
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1991-12-23
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2011-12-24
Also published as: US5151915A; EP0493104B1; JP3251966B2; JPH0690058A; DE69104019D1; EP0493104A2; EP0493104A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Steuern des Ausgangs einer Halbleiterlaser-Vielfachanordnung und insbesondere ein Verfahren zum Verringern von vorübergehendem, thermischen Übersprechen in einer monolithischen Vielfachanordnung von einzeln modulierten Lasern, indem ein Verlustbereich in jedem Laser vorgesehen wird, dessen Verlust selektiv durch Anlegen einer niederen Spannung moduliert werden kann.
Halbleiterleiter oder Laserdioden sind gut bekannt. Diesen Einrichtungen liegt die p-n Grenzschicht von Halbleitern und Quanten-Elektronik bei Lasern zugrunde. Die Einrichtungen bestehen allgemein aus einer geschichteten Halbleiterstruktur, die eine oder mehrere aktive Schichten haben, die an ihren Enden durch gespaltete Facetten begrenzt sind, die als Spiegel wirken. Ein optischer Resonator oder ein sogenannter Fabry-Perot Hohlraum wird dadurch gebildet. Ein elektrisches Potential wird über eine oder mehrere aktive Schichten gelegt. Die Spannung bewegt entweder Löcher oder Elektronen oder beides über die p-n Grenzschicht (d.h. sie werden "injiziert"), und wenn sich diese Träger rekombinieren, senden sie Strahlung aus. Eine optische Rückkoppelung wird durch die gespaltenen Facetten geschaffen, um eine "Stimulierung" der wieder kombinierten Strahlung zu ermöglichen, um eine kohärente Emission zu liefern.
Diese Art von Laser wird bei Kommunikationssystemen, bei der elektrostatographischen Bilderzeugung mit Lasern und anderen Anwendungen verwendet, wo eine kleine Größe der Einrichtung, niederer Betriebsstrom und anderer Eigenschaften von Vorteil sind. Ein gegenwärtig aktiver Bereich in der Forschung und Entwicklung für diese Anwendung ist die Integration mehrerer Festkörperlaser, oder Festkörperlaser und anderer Einrichtungen auf einzigem Substrat. Beispielsweise sind monolithische Vielfachanordnungen von unabhängig adressierbaren Festkörperlasern (hier als "Mehrfachlaseranordnugen" bezeichnet), die bevorzugten, optischen Quellen für elektrostatographische Laserdrucker mit hoher Geschwindigkeit und hoher Auflösung.
Bei nahezu allen Anwendungen dieser Laser ist es notwendig, den Ausgang des Lasers zu modulieren. Wo mehrere Festkörperlaser auf einem einzelnen Substrat integriert sind, ist es nahezu immer notwendig, den Ausgang von jedem Laser unabhängig zu modulieren. Bei manchen Anwendungen erfolgt diese Modulation bei sehr hohen Frequenzen, bei anderen ist sie bei niederer Frequenz und bei noch anderen ändert sich diese Frequenz. Da der Laservorgang von einem Strom abhängt, der in die aktive Schicht fließt, ist eine offensichtliche Art, den Lichtausgang eines Lasers zu modulieren, den Steuerstrom zu modulieren. Tatsächlich ist das Verändern des Steuerstromes gegenwärtig die allgemeinste und üblichste Art, auf die ein Laserausgang moduliert wird. Jedoch weist dieses Modulationsverfahren eine Anzahl bestimmter Nachteile auf, unter denen das vorübergehende Heizen des Chips ist, auf dem der Laser oder die Laser gebildet ist/sind.
Die Gründe für das Heizen einer Laserstruktur sind gut bekannt. Man vergleiche beispielsweise M. Ito und T. Kimura, "Stationary and Transient Thermal Properties of Semiconductor Laser Diodes," IEEE Journ of Quant. Electronics, vol. QE-17, S. 787-795, Mai 1981. Energie wird in den aktiven Bereich durch injizieren von Elektronen in das Leitungsband und/oder Löchern in das Valenzband eingeführt. Eine gewisse Anzahl Elektronen fallen in das Valenzband durch nichtstrahlende Vorgänge zurück und geben ihre Energie in der Form von Wärme frei. Dies kann quantifiziert werden, indem zunächst angenommen wird, daß der Ansteuerstrom zwischen dem Schwellenstrom Ith des Lasers und dem Betriebsstrom I&sub0; moduliert wird, bei dem die Betriebsleistung P&sub0; erzeugt wird. Die durch solche Modulation erzeugte Wärme ist gegeben durch:
ΔQ = [I&sub0;V&sub0;-P&sub0;-Psp0] - [IthVth-Pspth] (1)
worin V&sub0; die Laserspannung bei I&sub0; ist, Vth die Laserspannung bei Ith ist, und Pspo und Pspth die spontanen Emissionleistungen bei I&sub0; bzw. Ith sind. Da sich die Grenzschichtspannung des Lasers bei der Schwelle sättigt,
V&sub0; = Vth + (I&sub0;-Ith)Rs (2)
worin Rs der Reihenwiderstand des Lasers ist. Da sich auch die spontane Emissionsleistung bei der Schwelle Pspo = Pspth sättigt, kann die Gleichung (1) geschrieben werden als
ΔQ = P&sub0; [Vth + I&sub0;Rs - η]/η (3)
worin P&sub0; =η (I&sub0;-Ith).
Vorübergehendes Erwärmen mit zeitlicher Änderung ergibt eine Anzahl von nachteiligen Wirkungen. Da beispielsweise die Ausgangsleistung eines Lasers temperaturabhängig ist, können Temperaturänderungen ein "Absinken" der Leistungsabgabe zum Ergebnis haben. Das heißt, zu der Zeit t = 0 , zu der der an den Laser angelegte Strom I&sub0; erreicht, befindet sich der Laser bei einer ersten Temperatur, und seine Leistungsabgabe wird einen Wert haben, sagen wir P&sub1; wie es in Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Wenn jedoch der angelegte Ansteuerstrom über die Schwelle hinaus auf den Betriebsstrom zunimmt, erhöht sich die Temperatur des Lasers. Diese Erhöhung tritt viel langsamer als die Zeit auf, die der Laser benötigt, um in Reaktion auf den Ansteuerstrom Laserstrom auszusenden, so daß diese Temperaturänderung bei einem konstanten Ansteuerstrom auftritt. Diese Erwärmung ergibt eine Verschiebung der Ausgangskennlinie des Lasers, zu derjenigen, die für die Zeit t = ∞ der Fig. 1 gezeigt ist. Dies bewirkt, daß der Laser eine Leistungsabgabe P&sub2;, die kleiner als P&sub1; ist, was ein Absinken der Leistungsabgabe ergibt. Somit zeigt die graphische Darstellung der Leistungsabgabe gegen die Zeit in Fig. 2 eine Leistungsabgabe von P&sub1; beim Einschalten, die auf P&sub2; "absinkt", wenn die Einrichtung betrieben wird.
Bei Anwendungen von monolithischen Laservielfachanordnungen können die Wärmeänderungen zu einem Emitter-Übersprechen führen. Das heißt, wenn ein erster Laser moduliert wird, ändert sich die örtliche Temperatur. Wegen der Möglichkeit und dem Wunsch, die einzelnen Laser sehr eng voneinander zu beabstanden, wird diese örtliche Temperaturänderung durch den Chip hindurch übertragen, wodurch Temperaturänderungen bei den benachbarten Lasern auf dem Chip hervorgerufen oder hervorgehoben werden. Dies macht die Leistungsabgabe der benachbarten Laser unvorhersehbar. Somit gibt es ein Bedürfnis, die Wirkung zu minimieren, die das Modulieren eines Lasers auf den Betrieb der anderen Laser haben kann.
