DE69115622T2

DE69115622T2 - Halbleiterlaser-Verstärker

Info

Publication number: DE69115622T2
Application number: DE69115622T
Authority: DE
Inventors: Koichi Gen-Ei
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2011-09-25
Also published as: KR920007279A; DE69115622D1; EP0477842A3; US5229879A; KR950006317B1; EP0477842B1; EP0477842A2; JP2539089B2; JPH04136824A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haibleiterlaser- Verstärkereinrichtung, wie im Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1 definiert. Ein derartiger Halbleiterlaserverstärker ist aus der GB 2 033 648 A bekannt. In dieser Halbleiterlaser-Verstärkereinrichtung wird ein Eingangslicht verstärkt, während es sich in dem aktiven Wellenleiter mittels einer Reflektion oder mittels wiederholter Totalreflektion oder einer Reflektion an den Endflächen der optischen Wellenleiter ausbreitet. Die zur Verstärkung des Eingangslichts verwendeten Wellenleiter werden in einem Halbleitersubstrat gebildet.
Die EP 0 245 085 A1 beschreibt einen optischen Verstärker mit einer Endfläche, durch die er ankommendes Licht von einer daran angebrachten optischen Faser empfängt. Das Eingangslicht wird in dem optischen Verstärker verstärkt, über eine an einer zweiten Endfläche des optischen Verstärkers angebrachte Reflektionseinrichtung an die optische Eingangsfaser zurückreflektiert und durch die gleiche optische Faser ausgegeben. Verschmolzen mit dieser optischen Faser ist ein Richtkoppler, der das reflektierte Licht aus der optischen Eingangsfaser herauskoppelt.
Die JP 62170918 betrifft ein Halbleiterlasermodul, umfassend einen Halbleiterlaser, eine Stablinse und eine optische Faser, angebracht auf einer Halteeinrichtung. Die Halteeinrichtung wird verwendet, um eine Kopplung zwischen einer einzelnen optischen Faser und dem einzelnen Halbleiterlaser zu erreichen.
Halbleiterlaserverstärker können bei der optischen Kommunikation zur Verstärkung von optischen Signalen verwendet werden. Da ein kostenaufwendiger, optischer Zwischenverstärker (repeater) bei optischen Kommunikationen durch nur einen Halbleiterlaserverstärker ersetzt werden kann, wird erwartet, daß Halbleiterlaserverstärker die Kosten des Aufbaus eines faseroptischen Verteilungsnetzes in der Zukunft beträchtlich reduzieren werden.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels eines tpyischen Halbleiterlaserverstärkers.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das sich entlang der optischen Faser 10 ausbreitende Licht über die Abbildungslinse 12 an eine optische Wellenleiterschicht 16 des Halbleiterlaserverstärkers 14 geführt. Die optische Wellenleiterschicht 16 dient auch als eine optische, aktive Schicht, in der Licht verstärkt wird und den Verstärker 14 verläßt. Das von dem Verstärker 14 verstärkte Licht wird über die Abbildungslinse 18 an die optische Faser 20 geleitet, wobei es an das faseroptische Verteilungsnetz zurückgeführt wird.
Um eine ausreichende Verstärkung in dem Verstärker 14 zu erzielen, ist es erforderlich, die Länge der optischen Wellenleiterschicht 16 oder eine Hohlraumlänge L ausreichend lang zu machen. Aufgrund dessen müssen Halbleiterlaserverstärker eine Laserchiplänge von ungefähr 400 bis 1000 um aufweisen, einen Faktor 2 einer gewöhnlichen Laserchiplänge von 200 bis 300 um. Dies führt zu einer schlechteren Produktivität.
