DE102004037362A1 - Optical multiplexer transceiver, has several active photosensitive and light emitting units tuned in different wavelengths, where transceiver is developed as monolithically integrated optical semiconductor chip - Google Patents

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Abstract

The transceiver has several active photosensitive and light emitting units tuned in different wavelengths. The transceiver is developed as monolithically integrated optical semiconductor chip. The transceiver is directly coupled to an optical wave guide. The multiplexer converts electrical signals into optical signals of specific wavelength, where the optical signals are coupled and decoupled via a single mode wave guide. Independent claims are also included for the following: (A) an optical semiconductor chip for multiplexer transceiver applications (B) a method for manufacturing an optical semiconductor chip.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der integrierten Optik und im speziellen einen optischen Halbleiterchip mit der Funktion eines Multiplexer-Transceivers für FTTx Anwendungen, insbesondere einen optischen Triplexer-Transceiver.The The invention relates generally to the field of integrated optics and in particular, an optical semiconductor chip having the function of Multiplexer transceivers for FTTx applications, in particular an optical triplexer transceiver.

Die Nachfrage nach Hochgeschwindigkeitszugängen für die Datenübertragung und sogenannte Tripleservices (Sprache, Daten, Video) ist höher als zuvor und FTTx-Netzwerke sind der Schlüssel für diese Dienste. Derzeit werden diese FTTx Netzwerke bereits auf der ganzen Welt eingeführt. FTTx ist ein Akronym für die Anwendungen „Fiber to the Home", "Fiber to the Premises", "Fiber to the Curb" oder "Fiber to the Building", etc. Diese Begriffe stehen für verschiedene „last mile" Netzwerkzugänge, insbesondere optische Monomode-Glasfasernetze. Z.B. ist die FTTH-Technik wie alle anderen FTTx-Techniken eine Glasfaseranschlusstechnik, bei der die Glasfaser von der Ortsvermittlungsstelle bis ins Haus an das Teilnehmer-Endgerät geführt wird. Mit dieser zukunftsorientierten Anschlusstechnik lassen sich alle zukünftigen, interaktiven, breitbandigen Verteildienste nutzen.The Demand for high-speed access for data transmission and so-called Tripleservices (Voice, data, video) is higher as before and FTTx networks are the key to these services. Currently These FTTx networks have already been introduced around the world. FTTx is an acronym for the applications "Fiber to the Home, Fiber to the Premises, Fiber to the Curb, or Fiber to the Building, etc. These terms stand for different "last mile "network access, in particular optical single-mode optical fiber networks. For example, is the FTTH technique like all other FTTx techniques include fiber optic connectivity the fiber from the local exchange to the house the subscriber terminal guided becomes. With this future-oriented connection technology can be all future, use interactive broadband distribution services.

Es gibt mehrere gängige Spezifikationen und Protokolle für diese Technologie, (siehe z. B.: http://www.ftthcouncil.org/, und http://www.itu.int/home/index.html), wobei jedoch für auf Monomode-Wellenleiter basierenden Anwendungen folgende Technologie am häufigsten für bidirektionale Kommunikation verwendet wird: 1490 nm data Rx, 1550 nm video Rx, 1310 nm data Tx; wobei Rx für download (Provider → Home) und Tx für upload (Home → Provider) Datentransfer steht. Mittels sogenannten Triplexer Transceivern, die mit der datenübertragenden Monomoder-Glasfaser gekoppelt sind, lassen sich gleichzeitig Signale auf 1490 nm und 1550 nm Wellenlänge empfangen und auf 1310 nm senden.It are several common Specifications and protocols for This technology (see for example: http://www.ftthcouncil.org/, and http://www.itu.int/home/index.html), although for single-mode waveguides based applications the most common technology for bidirectional Communication is used: 1490 nm data Rx, 1550 nm video Rx, 1310 nm data Tx; where Rx is for download (Provider → Home) and Tx for upload (Home → Provider) Data transfer is available. By means of so-called triplexer transceivers, those with the data transmitting monomoder fiber are coupled, can simultaneously signals to 1490 nm and 1550 nm wavelength receive and send to 1310 nm.