Eine mit der vorübergehenden Erwärmung des Chip in Beziehung stehende Folge sind Musterwirkungen in dem Ausgangspulsstrom. Es sei angenommen, daß der Laser bei sich ändernder Frequenz moduliert wird. Die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen des Lasers wird sich dann ändern. Wenn die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Pulsen groß ist, wird der Einrichtung ausreichend Zeit gegeben, abzukühlen, so daß die Anwendung des Ansteuerstroms einen großen Temperatureffekt hat (d.h. ein großes Absinken der Leistungsabgabe wird beim Einschalten auftreten). Je kürzer die Zeit zwischen Pulsen ist, desto weniger Zeit hat die Einrichtung, um zwischen einem Puls und dem nächsten abzukühlen. Da der Leistungsausgang das Ausgangsenergieprofil bestimmt, wird das Maß des Absinkens die Größe der Änderung bei der Energie von jedem Puls bestimmen, die wiederum eine unmittelbare Wirkung auf die Stabiliät des Laserausgangs hat. Beispielsweise ergibt bei elektrostatographischen Laseranwendungen eine Änderung der Energie bei jedem Ausgangspuls eine sich ändernde Belichtung des Bildempfangsmaterials, das sich unmittelbar in sich ändernde Flächengrößen umsetzt. Somit ergibt eine konstantere Betriebstemperatur der Einrichtung eine konstantere Leistungsabgabe, ein gleichförmigeres Ausgangsenergieprofil und schließlich ein gleichförmigeres Fleckmuster des Ausgangspulsstromes. Also, wo zwei oder mehrere Laser auf demselben Chip betrieben werden, ergibt sich ein vorübergehendes, thermisches Übersprechen, und das Ausgangsmuster wird unvorhersehbar und unregelmäßig.
Eine andere mit vorübergehendem Erwärmen eines Laser in Beziehung stehende Folge ist die Wellenlängenänderung während eines Pulses und während langer Pulsströme. Im wesentlichen hängt die Betriebswellenlänge eines Festkörperlasers unter anderem von der Betriebstemperatur ab. Wenn sich die Betriebstemperatur ändert, ändert sich die Arbeitswellenlänge. Die Wirkung dieser Wellenlängenänderung beispielsweise bei elektrostatographischen Laseranwendungen ist, daß sich die Energie, die auf das Bildempfangsmaterial geschrieben werden kann, ändert. Dies kann sich auch unmittelbar auf Änderungen bei dem Fleckmuster auf dem Bildempfangsinaterial umsetzen. Somit ist es, um den Ausgang der verschiedenen Laser auf dem Chip, bei der Laserstrahlenwellenlänge zu halten, von Bedeutung, das thermische Übersprechen zwischen ihnen zu minimieren.
Wie die Beziehung (3) zeigt, ist die Temperaturänderung teilweise eine Funktion des Unterschiedes zwischen Ith und I&sub0;. Es sind jedoch Betriebsverfahren entwickelt worden, die kleinere Unterschiede zwischen Ith und I&sub0; als andere ergeben. Gewisse dieser Verfahren verwenden eine Laserstruktur, die zwei koaxiale, unabhängig adressierbare Bereiche (im folgenden ein "Verstärkerbereich" und ein "Modulatorbereich"), jeder mit seiner eigenen p-n Grenzschicht, haben, die zwischen zwei gespaltenen Facetten auf einem einzigen Substrat gebildet sind. Eine solche Struktur ist im einzelnen in US-A-4, 802,182 beschrieben, die verschiedene Betriebsarten offenbart. Eine Betriebsart, "Elektroabsorptions-Betriebsart" genannt, ist eine, bei der der Verstärkerbereich ausreichend in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, um eine stimulierte Emission zu bewirken, und ein vernachlässigbarer, minimaler Vorstrom in Vorwärtsrichtung wird an den Modulatorbereich angelegt, wenn die Spannung zu dem Modulatorbereich verändert wird. Bei dieser Betriebsart wird die Modulation durch Elektroabsorption in dem Modulationsbereich gesteuert, wobei, wenn die Spannung erhöht wird (von negativ zu positiv), der Modulationsbereich durchlässiger und weniger absorbierend für die Emission von dem Verstärkerbereich wird. Eine andere Betriebsart, "Verstärkungsmodulations-Betriebsart" genannt, weist auch einen ausreichend in Vorwärtsrichtung vorgespannten Verstärkerbereich auf, um eine stimulierte Emission zu bewirken, wobei aber die Gleichspannung an dem Modulatorbereich im allgemeinen konstant ist, während der Strom verändert wird. Bei dieser Betriebsart ist die Modulation des Ausgangs ein Ergebnis von Änderungen bei der Emissionsverstärkung in dem Modulatorbereich wegen der Änderungen bei der Trägerdichte in diesem Bereich.
Das Modulieren eines Lasers, indem der Verlust in dem Modulatorbereich verändert wird, wird generisch als Güteschalten (Q-switching) bezeichnet. Ein anderes Vorgehen, einen Laser auf der Grundlage von Güteschalten zu modulieren, ist in Kressel and Butler, Semiconductor Lasers and Heterojunction LEDs, Academic Press, 1977, S. 574 erörtert. Darin ist ein Laser mit zwei Bereichen beschrieben, bei dem der Verstärkerbereich stark mit Strom gepumpt wird, um als ein lichtaussendender Bereich zu dienen, und der Modulatorbereich wird mit einem niedereren Strompegel als der Verstärkerbereich gepumpt, um eine Hochfrequenzmodulation zu bewirken. Die in dieser Fundstelle beschriebene Betriebsart liefert jedoch eine sich selbst erhaltende Modulation. Wie es in der Fundstelle beschrieben ist, wird, wenn ein Photon von dem ersten Bereich ausgesandt und von dem zweiten Bereich absorpiert wird, ein Elektron-Loch-Paar gebildet. Ein folgendes Photon mit einer ausreichend hohen Energie, das in den zweiten Bereich eintritt, wird eine stimulierte Emission bewirken, die die Trägerbesetzung in dem zweiten Bereich für das nächste einfallende Photon verringert. Wenn somit die Parameter der Einrichtung und die Betriebsbedingungen richtig ausgewählt werden, tritt eine sich selbst erhaltende, periodische Modulation auf.
Ein anderes gütegeschaltetes Verfahren ist in US-A-3,768,037 beschrieben, die einen Laser offenbart, der eine Struktur aufweist, die den obengenannten Einrichtungen mit zwei Bereichen ähnlich ist, wobei ein Bereich entweder als ein "U"-geformter Kontakt oder als ein "L"-geformter Kontakt festgelegt ist. Ein Verstärkerbereich ist ausreichend vorgespannt, um eine stimulierte Emission zu ergeben, und eine sich verändernde Rückwärtsvorspannung wird an einen Modulationsbereich so angelegt, daß darin ein Verarmungsbereich gebildet wird. Da sich der Schwellenstrom unmittelbar als eine Funktion des Verlustes in dem Resonatorhohlraum des Lasers verändert, kann der Ausgang des Lasers moduliert werden, indem der Verlust verändert wird, was durch Verändern der Rückwärtsvorspannung an dem Modulatorbereich durchgeführt werden kann.
Jedes dieser gütegeschalteten Schemata verlangt einen Laser, dessen Struktur getrennte Verstärker- und Modulatorbereiche enthält. Diese Geometrie ist bei einzelnen Laseranwendungen, wie die der obengenannten Fundstellen annehmbar. Jedoch ist Güteschalten bei Vielfachanordnungen von Lasern nicht angewendet worden, da, um dieses durchzuführen, das Einführen eines Modulatorbereiches in die Geometrie der Einrichtung verlangt wird, was den Verlust des Resonators erhöht. Diese Zunahme beim Verlust ergibt eine Zunahme beim Schwellenstrom für den Laser. Bei den üblicherweise verwendeten, strommodulierten Lasern, bedeutet diese Zunahme einer Schwelle eine Zunahme bei der Betriebstemperatur. Da dies eine Zunahme des Temperaturunterschiedes zwischen dem EIN- und AUS-Zustand des Lasers einschließt, wird von einer Zunahme der Schwelle erwartet, daß sie eine Zunahme bei dem thermischen Übersprechen ergibt. Somit sind Anwendungen von Laser-Vielfachanordnungen unfähig gewesen, für Güteschalttechniken zu nützen, und es sind große Anstrengungen unternommen worden, Ith zu minimieren.