Ferner ist es in dem optischen System erforderlich, Linsen oder Fasern mit beiden Enden eines Chips in der Größenordnung einer Länge von 400 bis 1000 um zu verbinden, was nicht nur den Entwurf und die Herstellung von Verstärkern, sondern auch die Durchführung wichtiger Arbeitsvorgänge, beispielsweise einer hermetischen Abdichtung hinsichtlich einer Zuverlässigkeit erschwert.
Ein Halbleiterlaserverstärker, der insbesondere vorgeschlagen ist, um eine schlechte Produktivität zu verhindern, ist in Fig. 2 gezeigt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wird das sich entlang der optischen Faser 10 ausbreitende Licht über den Strahlteiler 30 an die optische Faser 32 mit runder Spitze geführt. Das die optische Faser 32 mit runder Spitze verlassende Licht wird an die optische Wellenleiterschicht 16 des Halbleiterlaserverstärkers 14 geliefert. Das Licht bewegt sich entlang der optischen Wellenleiterschicht 16, wobei es seine Verstärkung erhöht, bis es das Ende des Resonators erreicht. Auf dem Ende ist ein Hochreflektions- Beschichtungsfilm (HR-Film) 34 vorgesehen, der das Licht reflektiert. Das reflektierte Licht bewegt sich dann entlang der optischen Wellenleiterschicht 16, wobei es weiter seine Verstärkung erhöht. Das Licht mit der erhöhten Verstärkung wird dann wieder an die optische Faser 32 mit runder Spitze geführt, dann an dem Strahlteiler 30 aufgeteilt, um in die optische Faser 20 zu laufen und kehrt an das faseroptische Verteilungsnetz zurück.
Durch eine Lichtausbreitung vorwärts und dann rückwärts entlang der optischen Wellenleiterschicht 16 des Halbleiterlaserverstärkers 14 ist es möglich, fast zweimal die Länge der optischen Wellenleiterschicht 16 zu erhalten, d.h. ungefähr 2L hinsichtlich der Hohlraumlänge von L, was einen kleinen Chip mit einer großen Verstärkung bereitstellt.
Da sich allerdings das ankommende Licht und das abgehende Licht entlang der gleichen optischen Wellenleiterschicht ausbreiten, muß der Strahlteiler 30 für deren Aussortierung in die optische Faser hinzugefügt werden. Gegenwärtig ist es extrem schwierig, das ankommende Licht von den abgehenden Licht unter Verwendung des Strahlteilers 30 vollständig zu trennen, was Probleme verursacht. Beispielsweise neigt ein Leck von optischen Komponenten dazu, Signalrauschen zu erzeugen. Ein Teil des Lichts, welches an dem Strahlteiler 30 reflektiert wird, kann an die optische Wellenleiterschicht 16 zurücklaufen, was ein Signalrauschen verursacht. Ferner existiert ein Zuverlässigkeitsproblem: Es ist bis jetzt noch nicht verifiziert worden, daß der Strahlteiler 30 die ausreichend stabilen Eigenschaften gegenüber Anderungen der Umgebungstemperaturen und Alterungsprozessen sicherstellt.
Um den Kopplungswirkungsgrad der Rundendenfaser 32 zu erhöhen, ist es erforderlich, die Position mit einer hohen Genaugikeit im Submikronbereich einzustellen, was die Herstellung des optischen Systems erschwert. Insbesondere wird bei der hermetischen Abdichtung des Verstärkers 14 in einer Verpackung zur Herstellung eines Moduls die Rundendenfaser mit einem Haftungsmittel angelötet oder gebondet, was während des Arbeitsvorgangs oft eine Fehlausrichtung verursacht, was eine schlechte Fabrikationsausbeute zur Folge hat.
Wie voranstehend erwähnt, ist in herkömmlichen Halbleiterlaserverstärkern die Länge von Elementen (Hohlraumlänge) groß, was zu einer schlechten Produktivität führt.