Derzeit werden Triplexer Transceiver aus diskreten Komponenten gefertigt, die gemeinsam in einem Gehäuse untergebracht werden und aussehen wie in 1:
Der in dieser Abbildung beispielhaft vorgestellte, derzeit kommerziell erhältliche, Txiplexer-Transceiver 1 besteht aus:

  • a) einer Multiquantenwell Fabry Perot (MQW FP) Laserdiode als Transmitter mit 1310 nm Wellenlänge Ausgang
  • b) einer 1490 nm InGaAs P-I-N Diode als digitalem Receiver
  • c) einem in 45° montierten halbdurchlässigem Spiegel, der 1490 nm durchlässt und 1550 nm um 90° ablenkt, und
  • d) einer 1550 nm InGaAs P-I-N Diode als digitalem Receiver.
Currently, triplexer transceivers are manufactured from discrete components that are housed together in a housing and look like in 1 :
The exemplified in this figure, currently commercially available, Txiplexer transceiver 1 consists:
  • a) a multi-quantum well Fabry Perot (MQW FP) laser diode as a transmitter with 1310 nm wavelength output
  • b) a 1490 nm InGaAs PIN diode as a digital receiver
  • c) a 45 ° mounted semitransparent mirror which transmits 1490 nm and deflects 1550 nm by 90 °, and
  • d) a 1550 nm InGaAs PIN diode as a digital receiver.

Wie man sieht, ist hier ein externes Gehäuse unbedingt notwendig, da dieses Gehäuse vier unterschiedliche Bauelemente beherbergt. Der gesamte Triplexer Transceiver erfordert einen entsprechenden Montageaufwand und ist verhältnismäßig groß. Eine Ankopplung an die Monomode-Glasfaser erfolgt über eine herkömmliche Steckverbindung.As one sees, here an external housing is absolutely necessary, there this case houses four different components. The entire triplexer Transceiver requires a corresponding installation effort and is relatively large. A Coupling to the single-mode optical fiber via a conventional Plug connection.

Es ist noch zu erwähnen, dass in den nächsten Jahren daran gedacht wird, in anderen Protokollen den 1310 nm Kanal auch als Rx Kanal auszuführen und einen zusätzlichen 1625 nm Wellenlängen Kanal für Fehler Detektion zu verwenden. Für diese Technik müssen dann Fünffach-Multiplexer Transceiver entwickelt und gebaut werden. Dies erschwert den Aufbau in der herkömmlichen diskreten Bauweise zusätzlich.It is still to be mentioned that in the next Is remembered in other protocols the 1310 nm channel also as Rx channel and an additional one 1625 nm wavelength channel for mistakes To use detection. For this technique must then five-fold multiplexer Transceivers are developed and built. This complicates the structure in the conventional discrete construction in addition.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Multiplex Transceiver und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, der kleiner, kostengünstiger und zuverlässiger ist als die bisherigen Systeme.The The object of the invention is therefore a multiplex transceiver and to provide a method of making it, the smaller, cost-effective and more reliable is as the previous systems.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.These The object is achieved by the Characteristics of the independent Claims solved.

Bevorzugte Ausgestaltungen sowie weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.preferred Embodiments and other advantageous features of the invention are in the subclaims specified.

Erfindungsgemäß ist ein optischer Multiplexer-Transceiver beschrieben, der als monolithisch integrierter optischer Halbleiterchip aufgebaut ist und mehrere, auf verschiedene Wellenlängen abgestimmte aktive photosensitive und lichtemittierende Elemente umfasst.According to the invention is a optical multiplexer transceiver described as monolithic integrated optical semiconductor chip is constructed and several, to different wavelengths coordinated active photosensitive and light-emitting elements includes.

Der optische Halbleiterchip basiert auf einem Halbleitersubstrat, auf dem mindestens ein erster Schichtaufbau, der ein photosensitives Element für Licht einer ersten Wellenlänge bildet, und ein auf dem ersten Schichtaufbau angeordneter, weiterer Schichtaufbau, der ein lichtemittierendes Element für Licht einer weiteren Wellenlänge bildet, angeordnet sind. Zwischen dem photosensitiven Element und dem lichtemittierende Element können ein oder mehrere weitere photosensitive Elemente angeordnet sein.Of the optical semiconductor chip is based on a semiconductor substrate, on the at least one first layer structure which is a photosensitive Element for light a first wavelength forms, and arranged on the first layer structure, further layer structure, which forms a light-emitting element for light of a further wavelength, are arranged. Between the photosensitive element and the light-emitting Element can one or more further photosensitive elements can be arranged.

Erfindungsgemäß wird also ein integriertes optisches Bauelement in Form eines Multiplexer Transceiver, insbesondere eines Triplexers, geschaffen, das bei Wellenlängen von vorzugsweise 1550 nm und 1490 nm optische Signale empfangen und mittels zwei Photodetektoren in elektrische Signale umwandeln kann, und das außerdem elektrische Signale in optische Signale einer Wellenlänge von vorzugsweise 1310 nm umwandelt und aussendet. Die optischen Signale werden über einen Monomode-Wellenleiter ein- und ausgekoppelt.According to the invention thus an integrated optical device in the form of a multiplexer transceiver, in particular a triplexer, created that can receive optical signals at wavelengths of preferably 1550 nm and 1490 nm and convert it into electrical signals by means of two photodetectors, and also electrical signals in optical signals of a wavelength of preferably 1310th nm converts and sends out. The optical signals are coupled in and out via a single-mode waveguide.