Ferner führt der Wunsch, den Temperaturunterschied zwischen dem EIN- und AUS-Zustand auf einem Minimum zu halten, auch dazu, einen Laser bei niederen Leistungswerten zu betreiben, da, je höher der Leistungsabgabewert ist, umso höher ist der Eingangsstrom und umso größer ist der Unterschied zwischen Ith und I&sub0;. Dies ist nachteilig, da es große Anforderungen an die Ausrüstung stellt, die ausgelegt ist, den Ausgang des Lasers zu erhalten.
Diese und andere Schwierigkeiten werden durch verschiedene Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung angegangen, die zusammengefaßt und dann im einzelnen unten beschrieben wird.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Minimieren des thermischen Übersprechens zwischen Lasern einer monolithischen Vielfachanordnung, wobei jeder Laser einen optisch gekoppelten Verstärkerbereich und Modulatorbereich einschließt und mit einem spannungsgesteuerten gütegeschaltetem Modus betrieben wird, um thermische Änderungen auf einen vernachlässigbaren Wert in dem Laserchip während seines Betriebes zu verringern. Der Verstärkerbereich von jedem Laser liefert im wesentlichen die gesamte Verstärkung, die benötigt wird, um die erwünschte Ausgangsintensität zu erzeugen. Der Modulatorbereich steuert die Ausgangsintensität, indem der intere Verlust des Lasers von einem hohen auf einen niederen Wert geschaltet wird. Die Modulatorkontakte sind von allen Verstärkerkontakten und von den anderen Modulatorkontakten isoliert. Der Verstärkerbereich und der Modulatorbereich können optisch mittels eines verlustarmen, zweidimensionalen Wellenleiters gekoppelt werden oder dadurch, daß sie einfach ausreichend nahe nebeneinander sind, um eine direkte optische Koppelung zu erlauben. Die optischen Bündel werden von der Facette nahe dem Modulatorbereich gewonnen.
Um thermische Änderungen auszuschließen, die ureigen die Modulation des Ausgangs eines Lasers durch Verändern seines Ansteuerstromes begleiten, moduliert die vorliegende Erfindung den Laserausgang, dadurch, daß die an dem Modulatorbereich angelegte Spannung verändert wird. Diese Steuerung erlaubt, jeden Laser nur mit einem Gleichstrom zu betreiben, der an den Verstärkerbereich angelegt wird. Gemäß diesem Verfahren arbeitet der Laser bei einer etwas angehobenen, aber konstanten Temperatur. Das Modulieren des Lasers von dem kein Licht aussendenden oder AUS-Zustand zu dem lichtaussendenden oder EIN-Zustand ergibt keine Zunahme bei der Betriebstemperatur des Lasers, und deshalb ergibt die Modulation des Lasers kein thermisches Übersprechen zwischen den Lasern auf dem Chip.
Die Erfindung verlangt das Einführen eines Verlustbereiches während des Betriebes des Lasers, so daß die Schwelle des Lasers erhöht wird, was im Gegensatz zu der Lehre nach dem Stand der Technik ist. Jedoch liefert ein solches Betriebsschema eine Anzahl von Vorteilen, einschließlich: (1) die Temperatur des Laserchip bleibt stabil, wenn die Ausgangsleistung voll moduliert wird; (2) die Forderungen nach einer niederen Schwelle, hohes T0, und niederem Betriebsstrom für die Laser-Vielfachanordnung werden wesentlich gemildert, verglichen mit der herkömmlichen Betriebsweise der Laser-Vielfachanordnung, und wird ein noch größerer Vorteil bei Strukturen, wie AlGaInP-Laser, wo die Schwellen und die Betriebsströme relativ hoch sind, oder gegen Temperaturänderungen sehr empfindlich sind; und (3) das Verfahren zum Betreiben und die Struktur der Laser-Vielfachanordnung sind leicht auszuführen und verringern die Herstellungskosten von Laser-Vielfachanordnungen, indem der Ausstoß an annehmbaren Lasern beträchtlich erhöht und ihre Systemlebensdauer verlängert wird.
Verfahren zum Betreiben einer Vielfachanordnung von monolithisch gebildeten, unabhängig adressierbaren Halbleiterlasern sind in den Ansprüchen 1 bis 3 angegeben.
Vielfachanordnungen von monolithisch gebildeten, unabhängig adressierbaren Halbleiterlasern sind in den Ansprüchen 4 bis 6 festgelegt.
Die vorliegende Erfindung wird nun in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine graphische Darstellung der Leistungsabgabe als Funktion des Eingangsstromes für einen Festkörperlaser einer bekannten Art ist, wobei die Wirkung der Erwärmung der Einrichtung gezeigt ist;
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Leistungsabgabe als Funktion der Zeit bei einem Festkörperlaser einer bekannten Art ist, wobei das "Absinken" der Leistungsabgabe gezeigt ist;
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Bereich einer monolithischen Festkörperlaser-Vielfachanordnung ist, bei der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, wobei zwei Elemente (Laser) davon gezeigt sind;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht der monolithischen Festkörperlaser-Vielfachanordnung der Fig. 3 ist;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht der monolithischen Festkörperlaser-Vielfachanordnung der Fig. 3 ist, wobei senkrecht zu der Ansicht der Fig. 4 betrachtet wird;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer monolithischen Festkörperlaser-Vielfachanordnung mit zwei Elementen ist, die zum Prüfen der Wirkung der Modulation eines Lasers auf den Ausgang des zweiten Lasers aufgebaut ist;
Fig. 6a eine schematische Teildarstellung einer monolithischen Festkörperlaser-Vielfachanordnung mit zwei Elementen ist, die, wenn sie zusammen mit Fig. 6 genommen wird, einen Aufbau für eine unabhängige Modulation von jedem der Laser zeigt;
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Leistungsabgabe als Funktion des Eingangsstromes für einen Festkörperlaser der hier geoffenbarten Art ist;
Fig. 8 eine Draufsicht auf eine monolithische Festkörperlaser-Vielfachanordnung mit zwei Elementen ist, die den Ausgang der Fig. 7 ergeben;
Fig. 9a und 9b Spuren des Ansteuerstromes und des Ausgangs von zwei Lasern bei einer monolithischen Festkörperlaser- Vielfachanordnung mit zwei Elementen sind, die gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben werden, wobei u.a. die Phasenbeziehung der Ausgänge der zwei Laser gezeigt ist, und
Fig. 10a und 10b Spuren des Ansteuerstromes und des Ausgangs von zwei Lasern bei einer monolithischen Festkörperlaser- Vielfachanordnung mit zwei Elementen sind, die gemäß bekannten Verfahren betrieben werden, wobei u.a. die Phasenbeziehung der Ausgänge der zwei Laser gezeigt ist.