Einige Halbleiterlaserverstärker sind verfügbar, die eine verbesserte Produktivität aufweisen, aber das ankommende und abgehende Licht breiten sich noch entlang der gleichen optischen Faser aus, was viele Faktoren mit sich bringt, die Signalrauschen verursachen. Die Verwendung von unzureichend stabilen Teilen hinsichtlich einer Veränderung der Umgebungstemperatur und von Alterungsprozessen beeinträchtigt die Zuverlässigkeit. Zusätzlich erfordert die Verwendung einer Rundendenfaser eine Submikroneinstellung bei der Herstellung des Moduls, was den Arbeitsvorgang erschwert.
Deshalb ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer höchst zuverlässigen Halbleisterlaser- Verstärkereinrichtung mit einer hohen Produktivität, die eine hochgenauge Positionierung ermöglicht und ein mechanisch höchst stabiles, optisches System bereitstellt.
Diese Aufgabe wird durch eine Halbleiterlaser- Verstärkereinrichtung gelöst, wie im beigefügten Anspruch 1 definiert. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen 2 bis 7 aufgeführt.
Gemäß der Erfindung verwendet der Halbleiterlaserverstärker eine optische Wellenleiterschicht, die in einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps gebildet ist und eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps verwendet, ist angeordnet, um in einer Ebene ein V zu bilden, was die Länge der optischen Wellenleiterschicht zweimal die Hohlraumlänge macht und den Lichteinfallspfad von dem Lichtausfallpfad trennt.
Da die Länge der optischen Wellenleiterschicht tatsächlich zweimal die Hohlraumlänge ist, ist es mit diesem Halbleiterlaserverstärker möglich, die Hohlraumlänge ohne Verringerung der Verstärkung zu verkürzen. Demzufolge steigt die Anzahl von Laserverstärkern pro Wafer an, was die Produktivität von Laserverstärkern erhöht.
Der Unterschied des Lichteingriffspfads von dem Lichtaustrittspfad verringert Faktoren einer Erzeugung von Signalrauschen, beispielweise einer Lichtreflektion, was das Betriebsverhalten des Laserverstärkers verbessert. Ferner verbessert eine Konstruktion des Laserverstärkers nur mit Teilen, deren Stabilität vollständig verifiziert worden ist, die Zuverlässigkeit.
Diese Erfindung läßt sich vollständiger aus der nachfolgenden, eingehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines Laserverstärkersystems;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines anderen Beispiels eines Laserverstärkersystems;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm für ein weiteres Halbleiterlaser-Verstärkersystem, umfassend einen Halbleiterlaserverstärker, der in der Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 eine pespektivische Ansicht, teilweise im Querschnitt, von einem Halbleiterlaserverstärker gemäß Fig. 3;
Fig. 5 ein schematisches Diagramm eines weiteren Halbleiterlaser-Verstärkersystems, umfassend einen Halbleiter-Laserverstärker und eine Fotodiode, die mit der Erfindung verwendbar sind;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht, die eine Halbleiterlaser-Verstärkereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 7 eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie 6-6;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht, die eine Laserverstärkereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht, die die Wärmesenke und ihre Umgebung in Fig. 8 zeigt; und
