DE10104563A1 - Halbleiterelement mit optoelektronischer Signalübertragung und Verfahren zum Erzeugen eines solchen Halbleiterelements - Google Patents
Halbleiterelement mit optoelektronischer Signalübertragung und Verfahren zum Erzeugen eines solchen HalbleiterelementsInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterelement (100) mit einer integrierten Halbleiterstruktur. Auf dieser integrierten Halbleiterstruktur sind ein optoelektronischer Sender (103) sowie ein optoelektronischer Empfänger (104) befestigt. Der optoelektronische Sender (103) und der optoelektronische Empfänger (104) sind zur Optoelektronischen Signalübertragung innerhalb des Halbleiterelements (100) eingerichtet und mittels eines Filterelementes (105) von ihrer Umgebung außer voneinander entkoppelt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erzeugen eines derartigen Halbleiterelements (100).
Description
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterelement und ein
Verfahren zum Erzeugen eines solchen Halbleiterelements.
Zur Signalübertragung in einer integrierten Schaltung auf
einem Halbleitersubstrat wird gemäß dem Stand der Technik ein
elektrisches Verfahren oder ein elektronisches Verfahren
eingesetzt. Diese Verfahren limitieren jedoch die Datenrate,
mit der Signale innerhalb der integrierten Schaltung auf
einem Halbleitersubstrat von einem Bauelement zu einem
anderen Bauelement übertragen werden können. Bei einer
Signalübertragung mit einer kleinen Trägerbandbreite von
< 1 GHz kann deshalb lediglich eine maximale Datenrate von
bis zu 10 GBit/s erreicht werden. Außerdem wird bei größer
werdender Trägerbandbreite der Signalübertragung die maximale
Datenrate zusätzlich kleiner.
Zusätzlich begrenzen elektrische Verfahren oder elektronische
Verfahren bei der Signalübertragung in einer integrierten
Schaltung durch die dabei notwendigen Leiterbahnen die
Möglichkeit zur Miniaturisierung der integrierten Schaltung.
Des weiteren bedingen die Leiterbahnen durch ihren
elektrischen Widerstand einen hohen Energieverbrauch.
Besondere Bedeutung gewinnen diese Probleme bei einer
hochintegrierten Schaltung (VLSI-Schaltung = very large scale
integration).
Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, ein
Halbleiterelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines
Halbleiterelements anzugeben, mit dem bei geringerem Energie-
und Platzverbrauch und trotz großer Trägerbandbreite bei der
Signalübertragung eine höhere maximale Datenrate erreicht
werden kann.
Das Problem wird durch ein Halbleiterelement sowie ein
Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterelements
mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen
gelöst.
Ein Halbleiterelement weist eine integrierte
Halbleiterstruktur auf. Auf der integrierten
Halbleiterstruktur sind ein optoelektronischer Sender sowie
ein optoelektronischer Empfänger befestigt. Der
optoelektronische Sender und der optoelektronische Empfänger
sind zur optoelektronischen Signalübertragung innerhalb des
Halbleiterelements eingerichtet und mittels eines
Filterelementes von ihrer Umgebung außer voneinander
entkoppelt.
Bei einem Verfahren zum Erzeugen eines Halbleiterelements mit
optoelektronischer Signalübertragung werden auf einer
integrierten Halbleiterstruktur ein optoelektronischer Sender
sowie ein optoelektronischer Empfänger angebracht. Weiterhin
wird auf der integrierten Halbleiterstruktur auf allen Seiten
außer an einander zugewandten Seiten des optoelektronischen
Senders und des optoelektronischen Empfängers eine als
Filterelement ausgebildete Bragg-Struktur angebracht.
