DE10104715A1

DE10104715A1 - Optisches Bauelement

Info

Publication number: DE10104715A1
Application number: DE2001104715
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Schlereth; Konrad Sporrer; Egbert Hoefling; Harald Koenig
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2001-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2002-08-22
Anticipated expiration: 2021-02-03
Also published as: DE10104715B4

Abstract

Eine Photodiode (1) weist einen Diodenkörper (2) mit einem Fenster (14) auf, der auf einem transparenten Trägerkörper (9) aufgebracht ist. Der Trägerkörper (9) ist mit einem frequenzselektiv wirkenden Kantenfilter (17) versehen. Dadurch ergibt sich ein kompaktes hybrides Bauelement mit hoher Temperaturstabilität.

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Bauelement mit einem Diodenkörper, der einen photoaktiven Bereich und ein für Pho tonen transparentes Fenster aufweist und der auf einem Trä gerkörper befestigt ist.

Derartige optische Bauelemente sind allgemein bekannt. Es handelt sich dabei um sogenannte Leuchtdioden oder Photo dioden, bei denen der Diodenchip auf einem Trägerkörper befe stigt ist. Für WDM-Anwendungen (WDM = wave length division multiplexing) werden insbesondere selektive Photodioden benö tigt, die nur in einem bestimmten Wellenlängenfenster empfan gen und auf Licht mit anderen Wellenlängen unempfindlich sind. Diese Photodioden sollen beispielsweise bei einer Wel lenlänge von 1,3 µm empfangen und Signale mit einer Wellen länge von 1,55 µm dämpfen oder umgekehrt Signale bei 1,3 µm dämpfen und bei 1,5 µm empfangen.

Die bekannten optischen Bauelemente weisen zum Teil einen un selektiven Diodenchip hinter einem räumlich getrennten Filter auf. Bei diesem Filter handelt es sich entweder um einen so genannten Kantenfilter oder ein Gitter.

Außerdem ist bekannt, auf dem Diodenchip eine Absorberschicht aus einem quaternären Material, insbesondere (GaIn)(AsP), aufzubringen, oder für die aktive Schicht des Diodenchips das genannte quaternäre Material zu verwenden. Denn dieses Mate rial ermöglicht über seine Zusammensetzung die Größe der Bandlücke und damit die Abschneidefrequenz einzustellen.

Die zuletzt beschriebene Lösung hat den Nachteil, daß auf grund der Temperaturdrift der Bandlücke die Abschneidekante um 0,2 bis 0,5 nm/K driftet.

Die bekannten dielektrischen Kantenfilter weisen zwar eine geringere Temperaturabhängigkeit von 0,01 nm/K auf, müssen aber nach der Herstellung des Diodenchips in ihrer Lage zum Diodenchip justiert montiert und vermessen werden.

Die hier vorgestellten Überlegungen betreffen in gleicher Weise Lumineszenzdioden, die nur in einem bestimmten Wellen längenfenster Photonen emittieren sollen und Photodioden, die nur auf Licht mit bestimmten Wellenlängen empfindlich sein sollen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein temperaturstabiles, frequenzselek tives optisches Bauelement anzugeben, das auf einfache Weise hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Fenster des Diodenkörpers dem für Photonen transparenten, frequenzselektiven Trägerkörper zugewandt ist.

Durch die hybride Integration des Diodenkörpers mit einem frequenzselektiven Trägerkörper entsteht ein kompaktes, fre quenzselektives, optisches Bauelement, das vom Benutzer als ein Bauteil gehandhabt werden kann. Die optischen Eigenschaf ten dieses optischen Bauelementes können bereits vor der Aus lieferung vollständig vermessen werden. Dadurch entfällt die separate Justierung und Vermessung des Kantenfilters nach der Fertigstellung des Diodenchips. Dadurch kann ein Fertigungs schritt eingespart werden. Außerdem kann der Trägerkörper mit dielektrischen Kantenfiltern versehen werden, deren Grenzfre quenzen eine geringe Temperaturabhängigkeit von etwa 0,01 nm/K aufweisen. Die optischen Bauelemente gemäß der Erfindung stellen daher auf einfache Weise herstellbare, temperatursta bile Bauelemente dar. Die erwähnten Kantenfilter können auch als Bandfilter ausgelegt werden. Somit ist die temperatursta tik Emission oder Detebtion eines Wellenlängenspektrums mög lich.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in den Träger körper eine Linse integriert, die die auf das Bauelement ein fallende Strahlung auf den photoaktiven Bereich des Dioden körpers konzentriert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der ab hängigen Ansprüche.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeich nung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Photodiode, die einen auf einem Trägerkörper angeordneten Diodenkörper aufweist;

Fig. 2 einen Querschnitt durch ein abgewandeltes Ausfüh rungsbeispiel der Photodiode aus Fig. 1 und

Fig. 3 ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Photodiode aus Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Photodiode 1 weist einen Dioden körper 2 auf, der einen photoaktiven Bereich 3 umfaßt, in dem einfallende Photonen absorbiert werden. Bei dem Diodenkörper 2 handelt es sich um eine rückseitig eingestrahlte Photo diode. Auf einer Oberseite 4 des Diodenkörpers 2 ist ein Kon takt 5 angeordnet. Auch auf einer Unterseite 6 sind Kontakte 7 vorgesehen, mit denen der Diodenkörper 2 auf einer Kontakt schicht 8 eines Trägerkörpers 9 gebondet ist. Der Trägerkör per 9 ist aus Silizium, Germanium oder Glas hergestellt. Die Kontaktschicht 8 verfügt ferner über eine Anschlußstelle 10, an die sich ebenso wie an den Kontakt 5 Kontaktdrähte an schließen lassen, durch die das im aktiven Bereich 3 erzeugte Signal abgegriffen werden kann. Der Trägerkörper 9 kann unter der Kontaktschicht 8 eine weitere Antireflexionsschicht 11 aufweisen, die auf einer Oberfläche 12 eines Substrates 13 aufgebracht ist. Die Antireflexionsschicht 11 verhindert zu sammen mit einer auf einem Fenster 14 des Diodenkörpers 2 aufgebrachten weiteren Antireflexionsschicht 15 das Ausbilden von Resonanzen zwischen der Unterseite 14 des Diodenkörpers 2 und der Oberseite 12 des Substrates 13.