Fig. 10 eine Querschnittsansicht, die eine Halbleiterlaser- Verstärkereinrichtung dieser Erfindung zeigt, die in einem anderen Modul eingebaut ist.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden nachstehend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert. Gleiche Teile werden durch entsprechende Bezugszeichen überall in den verschiedenen Ansichten gezeigt und redundante Erläuterungen werden weggelassen.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines Halbleiterlaser- Verstärkersystems, umfassend einen Halbleiterlaserverstärker, der in der Erfindung verwendet wird.
Wie in Fig. 3 gezeigt, läuft das sich entlang einer optischen Faser 10 ausbreitende Licht 11A durch eine Stablinse 40 und tritt in eine optische Wellenleiterschicht 16A an ihrem Eingangsende 14A eines Laserverstärkers 14 ein. Auf dem Einfallsende 14A ist beispielsweise ein Antireflektionsfilm (AR-Film) 13 plaziert. Das Licht 11A tritt über den Antireflektionsfilm 13 in die optische Wellenleiterschicht 16A ein. Die optische Wellenleiterschicht 16A dient auch als eine optische aktive Schicht, in der das einfallende Licht verstärkt wird. Ein Hochreflektions-Beschichtungsfilm (HR- Film) 15 ist auf das Reflektionsende 14B des Laserverstärkers 14 aufgebracht. Das sich entlang der optischen Wellenleiterschicht 16A bewegende und seine Verstärkung erhöhende Licht wird an dem Hochreflektions-Beschichtungsfilm 15 reflektiert und läuft in Richtung der optischen Wellenleiterschicht 16B. Um Licht zu reflektieren, kann anstelle des Hochreflektionsfilms 15 für das Reflektionsende 14B eine Spaltfläche verwendet werden. Auch die optische Wellenleiterschicht (deavage surface) 168 dient als eine optisch aktive Schicht, die Licht verstärkt, wie die optische Wellenleiterschicht 16A. Das sich entlang der optischen Wellenleiterschicht 16B ausbreitende und seine Verstärkung erhöhende Licht erreicht das Eingangsende 14A und verläßt den Laserverstärker 14 über den Antireflektionsfilm 13 nach außen. Dieses abgehende Licht 11b tritt über die Stablinse 40 in die optische Faser 20 ein. Die Verwendung der Stablinse 40 ermöglicht, das ankommende Licht von dem abgehenden Licht räumlich zu trennen, entlang der Pfade von den optischen Wellenleiterschichten 16A und 16B, die in einem Abstand d in der Größenordnung von einigen 10 um zueinander liegen, an die optischen Fasern 10 und 20, die in einem Abstand D in der Größenordnung von mehreren hundert um bis mehreren mm zueinander liegen. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Verfahren, bei dem Faseradern direkt an die Basis mit einem Haftungsmittel gelötet oder gebondet werden müssen, können Fasern aufgrund dessen in die Hülse eingefügt und dort mit einem Haftungsmittel gebondet werden und dann wird die Hülse an die Basis unter Verwendung eines Laserschweißvorgangs befestigt. Dieses Verfahren schafft ein mechanisch höchst stabiles, optisches System. Nur eine Stablinse 40 wird benötigt. Mit einer einzelnen Stablinse ermöglicht eine einfache Einstellung des Einfallswinkels des Lichts, welches in die Fasern 10 und 20 eintritt oder diese verläßt, eine Einstellung sowohl des Brennpunkts des sich von der optischen Faser 10 an den Laserverstärker 14 ausbreitenden Lichts und des Brennpunkts des sich von dem Verstärker 14 an die Faser 20 ausbreitenden Lichts.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die im Querschnitt einen Halbleiterlaserverstärker aus Fig. 3 zeigt. Der Halbleiterlaserverstärker ist beispielsweise vom gleichen Typ wie derjenige des Verstärkers 14 in dem System aus Fig. 3. In dieser Ausführungsform wird als ein Beispiel ein vergrabener, Hetero-Halbleiterlaser auf InGaAsP-Basis als ein Beispiel erläutert.