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass das erfindungsgemäße
Halbleiterelement eine maximale Datenrate von über 10 GBit/s
mit einer großen Trägerbandbreite bei der Signalübertragung
erreichen kann. Diese große Datenrate wird vor allem
ermöglicht durch optoelektronische Wandler, speziell den
optoelektronischen Sender sowie den optoelektronischen
Empfänger (beispielsweise einen Laserdioden-Sender und einen
Photodioden-Empfänger), welche Signale mit einer Datenrate
von mehr als 10 GBit/s wandeln können und noch dazu einen
geringen Platzbedarf von maximal 20 × 5 µm2 haben, weshalb
diese Wandler auch Mikrowandler genannt werden. Diese
Mikrowandler weisen dementsprechend auch kleine elektrische
Kontakte auf, die sich ebenfalls für die hohen Datenraten
eignen. Die Mikrowandler können auf Grund ihrer Leistung
einen maximalen Abstand von einigen Zentimetern zueinander
haben, weshalb die Erfindung speziell für einen Einsatz in
hochintegrierten Schaltungen vorgesehen ist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Halbleiterelements
ist eine Verringerung des Platzbedarfs auf dem
Halbleiterelement, da zur Signalübertragung zwischen mehreren
Bauelementen keine elektrischen Verbindungen dieser
Bauelemente mehr erforderlich sind. Eine optische
Signalübertragung kann prinzipiell auch an Luft erfolgen.
Weiterhin ist es bei optischer Signalübertragung möglich,
mehrere Signalübertragungspfade innerhalb einer Ebene zu
kreuzen, ohne dabei die übertragenen Signale zu
beeinträchtigen. Somit wird durch das erfindungsgemäße
Verfahren zur Erzeugung eines solchen Halbleiterelements der
Herstellungsaufwand von Halbleiterelementen reduziert, da
weniger kreuzungsfreie elektrische Verbindungen in den
unterschiedlichen aufgewachsenen und geätzten Schichten
erforderlich sind. Dadurch werden der Designaufwand, und
damit der Herstellungsaufwand, sowie die Herstellungskosten
deutlich reduziert.
Vorteilhaft ist auch das in der Erfindung vorgesehene
Filterelement. Dieses ermöglicht es, störende Einflüsse auf
die optoelektronischen Wandler zu minimieren. Weiterhin kann
durch geschickte Anordnung des Filterelements erreicht
werden, dass mehrere optoelektronische Wandler ohne
gegenseitige Beeinflussung sehr nahe nebeneinander
positioniert werden können. Somit kann der relevante
Platzbedarf auf dem Halbleitersubstrat minimiert werden und
dennoch bleibt die Signalübertragung zwischen zwei
optoelektronischen Wandlern gewährleistet. Folglich hat das
vorgesehene Filterelement für den zugehörigen Wandler
isolierende Wirkung gegenüber optischer Energie, die nicht
von dem diesem Wandler zugehörigen optoelektronischen Sender
gesendet wurde. Typischerweise hat ein im erfindungsgemäßen
Halbleiterelement verwendetes Filterelement eine Dicke von
bis zu 5 µm.
Schließlich ergibt sich noch als weiterer Vorteil, dass durch
eine optische Signalübertragung auf dem Halbleiterelement
weniger Abwärme durch elektrischen Widerstand, welcher einem
Stromfluss in elektrischen Leiterbahnen entgegensteht,
produziert wird, wodurch eine Kühlung des Halbleiterelements
weniger aufwändig als bei üblichen Halbleiterelementen
erfolgen kann. Außerdem wird bei optischer Signalübertragung
im Vergleich zu elektrischer Signalübertragung durch den
reduzierten elektrischen Widerstand und damit die reduzierte
Abwärme der Energieverbrauch reduziert.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Halbleiterelements kann auch zwischen dem optoelektronischen
Sender und dem optoelektronischen Empfänger ein Filterelement
vorgesehen sein. Dadurch kann beispielsweise eine bessere
Entkopplung des optoelektronischen Senders von der
Signalübertragungsstrecke erreicht werden. Somit kann eine
Beeinflussung des optoelektronischen Senders durch störende
Rückwirkungseffekte weitestgehend vermieden werden. Im
Gegensatz dazu sollte der optoelektronische Empfänger optisch
möglichst gut an die Signalübertragungsstrecke angekoppelt
sein. Folglich sollten optische Reflexionen am Eingang des
optoelektronischen Empfängers, beispielsweise durch den
Einsatz eines Filterelements direkt vor dem Eingang des
optoelektronischen Empfängers, vermieden werden.