Im Gegensatz zu eingangs beschriebenen, handelsüblichen Triplexer Transceivern werden erfindungsgemäß drei optisch aktive Bauelemente auf einem Halbleiterchip integriert und vorzugsweise unmittelbar mit einem Monomode-Wellenleiter verbunden. Die Bauelemente sind:
Ein lichtemittierendes Bauelement, vorzugsweise in Form einer 1310 nm Laserdiode, beispielsweise ausgebildet als Vertical Cavity Surface Emitting Laser (VCSEL) oder Distributed Feedback (DFB) Laser, die in Richtung Oberflächennormale abstrahlt,
ein photosensitives Bauelement, vorzugsweise in Form einer 1490 nm Photodiode, beispielsweise durch eine InGaAs PIN-Diode realisierbar, und
ein weiteres photosensitives Bauelement, vorzugsweise in Form einer 1550 nm Photodiode, beispielsweise ebenfalls durch eine InGaAs PIN-Diode realisierbar.
In contrast to the commercially available triplexer transceivers described at the beginning, according to the invention three optically active components are integrated on a semiconductor chip and are preferably connected directly to a single-mode waveguide. The components are:
A light-emitting component, preferably in the form of a 1310 nm laser diode, for example, designed as a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) or distributed feedback (DFB) laser, which radiates in the direction of surface normal,
a photosensitive component, preferably in the form of a 1490 nm photodiode, for example, by an InGaAs PIN diode feasible, and
another photosensitive component, preferably in the form of a 1550 nm photodiode, for example, also by an InGaAs PIN diode feasible.

Der Halbleiterchip umfasst die unterschiedlichen Funktionalitäten (Photodioden, Laser...) in unterschiedlichen epitaktischen Schichten verwirklicht, wobei die Schichten beispielsweise aus InxGa1-xAs mit unterschiedlichem x-Gehalt (Dotierungsgehalt) gebildet sind.The semiconductor chip comprises the different functionalities (photodiodes, lasers, etc.) realized in different epitaxial layers, wherein the layers are formed, for example, from In x Ga 1-x As with different x content (doping content).

Die Wellenlängenselektivität der Photodioden wird durch eine geschickte Anordnung (Schichtung) der Bauelemente in vertikaler Richtung und zusätzliche lithographische Schritte (Strukturierung) in horizontaler Richtung gewährleistet. Insbesondere werden die einzelnen optischen Elemente entsprechend ihrer zugeordneten Wellenlänge auf dem Substrat geordnet. Das optische Element mit der längsten Wellenlänge wird am nächsten zum Substrat angeordnet, während das optische Element mit der kürzesten Wellenlänge am weitestem vom Substrat entfernt angeordnet wird.The Wavelength selectivity of the photodiodes is achieved by a clever arrangement (stratification) of the components in the vertical direction and additional lithographic steps (structuring) in the horizontal direction guaranteed. In particular, the individual optical elements are corresponding their assigned wavelength arranged on the substrate. The optical element with the longest wavelength becomes the next while arranged to the substrate the optical element with the shortest wavelength placed farthest from the substrate.

Zur Passivierung des Wafers kann als Deckschicht ein Dielektrikum aufgebracht werden, das eine Oxid- oder Oxinitridschicht ist. Die Deckschicht kann den Chip auch vollständig umschließen und nur durch die elektrischen Kontakte unterbrochen sein.to Passivation of the wafer can be applied as a cover layer, a dielectric which is an oxide or oxynitride layer. The cover layer can the chip also completely enclose and be interrupted only by the electrical contacts.

Ein weiteres wichtiges Merkmal ist, dass die photosensitiven und lichtemittierenden Elemente unabhängig voneinander kontaktiert und betreibbar sind.One Another important feature is that the photosensitive and light-emitting Elements independent contacted and operable from each other.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der die photosensitiven und lichtemittierende Elemente tragende Wafer in mehrere nebeneinander liegende säulenartige Strukturen unterteilt werden, wobei die photosensitiven und/oder lichtemittierenden Elemente jeder Säulenstruktur ebenfalls unabhängig voneinander kontaktiert und betreibbar sind.In a particularly preferred embodiment of the invention, the the wafers supporting the photosensitive and light emitting elements divided into several adjacent columnar structures be, wherein the photosensitive and / or light-emitting elements each column structure also independent contacted and operable from each other.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses eine oder mehrere optische Filterstrukturen über den lichtsensitiven Elementen angebracht sein, die unerwünschte Frequenzen von den jeweils darunter angeordneten photosensitiven Elementen fern halten.In A further embodiment of the invention can be used to improve the signal-to-noise ratio one or more optical filter structures over the light-sensitive elements be attached, the unwanted Frequencies from the respectively photosensitive ones arranged underneath Keep elements away.