Um eine Grundlage zu schaffen, auf der eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung basieren kann, wird anfangs die Struktur einer Laser-Vielfachanordnung, die gemäß der vorliegenden Erfindung betreibbar ist, mit besonderer Hinwendung zu einem beliebigen Laser 12 der Vielfachanordnung von Lasern erörtert, die bei 10 in den Fig. 3 bis 5 gezeigt ist. Die Beschreibung der besonderen Laserstruktur ist für das Betriebsumfeld der vorliegenden Erfindung beispielhaft, und die vorliegende Erfindung schließt einen Betrieb mit einer großen Vielfalt von diesen Laserstrukturen ein.
Eine Vielfachordnung 10 besteht aus wenigstens zwei benachbarten Laserstrukturen 12, deren Ausgänge unabhängig steuerbar sind. Der Laser 12 ist eine Halbleitereinrichtung mit Heterostruktur, deren aktiver Bereich durch eine durch Störstellen hervorgerufene Unregelmäßigkeit festgelegt werden kann. Die Struktur kann eine Mehrquantensenken-Einrichtung sein oder nicht sein, wie es die besondere Anwendung des Lasers bestimmt. Der Laser 12 schließt allgemein einen passiven Wellenleiterbereich 14 ein, der die zwei aktiven Bereiche verbindet, die als Verstärkerbereich 16 bzw. Modulatorbereich 18 bezeichnet werden. Der Verstärkerbereich und der Modulatorbereich sind unterhalb von aktiven Bereichskontakten gebildet, dem Verstärkerbereichskontakt 20 bzw. dem Modulatorbereichskontakt 22. Der Verstärkerbereich liefert im wesentlichen die gesamte Verstärkung, die benötigt wird, die erwünschte Ausgangsintensität zu erzeugen. Der Modulatorbereich steuert den Ausgang des Lasers 12, indem der interne Verlust von einem hohen Wert auf einen niederen Wert geschaltet wird. In dem Fall, daß kein passiver Wellenleiter 14 zwischen dem Verstärkerbereich und dem Modulatorbereich vorgesehen ist, würden die Bereiche ausreichend nahe beieinander gebildet, so daß eine direkte optische Kopplung zwischen ihnen möglich ist. In einem solchen Fall können eine Diffusion durch die aktive Schicht und/oder ein beschießen mit Protonen zweckmäßig sein, um eine elektrische Isolierung herzustellen, wie es auf diesem Gebiet der Technik gut bekannt ist. Die optischen Bündel werden aus der Facette nahe dem Modulatorbereich gewonnen, um die spontane Emission in dem AUS-Zustand zu minimieren.
Der Laser 12 kann ein Substrat 22 einschließen, das aus n-GaAs bestehen kann, auf dem nachfolgend in einem MOCVD- Reaktor (Metalloxid CVD-Reaktor) Epitaxie-Schichten 24-30 gesetzt werden, wie es auf dem Gebiet der Technik bekannt ist. Diese Epitaxie-Schichten können beispielweise sein: eine Überzugsschicht 24 aus n- Ga1-yAlyAs, worin beispielsweise y ≈ 0,47 ist; ein aktiver Bereich 26, der eine Schicht aus Ga1-xAlxAs mit y ≈ 0,05, mit einer Dicke von ungefähr 105 nm umfaßt, oder alternativ eine einzelne Quantensenkeschicht aus GaAs oder eine Vielfach-Quantensenke abwechselnder Schichten aus GaAs und Ga1-xAlxAs oder abwechselnden Schichten aus Ga1-xAlxAs und Ga1-zAlzAs mit y> z> x; und eine Überzugsschicht 28 aus p- Ga1-yAlyAs wie oben, mit beispielsweise y ≈ 0,47. Wo es angebracht ist, kann einc Abdeckungssschicht 30 aus p+ GaAs auf der Überzugsschicht 28 abgesetzt werden. Durch Maskierungsverwendung wird eine Störstellenquelle (nicht gezeigt), beispielsweise mit Si dotiertem As, auf Bereichen von entweder der Überzugsschicht 28, oder wo eine Abdeckungsschicht 30 abgesetzt worden ist, auf dieser Abdeckungsschicht gebildet. Beim Erwärmen werden Störstellen von dieser Störstellenquelle in die Schichten darunter bewegt, so daß ein ausgewähltes, ungeordnetes Profil gebildet wird, beispielweise dasjenige, dessen Verlauf bei 32 in Fig. 5 gezeigt ist, wo die Bereiche 34 selektiv ungeordnete Bereiche sind, und die Bereiche 36 keine ungeordneten Bereiche sind. Diese Querschnittsdarstellung der Struktur, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist in gleicher Weise sowohl auf den Verstärkerbereich 16 als auch den Modulatorbereich 18 anwendbar.
Eine Vielzahl solcher Laserstrukturen 12 sind monolithisch gebildet worden, um die Vielfachanordnung 10 zu bilden. Jeder Laser 12 kann identische Abmessungen und Aufbau haben, oder eine oder mehrere Laser 12 können an den Benutzer angepaßt werden, um zu besonderen Anforderungen zu passen. Beispielsweise ist in US-A-4,831,629 eine monolithische Vielfachanordnung von Lasern geoffenbart, die bei der Geometrie von einem oder mehreren der verschiedenen Bereiche Ungleichförmigkeiten aufweisen, um die Laser zu entkoppeln, und ihre entsprechenden Ausgänge inkohärent zu machen, was in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Um die thermische Schwankung auszuschließen, die ureigen die Modulation des Eingangsstromes zu den jeweiligen Lasern begleitet, wird der Verstärkerbereich nur mit Gleichstrom betrieben. Wegen dieser Betriebsart bleibt der Verstärker bei einer konstanten, aber etwas erhöhten Temperatur. Die Modulation der Ausgangsintensität wird erhalten, indem die Spannung an dem Modulatorbereich verändert wird, beispielweise zwischen 1 und 3 Volt, während ein konstanter Strom, beispielweise 1,0 mA oder weniger aufrechterhalten wird. Dies kann in drei unterschiedliche Betriebsbedingungen unterteilt werden, nämlich die p und n Kontakte des Modulatorbereiches miteinander zu verknüpfen, das Vorspannen des Modulatorbereiches in Vorwärtsrichtung und das in Rückwärtsrichtung.
Es wird nun auf die Fig. 7 Bezug genommen, in der eine graphische Darstellung der Leistungsabgabe als Funktion des Stromeingangs für einen Laser, wie den Laser 12, gezeigt ist, wobei sich der Modulatorbereich in einem Zustand 100 mit niederem Verlust und in einem Zustand 102 mit hohem Verlust befindet. Der Verstärkung in irgendeinem Laser liegt die Tatsache zugrunde, daß ein erstes auf einen Träger auftreffendes Photon, der sich in dem Leitfähigkeitsband aufhält, bewirkt, daß der Träger in das Valenzband fällt und ein zweites Photon emittiert, ohne das erste Photon zu absorpieren. Dem Verlust in dem Modulatorbereich liegt die Idee zugrunde, daß es eine große Trägeransammlung in dem Valenzband im Gegensatz zu dem Leitfähigkeitsband in diesem Bereich gibt. Ein Photon, dessen Energie oberhalb der Bandlücke ist, und das auf einen Träger in dem Valenzband auftrifft, wird von dem Träger absorpiert, und bewegt sich dadurch in das Leitfähigkeitsband. Wenn eine ausreichende Anzahl von Photonen in den Modulatorbereich eintritt, wird ein großer Prozentsatz der Träger in dem Bereich in das Leitfähigkeitsband bewegt, und der optische Verlust beginnt, abzunehmen. Dies ist durch den Anstieg der Leistungsabgabe für den Stromeingang der Bereiche unterhalb der Schwellenströme Ith100 und Ith102 für die Kurve 100 bzw. 102 gezeigt. Das Erhöhen der Anzahl von Photonen, die in den Modulatorbereich bis zu einem ausreichend hohen Wert eintreten, ergeben eine Sättigung des Verlustes, wobei Photonen, die in den Bereich eintreten, einer hohen Konzentration an Trägern in dem