Vorzugsweise weist das verwendete Filterelement mindestens
eine im wesentlichen vollständig reflektierende Grenzfläche
auf. D. h. die Grenzfläche hat einen Reflexionskoeffizienten
von nahezu 100% für jegliche optische Strahlung, welche ohne
Filterelement ungewollt in einen der beiden
optoelektronischen Wandler eindringen würde. Unter einer im
wesentlichen vollständig reflektierenden Grenzfläche ist
dabei eine Grenzfläche zwischen einem ersten Medium, in
welches die optische Strahlung zurückreflektiert wird, mit
einem ersten Brechungsindex n1 und einem zweiten Medium mit
einem zweiten Brechungsindex n2 zu verstehen, wobei sich das
Verhältnis der beiden Brechungsindizes n1/n2 wesentlich von
eins unterscheidet. Durch den Einsatz des Filterelements kann
somit eine eventuelle Beeinträchtigung bei der Erzeugung oder
dem Empfang der zu übertragenden Signale vermieden werden.
Als im wesentlichen vollständig reflektierende Grenzfläche
wird vorzugsweise eine mehrdimensionale Bragg-Struktur
eingesetzt, beispielsweise ein photonischer Kristall.
Mehrdimensionale Bragg-Strukturen sind periodische Strukturen
und haben den Vorteil, dass sie ganz gezielt in bezug auf
ihre Filterwirkung hergestellt werden können, beispielsweise
epitaktisch oder monolithisch.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Halbleiterelements ist zwischen dem optoelektronischen Sender
und dem optoelektronischen Empfänger ein optoelektronischer
Modulator vorgesehen.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Halbleiterelements ist zwischen dem
optoelektronischen Sender und dem optoelektronischen
Empfänger ein optoelektronischer Verstärker vorgesehen.
Vorzugsweise kann zur Signalübertragung zwischen dem
optoelektronischen Sender und dem optoelektronischen
Empfänger ein Wellenleiter vorgesehen sein, welcher entweder
eine Wellenleiterstruktur oder ein photonischer Kristall sein
kann. Der Wellenleiter kann geradlinig oder auch in
beliebiger Form gebogen sein und muss dabei nur
gewährleisten, dass vom optoelektronischen Sender emittierte
Signale den optoelektronischen Empfänger erreichen können.
Das erfindungsgemäße Halbleiterelement ist bevorzugt derart
eingerichtet, dass zumindest eine der folgenden Komponenten
ein Halbleitermaterial aufweist: der Wellenleiter, die Bragg-
Struktur, der optoelektronische Sender, der optoelektronische
Empfänger, der optoelektronische Modulator, der
optoelektronische Verstärker.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Halbleitermaterial um
einen III-V-Halbleiter. Alternativ kann es sich bei dem
Halbleitermaterial aber auch um einen II-VI-Halbleiter
handeln. Des weiteren könnte auch zumindest eine der oben
genannten Komponenten einen III-V-Halbleiter aufweisen,
während zumindest eine weitere der oben genannten Komponenten
einen II-VI-Halbleiter aufweisen könnte. Ferner kann das
Halbleitermaterial auch einen IV-Halbleiter, beispielsweise
Silizium, aufweisen. Der Wellenleiter und/oder das
Filterelement können jedoch auch ein anderes elektrooptisch
passives Material aufweisen.
In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Halbleiterelements sind der optoelektronische Sender als
Laserdiode, der optoelektronische Empfänger als Photodiode
und das Filterelement als photonischer Kristall ausgebildet.