Wie in Fig. 4 gezeigt, werden auf einem n-Typ InP-Substrat 60 die optischen Wellenleiterschichten 16A und 16B gebildet, die aus einer aktiven Schicht 62, einer p-Typ InP- Abdeckungsschicht 64 und einer p-Typ InGAsP-ohmschen Kontaktschicht 66 gebildet sind. Die optischen Wellenleiterschichten 16A und 16B sind so angeordnet, daß sie in der Draufsicht ein V bilden. Auf jeder Seite der aktiven Schicht 62 werden zum Abblocken von Strom und Licht eine p- Typ InP-Abdeckungsschicht 64 und eine p-Typ InGaAsP-ohmsche Kontaktschicht 66, eine p-Typ InP- vergrabene Schicht 68 und eine n-Typ InP-vergrabene Schicht 70 gebildet. Auf der oberen und unteren Oberfläche des Laserverstärkers 14 werden jeweils Elektroden 72 und 74 gebildet. Mit der Zuführung eines Stroms von diesen Elektroden 72 und 74 stellen die optischen Wellenleiterschichten 16A und 16B einen optischen Verstärkungsgewinn bereit. Auf dem Einfallsende 14A des Laserverstärkers 14 ist ein Antireflektionsfilm 13 gebildet, während auf seinem Reflektionsende ein Hochreflektions- Beschichtungsfilm 15 gebildet ist. Das Reflektionsvermögen des Antireflektionsfilms 13 ist auf einen Wert in der Größenordnung von 10&supmin;³ oder weniger an dem Ende der optischen Wellenleiterschichten 16A und 16B eingestellt, während das Reflektionsvermögen des Hochreflektions-Beschichtungsfilms 15 auf einen Wert im Bereich von 0,3 bis 1,0 eingestellt wird. Eine Einstellung des Produkts dieser Reflektionsvermögen in der Größenordnung von 10&supmin;&sup4; oder weniger unterdrückt eine Laseroszillation, was dem Laserverstärker 14 erlaubt, als der Ausbreitungswellentyp zu arbeiten.
Fig. 5 ist ein schematisches Diagramm eines Halbleiterlaser- Verstärkersystems, umfassend einen Halbleiterlaserverstärker und eine Fotodiode, die mit der Erfindung verwendbar sind.
Wenn das Reflektionsvermögen des Hochreflektions- Beschichtungsfilms 15 kleiner als 1,0 ist, dann ist eine Selbsteinstellung einer optischen Verstärkung möglich, indem, wie in Fig. 5 gezeigt, ein Lichtempfangselement für eine automatische Verstärkungseinstellung, beispielsweise eine Fotodiode 50 auf der Seite des Refelktionsendes 14B angeordnet wird und der durch Licht verursachte Strom an der Fotodiode 50 an eine automatische Leistungssteuereinrichtung 52 geliefert wird, die eine Stromzuführung an den Laserverstärker 14 steuert.
Halbleiterlaserverstärker mit dem voranstehend erwähnten Aufbau werden in fast der gleichen Weise wie bei dem Herstellungsverfahren für gewöhnliche vergrabene Heterolaserelemente hergestelt. Beispielsweise werden auf einem InP-Substrat 60 vom n-Typ die aktive Schicht 62, eine InP-Abdeckungsschicht 64 vom p-Typ und eine InGaAsP-ohmsche Kontaktschicht 66 vom p-Typ sequentiell gebildet. Dann werden diese Schichten selektiv geätzt, beispielsweise durch eine Fotoätzung, um so die optischen Wellenleiterschichten 16A und 16B zu bilden, die die Form eines Inversmesastreifens, der sich bis unter die aktive Schicht 62 erstreckt und in der Draufsicht eine Form wie ein V aufweist, annehmen. Danach werden entlang des Invers-Mesastreifens zur Bildung des Laserverstärkers 14 eine vergrabene InP-Schicht 68 vom p-Typ und eine vergrabene InP-Schicht 70 vom n-Typ sequentiell aufgewachsen. Als nächstes wird eine Metallbeschichtung zur Bildung von Elektroden 72 und 74 und anderen über die oberen und unteren Oberflächen des Laserverstärkers 14 aufgedampft.