Zur Aufbringung von Filterschichten können die zuoberst angeordneten lichtemittierende Elemente entfernt werden, indem z.B. die lichtsensitiven Elemente mittels lithographischen Prozessen freigelegt werden.to Application of filter layers can be arranged at the top light-emitting elements are removed by e.g. the light-sensitive ones Elements are exposed by means of lithographic processes.

Sofern das Substrat eine Bandlücke größer als 0.9 eV entsprechend einer Wellenlänge von λ < 1300 nm aufweist, kann des Substrat unmittelbar mit einem Lichtwellenleiter verbunden werden. Die einzelnen lichtemittierenden und photosensitiven Elemente sind in diesem Fall in umgekehrter Reihenfolge auf dem Substrat angeordnet und senden und empfangen das Licht zum/vom Wellenleiter durch das transparente Substrat hindurch.Provided the substrate a band gap greater than 0.9 eV corresponding to a wavelength of λ <1300 nm, the substrate be connected directly to an optical fiber. The single ones light-emitting and photosensitive elements are in this case arranged in reverse order on the substrate and send and receive the light to / from the waveguide through the transparent Substrate through.

Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Halbleiterchips für Multiplexer-Transceiver Anwendungen ist ebenfalls angegeben. Nach der epitaktischen Herstellung und den Lithographieschritten werden die Halbleiterchips geschnitten, auf Träger gesetzt, elektrisch kontaktiert und mit einem Wellenleiter (Glasfaser) zusammen in eine transparente Masse (Polymer oder SiO2) eingegossen. Die Elektronik zur Verstärkung der Signale kann z.B. in Si-Technologie ausgeführt werden; prinzipiell wäre natürlich möglich, die Verstärkerelektronik auch z. B.: in GaAs auszuführen.A method for manufacturing an optical semiconductor chip for multiplexer transceiver applications is also provided. After the epitaxial production and the lithography steps, the semiconductor chips are cut, placed on carriers, electrically contacted and molded together with a waveguide (glass fiber) into a transparent mass (polymer or SiO 2 ). The electronics for amplifying the signals can be implemented, for example, in Si technology; In principle, of course, would be possible, the amplifier electronics also z. B .: to perform in GaAs.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigt:It shows:

1: einen konventionellen, derzeit am Markt erhältlichen Triplexer 1 mit Gehäuse; 1 : a conventional triplexer currently available on the market 1 with housing;

2: eine Darstellung der Energielücke als Funktion der Gitterkonstante für III-V Verbindungen; 2 : a representation of the energy gap as a function of the lattice constant for III-V compounds;

3: ein Grundschema einer erfindungsgemäßen epitaktischen Schichtenfolge, bei der zwei Photodetektoren und ein Laser auf einem gemeinsamen Substrat (monolithisch) integriert sind; 3 FIG. 2: a basic diagram of an epitaxial layer sequence according to the invention, in which two Photodetectors and a laser on a common substrate (monolithic) are integrated;

4: ein Diagramm der Empfindlichkeit und Quanteneffizienz als Funktion der Wellenlänge für InGaAs, Si und Ge; 4 : a plot of sensitivity and quantum efficiency as a function of wavelength for InGaAs, Si and Ge;

5: eine Aufsicht und Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines lithographisch strukturierten Bauelementes gemäß der Erfindung; 5 a top view and side view of a first embodiment of a lithographically structured component according to the invention;

6: eine Aufsicht und Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines lithographisch strukturierten Bauelementes gemäß der Erfindung; 6 a top view and side view of another embodiment of a lithographically structured component according to the invention;

7: eine Seitenansicht des Bauelement gemäß 6 mit von oben aufgesteckter Glasfaser; 7 a side view of the device according to 6 with glass fiber attached from above;

8: eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines lithographisch strukturierten Bauelementes gemäß der Erfindung mit transparentem Substrat und von unten aufgesteckter Glasfaser; 8th a side view of another embodiment of a lithographically structured device according to the invention with a transparent substrate and attached from below glass fiber;

9: eine epitaktische Schichtenfolge, bei der drei Photodetektoren und ein Laser auf einem gemeinsamen Substrat (monolithisch) integriert sind; 9 an epitaxial layer sequence in which three photodetectors and a laser are integrated on a common substrate (monolithic);

10: eine schematische darstellung des Schichtaufbaus einer PIN Photordiode; 10 a schematic representation of the layer structure of a PIN photodiode;

11 eine schematische Darstellung des Schichtaufbaus einer VCSEL Laserdiode. 11 a schematic representation of the layer structure of a VCSEL laser diode.