Als optoelektronischer Modulator kann ein
Elektroabsorptionsmodulator (EAM) vorgesehen sein. Eine
Laserstruktur mit induzierter Emission könnte als
optoelektronischer Verstärker verwendet werden.
Selbstverständlich sind unterschiedlichste Kombinationen von
optoelektronisch aktiven Komponenten zur Verwirklichung der
optoelektronischen Wandler möglich.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auf der integrierten
Halbleiterstruktur vorzugsweise zwischen dem
optoelektronischen Sender und dem optoelektronischen
Empfänger eine als Filterelement ausgebildete Bragg-Struktur
angebracht.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf der
integrierten Halbleiterstruktur zwischen dem
optoelektronischen Sender und dem optoelektronischen
Empfänger ein optoelektronischer Modulator angebracht.
Zusätzlich oder alternativ zu dem optoelektronischen
Modulator kann auch ein optoelektronischer Verstärker auf der
integrierten Halbleiterstruktur angebracht werden.
Ferner kann in einer bevorzugten Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens auf der integrierten
Halbleiterstruktur ein Wellenleiter angebracht werden,
welcher ein vom optoelektronischen Sender emittiertes
optisches Signal zum optoelektronischen Empfänger übertragen
kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren
dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Dabei
bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten.
Es zeigen
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Halbleiterelement gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Halbleiterelement aus
Fig. 1 entlang der Schnittlinie L1-L1;
Fig. 3 eine Draufsicht auf ein Halbleiterelement gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein Halbleiterelement gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Halbleiterelement gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf ein Halbleiterelement 100
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das
Halbleiterelement 100 weist eine integrierte
Halbleiterstruktur an einer Substratoberfläche 102 eines
Substrates 101 auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind eine
als optoelektronischer Sender 103 ausgebildete Laserdiode und
eine als optoelektronischer Empfänger 104 ausgebildete
Photodiode in dem Substrat 101 vorgesehen, welche derart
aufeinander ausgerichtet sind, dass von dem
optoelektronischen Sender 103 emittiertes Licht von dem
optoelektronischen Empfänger 104 detektiert werden kann.
Sowohl der optoelektronische Sender 103 als auch der
optoelektronische Empfänger 104 sind gegen Beeinträchtigung
durch optische Energie, die nicht aus dem optoelektronischen
Sender 103 stammt, durch erste Filterelemente 105 optisch
isoliert. Die ersten Filterelemente 105 bewirken somit eine
Entkopplung der optoelektronischen Wandler 103 und 104 von
ihrer Umgebung, aber nicht eine Entkopplung voneinander.
Zur Vermeidung von störenden Rückwirkungseffekten sind die
optoelektronischen Wandler 103 und 104 durch zweite
Filterelemente 106 zusätzlich voneinander entkoppelt. In
diesem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sowohl der
optoelektronische Sender 103 als auch der optoelektronische
Empfänger 104 durch die zweiten Filterelemente 106 vor
unerwünschten Reflexionen bzw. Resonanzen geschützt werden.
Ein Schutz ist dabei vorwiegend für den optoelektronischen
Sender 103 notwendig, so dass auf die zweiten Filterelemente
106 am Eingang des optoelektronischen Empfängers 104 in
anderen Ausführungsbeispielen verzichtet werden kann.
Die ersten Filterelemente 105 und die zweiten Filterelemente
106 können, wie gezeigt, in einem gewissen Abstand zu den
optoelektronischen Wandlern 103 und 104 angeordnet sein. Es
ist jedoch auch möglich, auf einen Abstand zwischen den
Filterelementen 105 bzw. 106 und den optoelektronischen
Wandlern 103 und 104 zu verzichten. D. h. die Filterelemente
105 bzw. 106 können als Grenzflächen der optoelektronischen
Wandler 103 und 104 verwirklicht sein.