Leitfähigkeitsband begegnen. Dies löst eine Verstärkung in dem Bereich auf, die die Anzahl der Photonen erhöht, und die Ansammlung der Träger in dem Valanzband weiter verringert, wodurch der Verlust weiter verringert wird. Dies ist der Schwellenbereich, der durch den scharfen Sprung gezeigt ist, der von den Kurven 100 und 102 durchgeführt wird, und dem Schwellenstrom Ith100 bzw. Ith102 entspricht. Zunahmen bei der Anzahl von Photonen über den Sättigungspunkt hinaus, ergibt ein vollständiges "Auslöschen" des Verlustes in dem Modulatorbereich, was der Zustand bei den Bereichen jenseits der Schwellenströme Ith100 und Ith102 ist. Wenn jedoch den Trägern ein alternativer Weg geliefert wird, um zu dem Valanzband zurückzukehren, wird die Verstärkung anders, als wenn Photonen darauf auftreffen, in dem Bereich verringert. Wenn eine ausreichende Anzahl von Trägern zu dem Valanzband über diesen andersartigen Weg zurückgekehrt sind, kann der Verlust des Bereiches bis zu dem Punkt zunehmen, daß eine Laserausstrahlung unterbunden wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann dieser andersartiger Weg vorgesehen werden, indem elektrisch die p und n Kontakte des Modulatorbereiches 18 miteinander verbunden werden. Indem die p und n Kontakte des Modulatorbereiches 18 schaltbar verbunden werden, kann der Verlust des Bereiches und damit der Ausgang des Laser moduliert werden.
Es wird auf die Fig. 6 Bezug genommen, in der eine Mehrfachlaser-Vielfachanordnungseinrichtung 50 mit zwei Elementen gezeigt ist, die zum Bestimmen der Wirkungen der Modulation von einem ihrer Laser 52 auf den Ausgang ihres zweiten Lasers 54 aufgebaut ist. Der Verstärkerbereich 56 des ersten Lasers 52 ist mit einer Gleichstromquelle 58 so verbunden, daß eine ausreichende Vorspannung angelegt werden kann, um eine stimulierte Emission hervorzubringen. Ein Teil dieser stimulierten Emission wird koaxial mit dem Modulatorbereich 60 des ersten Lasers 52 ausgesandt. Diese Emission wird durch einen Wellenleiter geführt, der einigen Verlust einführt der zum Zweck der Darstellung durch den Widerstand 62 angegeben ist. Der Modulatorbereich 60 wird mit dem Massepotential über ein Schalterelement 64 verbunden, das von einer Steuereinrichtung 66 mit einer vorbestimmten Frequenz angesteuert wird. Der Verstärkerbereich 68 und der Modulatorbereich 70 des zweiten Lasers 54 werden ähnlich optisch durch einen verlustarmen Wellenleiter 72 gekoppelt, wie der, der oben für den ersten Laser 52 beschrieben worden ist. Der Verstärkerbereich 68 und der Modulatorbereich 70 werden für Untersuchungszwecke mit einer Gleichstromquelle 74 so gepumpt, daß die stimulierte Emission sowohl in dem Verstärkerbereich 68 als auch in dem Modulatorbereich 70 auftritt. Der Ausgang des zweiten Lasers 54 kann dann beobachtet werden, während der erste Laser 52 moduliert wird. Die Ergebnisse beim Betreiben dieser Vorrichtung werden unten beschrieben. Der Betrieb der zwei Laser 52 und 54 als unabhängig adressierbare optische Quellen kann erreicht werden, indem der zweite Laser 54 in einer Weise moduliert wird, die derjenigen des ersten Lasers 52 ähnlich ist, wie es in Fig. 6a gezeigt ist, wo, wie bei allen Figuren hier, gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
Es ist möglich, daß die Betriebsbedingungen und die Ausgangsleistung des Verstärkerbereiches so ist, daß die schaltbare Verbindung zu Masse keine ausreichende Kanalisisierung der Träger liefert, um eine Laserstrahlung zu unterbinden. In einem solchen Fall kann der Modulatorbereich rückwärts vorgespannt werden, um die Entfernung von Trägern aus dem Leitfähigkeitsband zu ergänzen. Die Bestimmung der Notwendigkeit für die und die Höhe der Rückwärtsvorspannung des Modulatorbereiches hängt nicht nur von dem Vorspannen des Verstärkerbereiches, sondern auch von der Geometrie (d.h. vergleichbare Längen) des Verstärkerbereiches und des Modulatorbereiches ab. Wenn beispielsweise die Länge des Verstärkerbereiches relativ zu der Länge des Modulators zunimmt, nimmt der Schwellenstrom Ith102 ab, wobei er weniger als oder gleich Ibias in Fig. 7 wird, was einen gütegeschalteten Betrieb verhindert. In diesem Fall hält die Rückvorspannung des Modulators Ith102 über Ibias aufrecht, und gestattet einen gütegeschalteten Betrieb bei der erwünschten Leistungsabgabe.
Wegen des Vorhandenseins einer p-n Grenzschicht in dem Modulatorbereich 18 (Fig. 3) gibt es ein elektrisches Feld über diesen Bereich, selbst bei einer Vorspannung von Null. Wenn eine Vorwärtsvorspannung an die p-n Grenzschicht angelegt wird, wird die Höhe dieses elektrischen Feldes erhöht, wodurch der Rand des Absorptionsbandes zu einer höheren Energie (kürzere Wellenlänge) verschoben wird, was die Größe der Absorption bei der Wellenlänge der maximalen Verstärkung in dem Verstärkerbereich verringert. Somit wird eine Abnahme der Laserstrahlungsschwelle beobachtet, wenn die positive angelegte Vorspannung verringert wird. Wenn die angelegte positive Vorspannung einen Wert ungefähr gleich der Bandlükkenenergie erreicht, werden Elektronen in das Leitfähigkeitsband und Löcher in das Valanzband injiziert, wodurch eine weitere Abnahme bei dem optischen Verlust erzeugt wird, wenn ein Strom in dem Modulatorbereich fließt. Weitere Zunahmen bei diesem Strom bewirken, daß sich der optische Verlust Null annähert, wobei weitere darüber hinausgehende Zunahmen bei dem Strom eine optische Verstärkung erzeugen.
Indem die an dem Modulatorbereich angelegte Spannung verändert wird, wird die Ausgangskurve von der bei 100 in Fig. 7 gezeigten zu der bei 102 gezeigten verschoben. Man erkennt nun, daß der Ausgang des Lasers voll moduliert werden kann, während der Strom zu dem Verstärkerbereich konstant bei Ibias gehalten wird. Die Steuerung des Ausgangs des Lasers durch Modulieren der Spannung an dem Modulatorbereich kann, ob mit Vorwärts- oder Rückwärtsvorspannungsmodus, bei richtigen Bedingungen für eine ausgewählte Geoemetrie mit einer minimalen Stromgröße erhalten werden. Wenn der Strom bei einem Laser mit einem einzelnen Kontakt verändert würde, um diese Modulation zu erreichen, wäre es notwendig, den Strom zwischen Ith und I&sub0; in Fig. 1 zu verändern, was in der Größenordnung von 10 oder mehr mA sein kann. Dies wird sich verbieten, wenn ein Laser, der einen Vorstrom von 40-50 mA oder mehr benötigt, bei einer sehr hohen Leistungsabgabe betrieben wird. In einem solchen Fall würden die thermischen Übergänge aus der Änderung des Stromes zwischen Ith und I&sub0; unkontrollierbares und schädliches, thermisches Übersprechen erzeugen.