Beschreibung von bevorzugten Ausgestaltungen der ErfindungDescription of preferred Embodiments of the invention

1 zeigt einen handelsüblichen Triplexer 1 mit einem Gehäuse, an dem Anschlüsse für einen Monomode-Wellenleiter, zwei Photodioden und eine Laserdiode angeordnet sind. 1 shows a commercial triplexer 1 comprising a housing on which connections for a single-mode waveguide, two photodiodes and a laser diode are arranged.

2 ist eine Darstellung der Energielücke als Funktion der Gitterkonstante für III-V Verbindungen. Dieses Diagramm zeigt, mit welchen Gitter angepassten Substraten direkte III-V Halbleiter bei den interessanten Wellenlängen von 1310 nm und 1550 nm erzeugt werden können. Bei Verwendung beispielsweise eines InP Substrats und dessen gegebener Gitterkonstante kommen für eine Energielücke von ca. 0,8 eV-0,95 eV, was einem Wellenlängenbereich von ca. 1300-1550 nm entspricht, die Halbleitermaterialien InGaAs und GaAsSb in Frage. 2 is a representation of the energy gap as a function of the lattice constant for III-V compounds. This diagram shows with which lattice matched substrates direct III-V semiconductors can be generated at the interesting wavelengths of 1310 nm and 1550 nm. When using, for example, an InP substrate and its given lattice constant, the semiconductor materials InGaAs and GaAsSb are suitable for an energy gap of approximately 0.8 eV-0.95 eV, which corresponds to a wavelength range of approximately 1300-1550 nm.

In 3 ist eine schematische Darstellung des epitaktischen Schichtaufbaus eines möglichen Ausführungsbeispiels der Erfindung angegeben: Auf ein Halbleitersubstrat 2, beispielsweise ein InP Substrat, wird Gitter angepasst eine erste photosensitive Halbleiterschicht 3 aus InxGa1-xAs mit x etwa 0.53 aufgewachsen. Diese erste Halbleiterschicht 3 bildet einen Photodetektor in Form einer PIN- (p- dotiert, intrinsisch, n-dotiert) oder Avalanche-Diode, deren Aufbau beispielhaft in 10 dargestellt ist. Die eine PIN-Photodiode 30 besteht aus einer p-Schicht 31, einer n-Schicht 33 und einer dazwischen liegenden, eigenleitenden i-Schicht 32 (intrinsische Schicht). Das Licht trifft auf der Seite der p-Schicht auf. Die p-Schicht 31 ist vorzugsweise mit einer antireflektierenden Beschichtung 34 versehen. Die p- und n-Schichten sind mit elektrischen Kontakten 35 versehen. Der resultierende Halbleiter hat eine Energielücke von 0.79 eV, welches einer ersten Wellenlänge λ1= 1550 nm (mit λ Wellenlänge im Vakuum) entspricht.In 3 is a schematic representation of the epitaxial layer structure of a possible embodiment of the invention indicated: On a semiconductor substrate 2 For example, an InP substrate, lattice is matched to a first photosensitive semiconductor layer 3 grown from In x Ga 1-x As with x about 0.53. This first semiconductor layer 3 forms a photodetector in the form of a PIN (p-doped, intrinsic, n-doped) or avalanche diode whose structure is exemplified in 10 is shown. The one PIN photodiode 30 consists of a p-layer 31 , an n-layer 33 and an intervening intrinsic i-layer 32 (intrinsic layer). The light hits on the side of the p-layer. The p-layer 31 is preferably with an anti-reflective coating 34 Mistake. The p and n layers are with electrical contacts 35 Mistake. The resulting semiconductor has an energy gap of 0.79 eV, which corresponds to a first wavelength λ 1 = 1550 nm (with λ wavelength in vacuum).

Direkt über diese erste Halbleiterschicht 3 wird eine zweite photosensitive Halbleiterschicht 4 in Form eines Photodetektors, z.B. einer PIN- oder Avalanche-Diode, bestehend aus InxGa1-xAs mit x etwa 0.49 aufgewachsen. Der resultierende Halbleiter hat somit eine Energielücke von 0.83 eV, welches einer zweiten Wellenlänge λ2= 1490 nm (mit λ Wellenlänge im Vakuum) entspricht.Directly over this first semiconductor layer 3 becomes a second photosensitive semiconductor layer 4 in the form of a photodetector, eg a PIN or avalanche diode, consisting of In x Ga 1-x As grown to x approximately 0.49. The resulting semiconductor thus has an energy gap of 0.83 eV, which corresponds to a second wavelength λ 2 = 1490 nm (with λ wavelength in vacuum).