Die Funktionsweise der Filterelemente 105 bzw. 106 ist derart
beschaffen, dass optische Energie aus einer ersten Richtung
an einer Oberfläche der Filterelemente 105 bzw. 106 total
reflektiert wird, während optische Energie aus einer zweiten
Richtung, welche der ersten Richtung entgegengerichtet ist,
durch die Filterelemente 105 bzw. 106 ungehindert
transmittiert werden. Es kann jedoch auch optische Energie
unabhängig oder abhängig von der Einfallsrichtung von den
Filterelementen 105 bzw. 106 gefiltert werden. Unter
Filterung von optischer Energie ist dabei beispielsweise die
Auswahl bevorzugter Wellenlängen aus einem Spektrum und/oder
die Minderung der Intensität des transmittierten Spektrums zu
verstehen.
Als Filterelemente 105 bzw. 106 kommen in diesem
Ausführungsbeispiel quasi-eindimensionale photonische
Kristalle in Form von Bragg-Strukturen zur Anwendung. Die
Bragg-Strukturen haben eine gewisse Wahrscheinlichkeit dafür,
dass Photonen durch die Bragg-Strukturen hindurchtunneln
können, so dass eine Totalreflexion von optischer Energie an
den Bragg-Strukturen nicht möglich ist. Deshalb sind die
Filterelemente 105 bzw. 106 derart vorgesehen, dass immer
zwei Bragg-Strukturen nebeneinander angeordnet sind.
Zur Signalübertragung zwischen den optoelektronischen
Wandlern 103 und 104 ist in dem Substrat 101 ein Wellenleiter
107 mit umgebendem Wellenleitermantel 108 vorgesehen. Der
Wellenleiter 107 gewährleistet den optischen Energiefluss
zwischen dem optoelektronischen Sender 103 und dem
zugehörigen optoelektronischen Empfänger 104.
Als Material für das Substrat 101, die optoelektronischen
Wandler 103 und 104, die Filterelemente 105 bzw. 106 sowie
den Wellenleiter 107 und den Wellenleitermantel 108 der
integrierten Halbleiterstruktur des Halbleiterelements 100
können beispielsweise II-VI-, III-V-, oder IV-IV-
Halbleitermaterialien gewählt werden. Dabei ist lediglich
folgendes zu beachten:
- - Das für die optoelektronischen Wandler 103 und 104 gewählte Material muss elektrooptisch aktiv sein.
- - Das für die Filterelemente 105 bzw. 106 gewählte Material muss die gewünschten Filtereigenschaften aufweisen.
- - Das für den Wellenleiter 107 gewählte Material muss das vom optoelektronischen Sender 103 emittierte Lichtspektrum übertragen können.
- - Das für den Wellenleitermantel 108 gewählte Material muss in bezug auf seinen Brechungsindex relativ zum Wellenleiter 107 derart abgestimmt sein, dass an der Grenzfläche zwischen Wellenleiter 107 und Wellenleitermantel 108 das vom optoelektronischen Sender 103 emittierte Lichtspektrum total reflektiert wird.
Eine Herstellung des Halbleiterelements 100 ist mittels
üblichen Herstellungsverfahren in der Halbleiterproduktion
möglich. Dazu gehören beispielsweise Ätzung, Diffusion,
Dotierung, Epitaxie, Implantation und Lithographie.
Die optoelektronischen Wandler 103 und 104, die
Filterelemente 105 bzw. 106 sowie der Wellenleiter 107 mit
dem Wellenleitermantel 108 können im Substrat 101 integriert
oder auch auf der Substratoberfläche 102 eines Wafers derart
aufgebracht sein, dass sie zumindest teilweise aus dem Wafer
herausragen.