Danach wird der Wafer in einzelne Laserverstärker 14 aufgespalten. Nach einer Aufspaltung werden auf beiden Enden 14A und 14B des Laserverstärkers 14 der Antireflektionsfilm 13 und der Hochreflektions-Beschichtungsfilm 15 und andere je nach Anforderung gebildet.
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Halbleiterlaser-Verstärkereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie 6-6 aus Fig. 6.
Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt, ist der Laserverstärker 14 beispielsweise mittels eines eutektischen Lötmittels über eine Unterhalterung 59, beispielsweise einem Diamant oder Silizium, auf einer Wärmesenke (Bett) 60 befestigt. Die Stablinse 40 ist in eine Öffnung 65 eingefügt, die in einem kappenartigen Linsenhalter 62 vorgesehen ist, und dann mit einem Haftungselement 64, beispielsweise ein Lötmittel oder ein Silberlötmittel oder eine Glasabdichtung an der Stelle verankert. Dieser Linsenhalter 62 ist beispielsweise mittels Schweißen 66 an einem Steg 68 befestigt, um den Laserverstärker 14 hermetisch abzudichten. Wie in Fig. 7 gezeigt, ist die Wärmesenke 60 mit einer Energiequelle GND mit niedrigem Potential verbunden und die optischen Wellenleiterschichten 16A und 16B des Chips 14 sind mit einer Energiequelle Vcc mit hohem Potential verbunden, die ein Betriebspotential für den Laserverstärker 14 bereitstellt.
Mit dieser Packung kann eine optische Kopplung des Laserverstärkers 14 und der optischen Fasern 10 und 20 durch Feineinstellung der Positionen der optischen Fasern 10 und 20 eingestellt werden. Das heißt, eine Einstellung einer optischen Kopplung der optischen Fasern 10 und 20 und des Laserverstärkers 14 kann unabhängig von der hermetischen Abdichtung des Laserverstärkers 14 durchgeführt werden, was die Fabrikationsproduktivität von Packungen erhöht.
Fig. 8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Halbleiterlaser-Verstärkereinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt. Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, die die Wärmesenke 60 und ihre Umgebung vergrößert.
Wie in Fig. 8 gezeigt, ist ein Halter 80 für optische Fasern auf dem Linsenhalter 62 durch Schweißen oder mit einem Haftungselement 82, beispielsweise einem Lötmittel, befestigt. In dem Halter 80 für optische Fasern besitzt ein auf die Stablinse 40 zugekehrter Abschnitt eine darin gebildete Öffnung 84. In die Öffnung 84 ist eine Hülse 86 eingefügt, die zwei Öffnungen 88A und 88B aufweist. Die optischen Fasern 10 und 20 werden in die Öffnungen 88A bzw. 88B eingefügt. An den Enden der optischen Fasern 10 und 20 auf der Seite der Linse 40 erstrecken sich Faseradern 10A und 20A über Ummantelungsmaterialien 10B und 20B hinaus. Die Faseradern 10A und 20A werden in den Hülsen 86A und 86B mit Epoxidharz 90A und 90B befestigt. Der Steg 68, auf dem die Wärmesenke 60 angebracht ist, ist an einem zusätzlichen Steg 94 durch Verschweißen oder mit einem Haftungselement 92, beispielsweise einem Lötmittel, verankert. Auf dem Steg 94 ist mittels Schweißen oder mittels eines Haftungselements 96, beispielsweise einem Lötmittel, eine Kappe 98 befestigt. Die Kappe 98 bedeckt den Linsenhalter 62 und den Halter 80 für optische Fasern. In der Kappe 98 weist ein Abschnitt, der dem Halter 80 für optische Fasern zugekehrt ist, zwei darin gebildete Öffnungen 99A und 99B auf. Die optischen Fasern 10 und 20 laufen durch die Öffnungen 99A bzw. 99B und erscheinen außerhalb der Kappe 98.