Diese oben liegende, zweite Halbleiterschicht 4 absorbiert Strahlung mit λ2= 1490 nm lässt aber andere Wellenlängen, z.B. λ1= 1550 nm, passieren und dient somit gleichzeitig als Filter für die untere PIN Diode bei λ1= 1550 nm, sodass diese von der Strahlung mit λ2= 1490 nm nicht beeinflusst wird.This top, second semiconductor layer 4 absorbs radiation with λ 2 = 1490 nm but allows other wavelengths, for example, λ 1 = 1550 nm pass, and thus simultaneously serves as a filter for the lower PIN diode at λ 1 = 1550 nm, so that this of the radiation with λ 2 = 1490 nm is not affected.

Auf die zweite Halbleiterschicht 4 wird nun eine lichtemittierende dritte Halbleiterschicht 5 in Form einer InGaAs Laserdiode (VCSEL) aufgewachsen. VCSEL steht für Vertical Cavity Surface Emitting Laser, eine besondere Art von Halbleiterlaser: anders als beim Kantenemitter wird der Laserresonator nicht aus zwei Spaltkanten des Halbleiterkristalls gebildet, sondern aus zwei Distributed-Bragg-Reflektoren (DBRs), zwischen denen eine aktive Zone für die Erzeugung des Laserlichts eingebettet ist. Ein DBR ist eine alternierende Schichtfolge zweier Halbleitermaterialien mit unterschiedlichem Brechungsindex, jeweils mit der Dicke einer halben Wellenlänge des Laserlichts. Im Bereich dieser Wellenlänge reflektiert der DBR Licht nahezu vollständig. Zwei DBRs bilden somit einen Resonator hoher Güte. Ein Teil des Laserlichts wird aus dem oberen DBR ausgekoppelt und abgestrahlt. Der Aufbau eines VCSEL ist in 10 schematisch dargestellt. Der VCSEL 36 umfasst im wesentlichen (neben den elektrischen Kontakten, hier nicht dargestellt) aus drei Schichtstrukturen:

  • – einem unteren DBR 37, beispielsweise InxAl1-xAs/InP
  • – einer aktiven lichtemittierenden Schicht 39 bei einer Wellenlänge von λ3= 1310 nm, beispielsweise aus InxGa1-xAs mit x etwa 0,35; diese Schicht kann jedoch auch aus verzerrtem (engl. strained) Material bestehen, da auch Spannungen die Energie der Emission verschieben.
  • – einem oberen DBR 38, beispielsweise InxAl1-xAs/InP, oder dieser könnte auch aus SiO2/p-Si Schichten bestehen.
On the second semiconductor layer 4 now becomes a light-emitting third semiconductor layer 5 grown in the form of an InGaAs laser diode (VCSEL). VCSEL stands for Vertical Cavity Surface Emitting Laser, a special type of semiconductor laser: Unlike the edge emitter, the laser resonator is not formed from two gap edges of the semiconductor crystal, but from two distributed Bragg reflectors (DBRs), between which an active zone for the generation embedded in the laser light. A DBR is an alternating layer sequence of two semiconductor materials with different refractive indices, each with the thickness of half a wavelength of the laser light. In the range of this wavelength, the DBR reflects light almost completely. Two DBRs thus form a high-quality resonator. Part of the laser light is decoupled from the upper DBR and emitted. The structure of a VCSEL is in 10 shown schematically. The VCSEL 36 essentially comprises (in addition to the electrical contacts, not shown here) of three layer structures:
  • - a lower DBR 37 , for example In x Al 1-x As / InP
  • An active light emitting layer 39 at a wavelength of λ 3 = 1310 nm, for example, In x Ga 1-x As with x about 0.35; However, this layer can also be strained Material exist, as even voltages shift the energy of the emission.
  • - an upper DBR 38 , For example, In x Al 1-x As / InP, or this could also consist of SiO 2 / p-Si layers.

InxAl1-xAs/InP (siehe 2) wird beispielsweise für die DBR Schichten 34, 35 gewählt, da hierbei keine oder nur eine geringe Gitterfehlanpassung auftritt und daher keine Versetzungen entstehen.In x Al 1-x As / InP (see 2 ) is used, for example, for the DBR layers 34 . 35 chosen, since this little or no lattice mismatch occurs and therefore no dislocations arise.

Bei Multiplexer ist die Reihenfolge der Schichtaufbauten, das heißt der übereinander angeordneten optischen Elemente, in der Reihenfolge ihrer zugewiesenen Wellenlänge geordnet. Die Elemente mit langer Arbeitswellenlänge unten und die Elemente mit kurzer Arbeitswellenlänge weiter oben im Schichtaufbau.at Multiplexer is the order of the layer structures, that is the one above the other arranged optical elements, in the order of their assigned wavelength orderly. The elements with long working wavelength below and the elements with a short working wavelength above in the layer structure.