Fig. 2 zeigt zur Verdeutlichung der Anordnung einen
Längsschnitt durch das in Fig. 1 gezeigte Halbleiterelement
100 entlang der Schnittlinie L1-L1. In dieser Darstellung
wird deutlich, dass die ersten Filterelemente 105 die
optoelektronischen Wandler 103 und 104 in diesem
Ausführungsbeispiel nur in quasi-zweidimensionaler Anordnung
umgeben. Das bedeutet, dass die ersten Filterelemente 105
eine optische Isolierung vor allem in Richtungen parallel zur
Substratoberfläche 102 ermöglichen.
In anderen Ausführungsbeispielen kann auch eine optische
Isolierung der optoelektronischen Wandler 103 und 104 derart
vorgesehen sein, dass die ersten Filterelemente 105
käfigförmig die optoelektronischen Wandler 103 und 104
umgeben, d. h. auch auf der Substratoberfläche 102 zugewandten
und/oder abgewandten Seiten der optoelektronischen Wandler
103 und 104 erste Filterelemente 105 vorgesehen sind. Dies
ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die optoelektronischen
Wandler 103 und 104 auf der Substratoberfläche 102 befestigt
und zur Signalübertragung zwischen den optoelektronischen
Wandlern 103 und 104 weder Wellenleiter 107 noch
Wellenleitermantel 108 vorgesehen sind, so dass die
Signalübertragung beispielsweise an Luft durchgeführt werden
muss.
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Halbleiterelement 300
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auf
die in Fig. 1 und Fig. 2 bereits beschriebenen Komponenten wird
hier nicht erneut eingegangen. Im Unterschied zum
Halbleiterelement 100 sind im Halbleiterelement 300
zusätzlich ein optoelektronischer Modulator 301 und ein
optoelektronischer Verstärker 302 zwischen den
optoelektronischen Wandlern 103 und 104 integriert.
Der optoelektronische Modulator 301 dient der Modulation von
Licht, welches vom optoelektronischen Sender 103 emittiert
wurde, und ist deshalb am Ausgang des optoelektronischen
Senders 103 positioniert. Um den optoelektronischen Modulator
301 ebenfalls vor störenden Rückwirkungseffekten zu schützen,
ist zwischen dem Wellenleiter 107 und dem optoelektronischen
Modulator 301 ein weiteres Filterelement 303 vorgesehen.
Der optoelektronische Verstärker 302 dient der Verstärkung
des von dem Wellenleiter 107 übertragenen Lichts, bevor
dieses vom optoelektronischen Empfänger 104 detektiert wird.
In diesem Ausführungsbeispiel ist auch der optoelektronische
Verstärker 302 gegen Beeinträchtigung durch optische Energie,
die nicht aus dem optoelektronischen Sender 103 stammt, durch
ein weiteres Filterelement 303 geschützt.
In Fig. 4 ist eine Draufsicht auf ein Halbleiterelement 400
gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung
gezeigt. Das Halbleiterelement 400 dieses
Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von dem
Halbleiterelement 300 dadurch, dass lediglich zwischen dem
optoelektronischen Sender 103 und dem optoelektronischen
Modulator 301 zweite Filterelemente 106 vorgesehen sind. Ein
Schutz vor störenden Rückwirkungseffekten wird somit
ausschließlich für den optoelektronischen Sender 103
bereitgestellt.
Auf einen separaten Schutz des optoelektronischen Empfängers
104 vor optischer Energie, die nicht aus dem
optoelektronischen Sender 103 stammt, wird in diesem
Ausführungsbeispiel bewusst verzichtet. Dadurch wird
gleichzeitig eine ungewollte Filterung von Licht, welches vom
optoelektronischen Sender 103 emittiert und vom
optoelektronischen Modulator 301 moduliert wurde, vermieden.
Dies erhöht im Vergleich zum Halbleiterelement 300 die
Detektionsempfindlichkeit sowie die Datenrate des gesamten
Halbleiterelements 400.