In dem Modul, so wie es in Fig. 9 gezeigt ist, ist auf der Wärmesenke 60 eine zusätzliche Wärmesenke (Bett) 100 vorgesehen. Der Laserverstärker 14 ist auf der Wärmesenke 60 beispielsweise mit einem eutektischen Lötmittel 102 über die Unterhalterung 59 befestigt. Auf der zusätzlichen Wärmesenke 100 ist eine P-I-N-Fotodiode (Lichtempfangselement) 50 mit beispielsweise einem eutektischen Lötmittel 104 befestigt. Die Fotodiode 50 besitzt die gleiche Funktion wie die in Fig. 5. Die Wärmesenken 60 und 100 sind mit einer Energieversorgung GND mit niedrigem Potential verbunden. Die optischen Wellenleiterschichten 16A und 16B des Chips 14 sind mit einer Energiequelle Vcc1 mit hohem Potential verbunden und die Anode der Fotodiode 50 (Halbleiterschicht vom p-Typ) ist mit einer Energieversorgung Vcc2 mit hohem Potential verbunden, die Betriebspotentiale für den Laserverstärker und die Fotodiode 50 bereitstellt. Ferner, und wie in Fig. 10 gezeigt, ist es durch Einbau des Moduls aus Fig. 9 in eine rechteckige Verpackung, beispielsweise eine Dual-in-Line-(DIL oder Doppelreihen-)Verpackung oder einer Schmetterlingsverpackung möglich, eine Schaltungsplatinenanbringung zu erleichtern.
Wie bisher beschrieben, besitzen die lichtverstärkenden, optischen Wellenleiterschichten 16A und 16B bei dem Halbleiterlaserverstärker 14 eine Struktur, bei der Licht an einer der zwei Enden des Resonators reflektiert wird, um dadurch einen ausreichenden Verstärkungsgewinn mit einer kurzen Hohlraumlänge L zu erreichen. Dies verkleinert die Größe des Laserverstärkers 14, was die Produktivität der Laserverstärker 14 verbessert. Da sowohl ein Empfang als auch eine Aussendung des Lichts an dem verbleibenden Ende des Laserverstärkers 14 durchgeführt wird, besteht überhaupt keine Notwendigkeit, eine spezielle Verpackung zu entwickeln, und Verpackungen ähnlich wie herkömmliche für Halbleiterlaser können verwendet werden. Ferner kann eine Einstellung einer optischen Kopplung an nur einer Stelle durchgeführt werden, was im Vergleich mit herkömmlichen Aquivalenten, wie in Fig. 1 gezeigt, bei denen Linsen auf beiden Seiten des Resonators plaziert sind, eine Einstellung einer optischen Kopplung erleichtert.
Der Pfad, entlang dem das Licht an den Laserverstärker 14 geführt wird, unterscheidet sich von dem Pfad, entlang dem das Licht von dem Verstärker 14 ausgesendet wird, wobei kein Strahlteiler, wie in Fig. 2 gezeigt, benötigt wird. Dies beseitigt Faktoren, die Signalrauschen verursachen. Ferner schafft der Aufbau der Einheit nur mit Hochleistungsteilen, deren Zuverlässigkeit vollständig verifiziert worden ist, einen höchst zuverlässigen Halbleiterlaserverstärker.
Die Erfindung kann in noch anderen Vorgehensweisen umgesetzt oder ausgeführt werden. Während beispielsweise in den Ausführungsformen der Halbleiterlaserverstärker 14 vom vergrabenen Hetero-Typ ist, kann er der planare vergrabene Doppelkanal-Hetero-Typ oder der vergrabene Halbmondtyp (Crescent-Typ) sein. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung auf die Doppelheterostruktur anwendbar, die eine Übergangs- Antizurückschmelzschicht (transitional anti-melt-back layer) zwischen der aktiven Schicht 17 und einer Abdeckungsschicht 18 aufweist, oder auf den DFB-Laser, der ein Beugungsgitter unter der aktiven Schicht 17 aufweist.