Eine gütegeschaltete Modulation einer monolithischen Laser- Vielfachanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung wurde aufgezeigt, indem der in Fig. 8 gezeigte doppelte Laserchip mit geteiltem Kontakt in der in Fig. 6 gezeigten Schaltung betrieben wurde. Ein monolithischer Doppelelementlaser wurde so konstruiert, daß die Länge der Verstärkerbereiche 110 und 112 des ersten und des zweiten Lasers 52 bzw. 54 L&sub1; = um war. Die Modulatorbereiche 114 und 116 und des zweiten Lasers 52 bzw. 54 waren auf L&sub2; = 115 um eingestellt. Eine Modulation der Lichtintensität von dem ersten Laser 52 wurde erhalten, indem sein Modulatorkontakt über den elektrisch gesteuerten Schalter 64 (Fig. 6) auf Masse gelegt wurde. Es wurden Wellenformen erhalten, die die in den Fig. 9a und 9b gezeigten Eigenschaften hatten. Die Spuren für den Laser 52, die bei 120 gezeigt sind, sind die Schaltspannung 122 und die Leistungsabgabe 124, und für den Laser 54 sind bei 126 die Schaltspannung 128, die identisch mit 122 ist, und die Leistungsabgabe 130 gezeigt. Zum Vergleich wurde dieselbe monolithische Laser-Vielfachanordnung betrieben, wobei der Verstärkerbereich und der Modulatorbereich kurz geschlossen waren, um einen Laser mit einem einzigen Kontakt zu bilden, und wurde mit einem Strommodulationsmodus bei den gleichen Leistungsabgabewerten betrieben. Es wurden für diese Einrichtung Wellenformen erhalten, die die in den Fig. 10a und 10b gezeigten Eigenschaften hatten. Die Spuren für den Laser 52, die bei 132 gezeigt sind, sind die Schaltspannung 134 und die Leistungsabgabe 136, und für den Laser 54, der bei 138 gezeigt ist, sind die Spuren die Schaltspannung 140, die mit 134 identisch ist, und die Leistungsabgabe 142. Wie zu erkennen ist, sind die Spuren 124 und 130 der Fig. 9a und 9b in Phase, wo hingegen die Spuren 136 und 142 der Fig. 10a und 10b phasenverschoben sind. Wie erklärt werden wird, zeigt dies eine Abnahme beim thermischen Übersprechen zwischen den zwei Lasern, bei dem gütegeschalteten Modulationsschema an.
Die quantitative Erfassung der Erzeugung der vorübergehenden Wärme in dem Fall einer Einrichtung mit getrenntem Kontakt, die in der gütegeschalteten Weise gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben wird, unterscheidet sich von der, die in den Gleichungen (1) bis (3) oben dargestellt ist, dahingehend, daß nun Ith = I&sub0;. Das heißt, der Ansteuerstrom bleibt bei I&sub0; konstant, während die Lichtintensität durch das Schalten zwischen zwei Kurven moduliert wird, die in Fig. 7 gezeigt sind. Die Wärmeeingabe für diese Modulationsart ist gegeben ist durch:
ΔQ = [I&sub0;Vth-P&sub0;-Pspth] - [I&sub0;V&sub0;-Psp0]
= I&sub0;(Vth-V&sub0;)-P&sub0;-Pspth + Psp0 (4)
Da Psp0-Pspth viel kleiner als P&sub0; ist, verkürzt sich diese Gleichung zu
ΔQ = -[P&sub0; + I&sub0;(V&sub0;-Vth)] (5)
da jedoch (V&sub0; - Vth) höchstens wenige mV, ist I&sub0;(V&sub0;-Vth) nur 0,01 bis 0,2 mW für Betriebsströme, die so hoch wie 50 mA sind, und daher
ΔQ - P&sub0; (6)
Somit wird davon ausgegangen, daß die hauptsächliche Wärmeeingabe beim gütegeschalteten Betrieb das negative der emittierten optischen Leistung ist. Das negative Vorzeichen bedeutet, daß der Chip gekühlt wird, wenn die optische Leistung eingeschaltet ist. Ein Abkühlen wegen der gütegeschalteten Modulation wurde experimentell beim Betrieb der oben erörterten Einrichtungen bestätigt, wo beobachtet wurde, daß das Übersprechen mit der Lichtmodulation bei der gütegeschalteten Einrichtung in Phase war, wie es in den Fig. 9a und 9b zu sehen ist. Das von der Strommodulation herstammende Erwärmen wurde beim Betrieb des oben erörterten Lasers mit dem einzigen Kontakt bestätigt, wo beobachtet wurde, daß das Übersprechen gegenüber der Lichtmodulation phasenverschoben war, wie es den Fig. 10a und 10b zu sehen ist.
Insbesondere ist der Doppellaserchip mit getrenntem Kontakt der Fig. 8, der als ein herkömmlicher Laser mit einem einzigen Kontakt betrieben wird, ein Laser mit hoher Schwelle und niederem Wirkungsgrad. Die gemessenen Parameter für eine typische Einrichtung waren Ith = 27,0 mA, Vth = 1,730 Volt, I&sub0; = 49,4 mA, Rs = 2,62 Ohm und η = 0,40 mW/mA. Setzt man diese Werte in Gleichung (3) ein, dann ist ΔQ = 3,67P&sub0;. Wenn beim gütegeschalteten Modus betrieben, ergibt die Gleichung (5) ΔQ -P&sub0;, da I&sub0;(V&sub0;-Vtb) = 54,7 mA x 2 mV = 0,11 mW, was verglichen mit P&sub0; = 8 mW vernächlässigbar ist. Somit ist gezeigt worden, daß Güteschalten 3 bis 4 mal weniger vorübergehende Wärme als der Betrieb mit einem einzigen Kontakt bei der strommodulierten Art erzeugt. Diese verringerte Wärme erzeugt weniger thermisches Übersprechen zwischen den Emittern. Beispielsweise wurde das Übersprechen für den in Fig. 8 gezeigten Laser 52 mit gütegeschalteter Modulation bestimmt zu
partielles Übersprechen = Modulationsamplitude bei der Leistungsabgabe des Lasers 54/ von dem Laser 54 ausgestrahlte Durchschnittsleistungsabgabe
= (1,7x20mV)/(4,8x500mV) = 0,014
oder 1,4%, und das Lecken wurde bestimmt zu
partielles Lecken = Amplitude des gemessenen Signals bei abgeschaltetem Laser 54/ von dem eingeschaltetem Laser 54 ausgesandte Durchschnittsleistungsabgabe
= (0,3x5mV)/(4,8x500mV) = 0,0006
oder 0,6 Prozent, so daß, da das Lecken mit dem Übersprechen in Phase ist, das tatsächliche Übersprechen 1,4% - 0,06% = 1,34% ist.
Wo hingegen für den Laser 52, der als eine Einrichtung mit einem einzelnen Kontakt in der Strommodulationsweise betrieben worden ist, das Übersprechen bestimmt wurde zu,
partielles Übersprechen = Modulationsamplitude bei der Leistungsabgabe des Lasers 54/ von dem Laser 54 ausgestrahlte Durchschnittsleistungsabgabe
= (1,8x50mV)/(4,8x500mV) = 0,0375
oder 3,75 %, und das Lecken wurde bestimmt zu
partielles Lecken = Amplitude des gemessenen Signals bei abgeschaltetem Laser 54/ von dem eingeschaltetem Laser 54 ausgesandte Durchschnittsleistungsabgabe
= (0,3x5mV)/(4,8x500mV) = 0,0006
oder 0,6%.
so daß das Lecken mit dem Übersprechen außer Phase ist, das gesamte Übersprechen 3,75 % + 0,06% = 3,81% ist.
Somit kann eine Anzahl von Vorteilen beim Betreiben des Lasers einer monolithischen Laser-Vielfachanordnung in der gütegeschalteten Weise gemäß dem obigem erkannt werden, einschließlich der verbesserten Isolierung der jeweiligen Laser gegen die thermischen Wirkungen der Modulation der benachbarten Laser, und der tatsächlichen Kühlwirkung, die erreicht werden, was zu einer verbesserten Steuerung der Ausgangsamplitude, der Wellenlänge usw. des Lasers führt. Ferner ist das in den Figuren 6 und 6a gezeigte Schema zum Modulieren des Ausgangs des Lasers vorteilhaft, weil es nur ein Schaltsignal geringer Spannung benötigt, wodurch die Notwendigkeit für Ansteuerelektronik für die Spannung oder Strommodulation ausgeschlossen wird. Jedoch können viele anderen Steuerschemata in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung für das Güteschalten verwirklicht werden, wie die Integration einer Schaltung zur Spannungsmodulation des Modulatorbereiches. Auch könnte statt des Schalters 66 (oder 78) ein Transistor oder eine Diode angeordnet und auf dem Chip mit den Lasern integriert werden.