Fig. 5 zeigt schließlich eine Draufsicht auf ein
Halbleiterelement 500 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Das besondere an diesem Halbleiterelement 500
im Vergleich zu den bereits beschriebenen Halbleiterelementen
ist, dass alle Filterelemente 105 bzw. 106 sowie der
Wellenleitermantel 108 durch Bragg-Strukturen (quasi-
zweidimensionale photonische Kristalle) verwirklicht sind,
welche im Substrat 101 integriert sind.
Als optoelektronischer Sender 103 kommt eine DBR-Laserdiode
(DBR = distributed Bragg reflector) oder eine DFB-Laserdiode
(DFB = distributed feedback reflector) zur Anwendung, welche
auf den optoelektronischen Empfänger 104 mittels des
Wellenleiters 107 ausgerichtet ist. Die Bragg-Strukturen
innerhalb des Halbleiterelements 500 sind je nach Aufgabe
(beispielsweise Filterung und Wellenführung) unterschiedlich
gestaltet. Dabei können auch beliebige Kombinationen von DBR-
Strukturen (quasi-eindimensionale photonische Kristalle) und
DFB-Strukturen (quasi-zweidimensionale photonische Kristalle)
zur Anwendung kommen.
Die Wellenführung durch den Wellenleiter 107 erfolgt in
dieser Darstellung geradlinig zwischen den beiden
optoelektronischen Wandlern 103 und 104. Es ist jedoch auch
die Verwendung eines in einer beliebigen Form gebogenen
Wellenleiters 107 möglich.
100
Halbleiterelement gemäß erster Ausführungsform
101
Substrat
102
Substratoberfläche
103
optoelektronischer Sender
104
optoelektronischer Empfänger
105
erste Filterelemente
106
zweite Filterelemente
107
Wellenleiter
108
Wellenleitermantel
300
Halbleiterelement gemäß zweiter Ausführungsform
301
optoelektronischer Modulator
302
optoelektronischer Verstärker
303
weitere Filterelemente
400
Halbleiterelement gemäß dritter Ausführungsform
500
Halbleiterelement gemäß vierter Ausführungsform
Claims (17)
1. Halbleiterelement (100) mit einer integrierten
Halbleiterstruktur,
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur ein optoelektronischer Sender (103) befestigt ist,
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur weiterhin ein optoelektronischer Empfänger (104) befestigt ist,
bei dem der optoelektronische Sender (103) und der optoelektronische Empfänger (104) zur optoelektronischen Signalübertragung innerhalb des Halbleiterelements (100) eingerichtet sind, und
bei dem der optoelektronische Sender (103) und der optoelektronische Empfänger (104) mittels eines Filterelementes (105) von ihrer Umgebung außer voneinander entkoppelt sind.
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur ein optoelektronischer Sender (103) befestigt ist,
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur weiterhin ein optoelektronischer Empfänger (104) befestigt ist,
bei dem der optoelektronische Sender (103) und der optoelektronische Empfänger (104) zur optoelektronischen Signalübertragung innerhalb des Halbleiterelements (100) eingerichtet sind, und
bei dem der optoelektronische Sender (103) und der optoelektronische Empfänger (104) mittels eines Filterelementes (105) von ihrer Umgebung außer voneinander entkoppelt sind.
2. Halbleiterelement (100) gemäß Anspruch 1,
bei dem zwischen dem optoelektronischen Sender (103) und dem
optoelektronischen Empfänger (104) ein Filterelement (106)
vorgesehen ist.
3. Halbleiterelement (100) gemäß Anspruch 1 oder 2,
bei dem das Filterelement (105, 106) mindestens eine im
wesentlichen vollständig reflektierende Grenzfläche aufweist.
4. Halbleiterelement (100) gemäß Anspruch 3,
bei dem die im wesentlichen vollständig reflektierende
Grenzfläche eine mehrdimensionale Bragg-Struktur ist.