Claims

1. Halbleiterlaser-Verstärkereinrichtung mit einem Halbleiterlaserverstärker (14), umfassend:

a1) ein Halbleitersubstrat (60, 70) eines ersten Leitfähigkeitstyps (n) mit einer ersten Endfläche (14a) und einer zweiten Endfläche (14b);

a2) eine erste optische Wellenleiterschicht (16A), die eine Halbleiterschicht (64) eines zweiten Leitfähigkeitstyps (p) enthält und in dem Substrät (60, 70) gebildet ist, so daß ein Ende der ersten optischen Wellenleiterschicht (16A) in Kontakt mit der ersten Endfläche (14A) des Substrats (60, 70) ist und das andere Ende der ersten optischen Wellenleiterschicht (16A) in Kontakt mit der zweiten Endfläche (14B) des Substrats (60, 70) ist;

a3) eine Reflektionseinrichtung (15), die auf der zweiten Endfläche (14B) des Substrats (60, 70) gebildet ist, zum Reflektieren von Licht, welches sich entlang der ersten optischen Wellenleiterschicht (16A) ausgebreitet hat;

a4) eine zweite optische Wellenleiterschicht (168), die eine Halbleiterschicht (64) des zweiten Leitfähigkeitstyps (p) enthält und in dem Substrat (60, 70) gebildet ist, so daß ein Ende der zweiten optischen Wellenleiterschicht (16B) in Kontakt mit der ersten Endfläche (14A) des Substrats (60, 70) ist und das andere Ende der zweiten optischen Wellenleiterschicht (16B) in Kontakt mit dem anderen Ende der ersten optischen Wellenleiterschicht 16A ist;

gekennzeichnet durch eine Halterungseinrichtung (59, 60, 62, 65), umfassend:

bl) eine Unterhalterung (59) und eine Wärmesenke (60), auf der der Halbleiterlaserverstärker (14) angebracht ist;

b2) einen Steg (68), auf dem die Wärmesenke (60) angebracht ist;

b3) einen ersten Halter (62), der an dem Steg (68) angebracht ist und eine Halterung (65) an einem Abschnitt aufweist, der der ersten Endfläche (14A) des Halbleiterlaserverstärkers (14) zugekehrt ist;

b4) eine einzelne Stablinse (40), die durch die Halterung (65) des ersten Halters (62) in Position gehalten wird und deren eine Endfläche davon auf den Halbleiterlaserverstärker (14) gerichtet ist;

b5) einen zweiten Halter (80), der an dem ersten Halter (62) angebracht ist und eine Halterung (84) an einem Abschnitt aufweist, der auf eine zweite Endfläche der einzelnen Stablinse (40) zugekehrt ist;

b6) eine erste und eine zweite optische Faser (10, 20), die durch die Halterung (84) des zweiten Halters (80) in Position gehalten werden;

b7) wobei die erste optische Wellenleiterschicht (16A) Licht von außerhalb des Substrats (60, 70) über die erste optische Faser (10), durch die einzelne Stablinse (40) und über die erste Endfläche (14A) des Substrats (60, 70) empfängt und das Licht verstärkt; und

b8) wobei die zweite optische Wellenleiterschicht (16B) das von der Reflektionseinrichtung (15) reflektierte Licht empfängt, das reflektierte Licht verstärkt und das verstärkte, reflektierte Licht von dem Substrat (60, 70) über die erste Endfläche (14A) des Substrats (60, 70) durch die einzelne Stablinse (40) und über die zweite optische Faser (20) nach außen sendet.

2. Halbleiterlaser-Verstärkermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner umfaßt:

einen zusätzlichen Steg (94), auf dem der Steg (68) angebracht ist;

eine Kappe (98), die auf dem zusätzlichen Steg (94) angebracht ist, und die den ersten Halter (62) und den zweiten Halter (80) bedeckt; und

eine erste und zweite Öffnung (99A, 99B), die in der Kappe (98) gebildet sind, in die die erste bzw. zweite optische Faser (10, 20) eingefügt werden.

3. Halbleiterlaser-Verstärkermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner umfaßt:

eine zusätzliche Wärmesenke (100), die an einem Abschnitt der Wärmesenke (60) gebildet ist, der der zweiten Endfläche (14B) des Halbleiterlaserverstärkers (14) zugekehrt ist; und

eine Fotodiode (50), die auf der zusätzlichen Wärmesenke (100) angebracht ist.

4. Halbleiterlaserverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektionseinrichtung (15) ein auf der zweiten Endfläche (14B) gebildeter Reflektionsfilm (15) ist.

5. Halbleiterlaserverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektionseinrichtung (15) eine Spaltoberfläche ist, die als die zweite Endfläche (14B) dient und durch Spalten des Substrats (60, 70) gebildet ist.

6. Halbleiterlaserverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reflektionsvermögen R1 der ersten Endfläche (14A)

R1 ≤ 10³

ist, das Reflektionsvermögen R2 der Reflektionseinrichtung (15), die auf der zweiten Endfläche (14B) gebildet ist,

0,3 ≤ R2 ≤ 1,0

ist, und das Produkt der Reflektionsvermögen R1 und R2 beträgt:

R1 x R2 ≤ 10&supmin;&sup4;.

7. Halbleiterlaserverstärker nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß er einen Antireflektionsfilm (13) umfaßt, der auf der ersten Endfläche (14A) gebildet ist.