Als letzte Schicht folgt eine Deckschicht 29 aus einem Dielektrikum.The last layer is a cover layer 29 from a dielectric.

Die elektrische Kontaktierung der einzelnen optischen Elemente erfolgt in üblichen Techniken, die einem Fachmann wohl bekannt sind. In den Zeichnungen sind Einzelheiten der elektrischen Kontaktierung daher nicht näher dargestellt.The electrical contacting of the individual optical elements takes place in usual Techniques well known to a person skilled in the art. In the drawings Therefore, details of the electrical contact are not shown in detail.

4 zeigt ein Diagramm der Empfindlichkeit und Quanteneffizienz als Funktion der Wellenlänge für InGaAs, Si und Ge. Das Material der Wahl für die Detektion von Wellenlängen zwischen 1300 nm und 1625 nm ist InGaAs, da es für den erwähnten Wellenlängenbereich im Vergleich zu Si oder Ge eine relativ hohe Empfindlichkeit und Quantenausbeute hat. Ge wäre aber für die Zwecke der Erfindung ebenfalls geeignet, jedoch mit geringerer Quantenausbeute. 4 shows a plot of sensitivity and quantum efficiency as a function of wavelength for InGaAs, Si and Ge. The material of choice for the detection of wavelengths between 1300 nm and 1625 nm is InGaAs, since it has a relatively high sensitivity and quantum efficiency for the mentioned wavelength range compared to Si or Ge. However, Ge would also be suitable for the purposes of the invention, but with lower quantum efficiency.

5 zeigt eine Aufsicht und Seitenansicht eines lithographisch strukturierten Bauelementes. Nach dem epitaktischen Wachstum der Schichten, wie es in Verbindung mit 3 beschreiben wurde, wird mittels lithographischen Verfahren der Wafer so strukturiert, dass mindestens zwei, jeweils z. B. etwa 5 μm × 5 μm breite Säulen 6, 7, auf dem Substrat 2 stehen bleiben. Jede Säule besteht aus dem in 3 beschriebenen Schichtaufbau aus den photosensitiven Elementen 3 und 4 und einem lichtemittierenden Element 5. 5 shows a plan view and side view of a lithographically structured component. After the epitaxial growth of the layers, as related to 3 was described by means of lithographic processes, the wafer is structured so that at least two, each z. B. about 5 microns × 5 microns wide columns 6 . 7 , on the substrate 2 stay standing. Each column consists of the in 3 described layer structure of the photosensitive elements 3 and 4 and a light-emitting element 5 ,

Die aktiven Elemente 3, 4 und 5 beider Säulen 6, 7 können unterschiedlich kontaktiert sein. In der linken Säule 6 sind die beiden photosensitiven Elemente 3 und 4 elektrisch kontaktiert, während das lichtemittierende Element 5 nicht kontaktiert und damit nicht aktiv ist. In der rechten Säule 7 dagegen ist nur das lichtemittierende Element 5 elektrisch kontaktiert, während die photosensitiven Elemente 3 und 4 nicht kontaktiert und damit nicht aktiv sind. Diese unterschiedliche Kontaktierung dient dazu, dass die Photodetektoren 3, 4 nicht vom emittierten Signal der Laserdiode 5 angesteuert bzw. gestört werden. Es ist zu betonen, dass in diesem Ausführungsbeispiel kein zuvor aufgewachsenes Teilbauelement nachträglich wieder abgetragen werden muss (im Vergleich zu 6).The active elements 3 . 4 and 5 both columns 6 . 7 can be contacted differently. In the left column 6 are the two photosensitive elements 3 and 4 electrically contacted while the light-emitting element 5 not contacted and therefore not active. In the right column 7 on the other hand, only the light-emitting element 5 electrically contacted while the photosensitive elements 3 and 4 not contacted and therefore not active. This different contacting serves to ensure that the photodetectors 3 . 4 not from the emitted signal of the laser diode 5 be controlled or disturbed. It should be emphasized that in this embodiment, no previously grown sub-component must be subsequently removed again (in comparison to 6 ).

Zur Verbesserung des Signal Rausch Verhältnisses bei den Photodetektoren ist in 6 eine beispielhafte andere Variante des Schichtaufbaus gezeigt.To improve the signal to noise ratio in the photodetectors is in 6 an exemplary other variant of the layer structure shown.