5. Halbleiterelement (100) gemäß einem der vorangehenden
Ansprüche,
bei dem zwischen dem optoelektronischen Sender (103) und dem
optoelektronischen Empfänger (104) ein optoelektronischer
Modulator (301) vorgesehen ist.
6. Halbleiterelement (100) gemäß einem der vorangehenden
Ansprüche,
bei dem zwischen dem optoelektronischen Sender (103) und dem
optoelektronischen Empfänger (104) ein optoelektronischer
Verstärker (302) vorgesehen ist.
7. Halbleiterelement (100) gemäß einem der vorangehenden
Ansprüche,
bei dem zwischen dem optoelektronischen Sender (103) und dem
optoelektronischen Empfänger (104) ein Wellenleiter (107)
vorgesehen ist.
8. Halbleiterelement (100) gemäß Anspruch 7,
bei dem der Wellenleiter (107) eine Wellenleiterstruktur oder
ein photonischer Kristall ist.
9. Halbleiterelement (100) gemäß einem der vorangehenden
Ansprüche,
bei dem zumindest eine der folgenden Komponenten ein
Halbleitermaterial aufweist: der Wellenleiter (107), die
Bragg-Struktur, der optoelektronische Sender (103), der
optoelektronische Empfänger (104), der optoelektronische
Modulator (301), der optoelektronische Verstärker (302).
10. Halbleiterelement (100) gemäß Anspruch 9,
bei dem als Halbleitermaterial ein III-V-Halbleiter verwendet
wird.
11. Halbleiterelement (100) gemäß Anspruch 9,
bei dem als Halbleitermaterial ein II-VI-Halbleiter verwendet
wird.
12. Halbleiterelement (100) gemäß einem der vorangehenden
Ansprüche,
bei dem der optoelektronische Sender (103) eine Laserdiode ist,
bei dem der optoelektronische Empfänger (104) eine Photodiode ist, und
bei dem das Filterelement (105, 106) ein photonischer Kristall ist.
bei dem der optoelektronische Sender (103) eine Laserdiode ist,
bei dem der optoelektronische Empfänger (104) eine Photodiode ist, und
bei dem das Filterelement (105, 106) ein photonischer Kristall ist.
13. Verfahren zum Erzeugen eines Halbleiterelements (100),
bei dem auf einer integrierten Halbleiterstruktur ein optoelektronischer Sender (103) angebracht wird,
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur weiterhin ein optoelektronischer Empfänger (104) angebracht wird,
und
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur eine als Filterelement (105) ausgebildete Bragg-Struktur auf allen Seiten außer an einander zugewandten Seiten des optoelektronischen Senders (103) und des optoelektronischen Empfängers (104) angebracht wird.
bei dem auf einer integrierten Halbleiterstruktur ein optoelektronischer Sender (103) angebracht wird,
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur weiterhin ein optoelektronischer Empfänger (104) angebracht wird,
und
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur eine als Filterelement (105) ausgebildete Bragg-Struktur auf allen Seiten außer an einander zugewandten Seiten des optoelektronischen Senders (103) und des optoelektronischen Empfängers (104) angebracht wird.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13,
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur zwischen dem
optoelektronischen Sender (103) und dem optoelektronischen
Empfänger (104) eine als Filterelement (106) ausgebildete
Bragg-Struktur angebracht wird.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14,
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur zwischen dem
optoelektronischen Sender (103) und dem optoelektronischen
Empfänger (104) ein optoelektronischer Modulator (301)
angebracht wird.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15,
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur zwischen dem
optoelektronischen Sender (103) und dem optoelektronischen
Empfänger (104) ein optoelektronischer Verstärker (302)
angebracht wird.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16,
bei dem auf der integrierten Halbleiterstruktur zwischen dem
optoelektronischen Sender (103) und dem optoelektronischen
Empfänger (104) ein Wellenleiter (107) angebracht wird, der
ein optisches Signal vom optoelektronischen Sender (103) zum
optoelektronischen Empfänger (104) übertragen kann.
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