Claims

1. Ein Verfahren zum Betreiben einer Vielfachanordnung (10) von monolithisch gebildeten, unabhängig adressierbaren Halbleiterlasern (12) von der Art, die eine Mehrzahl von Halbleiterschichten (24,26,28,30) auf einem Halbleitersubstrat (22) einschließt, wobei wenigstens eine der genannten Schichten eine aktive Schicht (26) umfaßt, die in eine Mehrzahl von Bereichen einschließlich wenigstens eines Lichtverstärkungsbereiches (16) und eines Modulatorbereiches (18) unterteilt ist, wobei es die Schritte umfaßt:

Anlegen einer ausreichenden Vorwärtsvorspannung an den Verstärkerbereich (16) derart, daß eine stimulierte Emission bewirkt wird, darin aufzutreten;

Lenken eines Anteils der stimulierten Emission in den Modulatorbereich (18); und

Ändern des internen Verlustes des Modulatorbereiches durch Ändern der Spannung, die an den Modulatorbereich angelegt ist, so daß bei einer ersten Spannung der stimulierten Emission gestattet wird, eine Laserstrahlung innerhalb des Lasers zu bewirken, und bei einer zweiten Spannung die stimulierte Emission darin gehindert wird, eine Laserausstrahlung innerhalb des Lasers zu bewirken.

2. Ein Verfahren zum Betreiben einer Vielfachanordnung (10) von monolithisch gebildeten, unabhängig adressierbaren Halbleiterlasern (12) von der Art, die eine Mehrzahl von Halbleiterschichten (24,26,28,30) auf einem Halbleitersubstrat (22) einschließt, wobei wenigstens eine der genannten Schichten eine aktive Schicht (26) umfaßt, die in eine Mehrzahl von Bereichen einschließlich wenigstens eines Lichtverstärkungsbereiches (16) und eines Modulatorbereiches (18) unterteilt ist, wobei es die Schritte umfaßt:

Ändern des internen Verlustes des Modulatorbereiches, indem selektiv der Modulatorbereich mit Massepotential so verbunden und getrennt wird, daß, wenn der Modulatorbereich von dem Massepotential getrennt ist, der stimulierten Emission gestattet wird, eine Laserstrahlung in dem Laser zu bewirken, und wenn der Modulatorbereich mit dem Massepotential verbunden ist, die stimulierte Emission daran gehindert wird, eine Laserstrahlung in dem Laser zu bewirken.