Auf einer Unterseite 16 des Substrates 13 ist ein dielektri scher Kantenfilter 17 vorgesehen, der auf einfallendes Licht 18 frequenzselektiv wirkt. Derartige Kantenfilter bestehen aus einer Vielzahl von dielektrischen Schichten mit unter schiedlichem Brechungsindex. Derartige Kantenfilter sind aus dem Stand der Technik bekannt und nicht Gegenstand der Anmel dung. Die Grenzfrequenzen der aus dielektrischen Schichten hergestellten Kantenfilter weisen üblicherweise eine geringe Temperaturdrift von 0,01 nm/K auf. Die in Fig. 1 dargestell te Photodiode 1 weist daher eine von der Temperatur nur ge ringfügig abhängige Empfindlichkeit im vorgegebenen Frequenz bereich auf. Außerdem läßt sich die Photodiode 1 als Ganzes handhaben und vor der endgültigen Montage vollständig vermes sen.

Von besonderem Vorteil ist auch die Kontaktschicht 8 zwischen Diodenkörper 2 und Trägerkörper 9, die auf einem freien Ab schnitt die Anschlußstelle 10 trägt. Dadurch ist die Photo diode 1 von einer Seite her kontaktierbar.

Um das auf die Photodiode 1 einfallende Licht 18 auf den ak tiven Bereich 3 zu konzentrieren, weisen die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele im Trägerkörper 9 ausgebildete Linsen 19 und 20 auf. Die Linse 19 kann, wie in Fig. 2 dargestellt, auf der Unterseite 16 des Trägerkörpers 9 oder entlang der Oberseite 12 angeordnet sein. Letzteres ist in Fig. 3 dargestellt. Von besonderem Vorteil ist dabei eine versenkte Ausführung der Linsen 19 und 20, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Dadurch kann der Trägerkörper 9 bei der Herstellung und Montage wesentlich besser gehandhabt werden, da die versenkten Linsen 19 und 20 vor mechanischen Be schädigungen geschützt sind.

Von besonderem Vorteil ist, wenn wie in Fig. 3 dargestellt, die Linse 20 auf der dem Diodenkörper 2 zugewandten Seite des Trägerkörpers 9 angeordnet ist, da in diesem Fall auf die An tireflexionsschicht auf dem Fenster 14 des Diodenkörpers 2 verzichtet werden kann. Denn in diesem Fall können sich keine störenden Resonanzen zwischen der Unterseite des Diodenkör pers 2 und der Oberseite der Linse 20 ausbilden.

Die hier beschriebene Photodiode 1 eignet sich insbesondere für WDM-Anwendungen.

Bei der Fertigung der Photodiode 1 wird zunächst der Dioden körper auf übliche Weise hergestellt und mit den Kontakten 5 und 7 versehen. Anschließend wird der Diodenkörper 2 auf dem Trägerkörper neu gebondet und seine optischen Eigenschaften vermessen. Die Photodiode 1 kann dann je nach Spezifikation klassifiziert werden.

Die Erfindung wurde hier anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Photodiode 1 näher erläutert. Es ist jedoch auch möglich, Diodenkörper mit einem Photon emittierenden photoaktiven Bereich auf einem Trägerkörper zu befestigen und somit eine frequenzselektive Lumineszenzdiode herzustellen. Die hier vorgestellten Überlegungen sind daher ohne weiteres auf Lumineszenzdioden übertragbar.

Bezugszeichenliste

1

Photodiode

2

Diodenkörper

3

Photoaktiver Bereich

4

Oberseite

5

Kontakt

6

Unterseite

7

Kontakt

8

Kontaktschicht

9

Trägerkörper

10

Anschlußstelle

11

Antireflexionsschicht

12

Oberseite

13

Substrat

14

Fenster

15

Antireflexionsschicht

16

Unterseite

17

Kantenfilter

18

Einfallendes Licht

19

Linse

20

Linse

Claims

1. Optisches Bauelement mit einem Diodenkörper (2), der einen photoaktiven Bereich (3) und ein für Photonen transparentes Fenster (14) aufweist und der auf einem Trägerkörper (9) be festigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (14) des Diodenkörpers (2) dem für Photonen transparenten, frequenzselektiven Trägerkörper (9) zugewandt ist.

2. Optisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (9) ein mit einer Filterschicht (17) versehenes Substrat (13) aufweist.

3. Optisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht (17) auf der dem Diodenkörper (2) zuge wandten Seite des Trägerkörpers (9) angeordnet ist.

4. Optisches Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht (17) auf der dem Diodenkörper (2) abge wandten Seite des Trägerkörpers (9) angeordnet ist.

5. Optisches Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht ein Kantenfilter (17) ist.

6. Optisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Diodenkörper (2) zugewandten Seite des Trä gerkörpers (9) eine Linse (20) ausgebildet ist.

7. Optisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Diodenkörper (2) abgewandten Seite eine Linse (19) ausgebildet ist.

8. Optisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenkörper (2) auf den Trägerkörper (9) gebondet ist.