3. Ein Verfahren zum Betreiben einer Vielfachanordnung (10) von monolithisch gebildeten, unabhängig adressierbaren Halbleiterlasern (12) von der Art, die eine Mehrzahl von Halbleiterschichten (24,26,28,30) auf einem Halbleitersubstrat (22) einschließt, wobei wenigstens eine der genannten Schichten eine aktive Schicht (26) umfaßt, die in eine Mehrzahl von Bereichen einschließlich wenigstens eines Lichtverstärkungsbereiches (16) und eines Modulatorbereiches (18) unterteilt ist, wobei jeder Bereich mit wenigstens einer Grenzschicht zwischen Material vom p-Typ und Material vom n-Typ verbundenist, wobei es die Schritte umfaßt:

Anlegen einer ausreichenden Vorwärtsvorspannung an den Verstärkerbereich (16) so, daß eine stimulierte Emission bewirkt wird, darin aufzutreten;

Lenken eines Anteils der genannten stiumilierten Emission, in den genannten Modulatorbereich (18); und

Ändern des internen Verlustes des Modulatorbereiches, indem selektiv das Material vom p-Typ und das Material vom n-Typ des Modulatorbereiches so elektrisch verbunden und unterbrochen wird, daß, wenn das Material vom p-Typ und das Material vom n-Typ elektrisch getrennt ist, der stimulierten Emission gestattet wird, Laserstrahlung in dem Laser zu bewirken, und wenn das Material vom p-Typ und das Material vom n-Typ elektrisch verbunden ist, die stimulierte Emission verhindert wird, Laserstrahlung in dem Laser zu bewirken.

4. Eine Vielfachanordnung (10) monolithisch gebildeter, unabhängig adressierbarer Halbleiterlaser (12) umfassend:

ein Halbleitersubstrat (22);

eine Mehrzahl von Halbleiterschichten (24,26,28,30), die auf dem genannten Substrat so gebildet sind, daß wenigstens eine der genannten Schichten eine aktive Schicht (26) schmalerer Bandlücke als die mit ihr benachbarten Schichten bildet;

einen ersten, aktiven Bereich (16), der in der genannten aktiven Schicht für jeden Laser gebildet ist, der einen zweidimensionalen optischen Hohlraum zum Arbeiten als ein Laser einschließt;

einen zweiten, aktiven Bereich (18), der in der genannten aktiven Schicht von wenigstens einem der Laser der Vielfachanordnung gebildet ist und einen zweidimensionalen, optischen Hohlraum einschließt, der zu dem genannten optischen Hohlraum des genannten ersten, aktiven Bereiches koaxial ist, um als ein optischer Modulator zu arbeiten;

worin eine ausreichende Vorwärtsvorspannung an den genannten ersten, aktiven Bereich von wenigstens einem der Laser der Vielfachanordnung so angelegt wird, daß eine stimulierte Emission bewirkt wird, darin aufzutreten, ein Anteil der genannten stimulierten Emission in den genannten zweiten, aktiven Bereich des genannten wenigstens einen Lasers gerichtet wird, und der innere Verlust des zweiten, aktiven Bereiches des genannten wenigstens einen Lasers verändert wird, indem die an den genannten zweiten, aktiven Bereich angelegte Spannung so geändert wird, daß bei einer ersten Spannung der stimulierten Emission gestattet wird, Laserstrahlung in dem genannten wenigstens einem Laser zu bewirken, und bei einer zweiten Spannung die stimulierte Emission daran gehindert wird, Laserstrahlung in dem genannten wenigstens einem Laser zu bewirken.

5. Eine Vielfachanordnung (10) monolithisch gebildeter, unabhängig adressierbarer Halbleiterlaser (12) umfassend:

ein Halbleitersubstrat (22);

einen ersten, aktiven Bereich (16), der in der genannten aktiven Schicht für jeden Laser gebildet ist, und wenigstens eine Grenzschicht zwischen Material vom p-Typ und n-Typ einschließt und ferner einen zweidimensionalen, optischen Hohlraum zum Arbeiten als ein Laser einschließt;

einen zweiten, aktiven Bereich (18), der in der genannten aktiven Schicht von wenigstens einem der Laser der Vielfachanordnung gebildet ist und wenigstens eine Grenzschicht zwischen dem Material von p-Typ und n-Typ einschließt und ferner einen zweidimensionalen, optischen Hohlraum einschließt, der zu dem genannten optischen Hohlraum des genannten ersten, aktiven Bereiches zum Arbeiten als ein optischer Modulator koaxial ist;

worin eine ausreichende Vorwärtsvorspannung an den genannten ersten, aktiven Bereich von wenigstens einem der Laser der Vielfachanordnung so angelegt ist, daß eine stimulierte Emission bewirkt wird, darin aufzutreten, ein Anteil der genannten stimulierten Emission in den genannten zweiten, aktiven Bereich des genannten wenigstens einen Lasers gerichtet wird, und der interne Verlust des zweiten, aktiven Bereiches des genannten wenigstens einen Lasers geändert wird, indem das Material vom p-Typ und das Material vom n-Typ des genannten zweiten, aktiven Bereiches so selektiv elektrisch verbunden und unterbrochen wird, daß, wenn das genannte Material vom p-Typ und das Material vom n-Typ elektrisch unterbrochen sind, der stimulierten Emission gestattet wird, Laserstrahlung in dem genannten wenigstens einen Laser zu bewirken, und, wenn das genannte Material vom p-Typ und vom n-Typ elektrisch verbunden ist, die stimulierte Emission verhindert wird, Laserstrahlung in dem genannten, wenigstens einem Laser zu erzeugen.

6. Eine Vielfachanordnung (10) monolithisch gebildeter, unabhängig adressierbarer Halbleiterlaser (12) umfassend:

ein Halbleitersubstrat (22);

einen ersten, aktiven Bereich (16), der in der genannten aktiven Schicht für jeden Laser gebildet ist und einen zweidimensionalen, optischen Hohlraum zum Arbeiten als ein Laser einschließt;

worin eine ausreichende Vorwärtsvorspannung an den genannten ersten, aktiven Bereich von wenigstens einem der Laser der Vielfachanordnung so angelegt ist, daß eine stimulierte Emission bewirkt wird, darin aufzutreten, ein Anteil der genannten stimulierten Emission in den genannten zweiten, aktiven Bereich des genannten wenigstens einen Lasers gerichtet wird, indem selektiv, der genannte zweite, aktive Bereich mit Massepotential so verbunden und unterbrochen wird, daß wenn der genannte zweite, aktive Bereich von Massepotential unterbrochen ist, der stimulierten Emission gestattet wird, Laserstrahlung in dem genannten wenigstens einen Laser zu bewirken, und, wenn der genannte zweite, aktive Bereich mit Massepotential verbunden ist, die stimulierte Emission daran gehindert wird, Laserstrahlung in dem genannten, wenigstens einen der Laser zu bewirken.

7. Das Verfahren oder die Vielfachanordnung nach irgendeinem vorhergehenden jeweiligen Anspruch, bei dem/der die Vorwärtsvorspannung an dem Verstärkerbereich ein Gleichstrom konstanter Spannung ist.

8. Das Verfahren oder die Vielfachanordnung nach irgendeinem vorhergehenden jeweiligen Anspruch, bei dem/der die an den Modulatorbereich angelegte Spannung eine rückwärtige Vorspannung mit konstantem Strom ist.

9. Das Verfahren oder die Vielfachanordnung nach Anspruch 8, bei dem/der die an den Modulatorbereich gelegte Spannung zwischen 1 und 3 V ist, und der bei dem Modulatorbereich angewandte Strom weniger als 1.0 mA.