Mittels eines lithographischen Verfahrens wird der Wafer so strukturiert, dass vier jeweils z. B. etwa 5 μm × 5 μm breite Säulen 8, 9, 10 11 in quadratischer Anordnung auf dem Substrat 2 stehen bleiben. Jede Säule 8-11 bestand ursprünglich aus einer ersten photosensitiven Schicht 12 und einer lichtemittierenden Schicht 13.By means of a lithographic process, the wafer is patterned so that four each z. B. about 5 microns × 5 microns wide columns 8th . 9 . 10 11 in a square arrangement on the substrate 2 stay standing. Every pillar 8th - 11 originally consisted of a first photosensitive layer 12 and a light-emitting layer 13 ,

Pro Säule wurde also nur eine Detektorschicht 12 epitaktisch aufgebracht, wobei über den Detektoren 12 der linken Säulen die ursprünglich darüber liegenden Laserschichten 13 entfernt (weggeätzt) und durch eine selektive Filterschicht 14 (z. B. Bragg Reflektor, Fabry Perot Filter) ersetzt wurde. Auf der rechten Seite wurde eine Laserschicht 13 beibehalten.So only one detector layer per column was used 12 applied epitaxially, being above the detectors 12 the left columns are the laser layers originally above 13 removed (etched) and through a selective filter layer 14 (eg Bragg reflector, Fabry Perot filter). On the right side was a laser layer 13 maintained.

Die photosensitive Schicht 12 ist für eine lange Wellenlänge, z.B. 1550 nm, ausgelegt, dient in dieser Konfiguration aber auch zur Detektion anderer Wellenlängen, z.B. 1490 nm und 1310 nm, wobei die jeweilige Frequenzselektion durch die aufgebrachten Filterschichten 14 erfolgt.The photosensitive layer 12 is designed for a long wavelength, eg 1550 nm, but also serves in this configuration for the detection of other wavelengths, eg 1490 nm and 1310 nm, wherein the respective frequency selection by the applied filter layers 14 he follows.

7 zeigt die Anordnung aus 6, die zusammen mit dem Ende eines Wellenleiters 16 (Glasfaser) in eine transparente Masse 15 (z.B. Polymer oder SiO2) eingegossen wurde. Hierdurch ergibt sich eine gute Ankopplung des Halbleiterchips an den Wellenleiter. 7 shows the arrangement 6 that coincide with the end of a waveguide 16 (Glass fiber) in a transparent mass 15 (For example, polymer or SiO 2 ) was poured. This results in a good coupling of the semiconductor chip to the waveguide.

8 zeigt eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung mit von unten, also am Substrat 17, aufgesteckter Glasfaser 16. Diese Ausführung setzt voraus, dass das Substrat 17 im benötigten Wellenlängenbereich transparent ist. Hier ist zu beachten, dass die Anordnung der Schichten innerhalb der beiden Säulen 18, 19 auf dem Substrat (im Vergleich zur Anordnung gemäß 6) vertauscht werden muss. Zuerst muss eine lichtemittierende Laserschicht 20 und dann eine photosensitive Detektorschicht 21 auf dem Substrat aufgewachsen werden. Die Detektion und Abstrahlung des Lichts erfolgt in Richtung des Wellenleiters durch das Substrat 17 hindurch. Auf der dem Wellenleiter 16 zugewandten Seite des Substrats ist eine wellenlängenselektierende Filterschicht 22 aufgebracht. 8th shows a side view of another embodiment of the invention with from below, so on the substrate 17 , plugged glass fiber 16 , This design requires that the substrate 17 is transparent in the required wavelength range. Here it should be noted that the arrangement of the layers within the two columns 18 . 19 on the substrate (compared to the arrangement according to FIG 6 ) must be reversed. First, a light emitting laser layer 20 and then a photosensitive detector layer 21 grown on the substrate. The detection and emission of the light takes place in the direction of the waveguide through the substrate 17 therethrough. On the waveguide 16 facing side of the substrate is a wavelength-selective filter layer 22 applied.

9 zeigt eine epitaktische Schichtenfolge wiederum gespalten in zwei nebeneinander liegende vertikale Säulen 23, 24, wobei jede Säule drei Detektorschichten 25, 26, 27 und eine Laserschicht 28 auf einem gemeinsamen Substrat 2 (monolithisch) integriert umfasst. In dieser Abbildung ist schon das Schema eines lithographisch strukturierten Bauelementes gezeigt. 9 shows an epitaxial layer sequence again split into two adjacent vertical columns 23 . 24 wherein each column has three detector layers 25 . 26 . 27 and a laser layer 28 on a common substrate 2 includes (monolithic) integrated. In this figure, the scheme of a lithographically structured device is already shown.

In der linken Säule 23 sind nur die photosensitiven Schichten 25-27 elektrisch kontaktiert, während in der rechten Säule 24 nur die Lagerschicht 28 elektrisch kontaktiert ist. Somit werden gegenseitige Störeinflüsse zwischen den Detektorschichten und der Laserschicht vermieden.In the left column 23 are only the photosensitive layers 25 - 27 electrically contacted while in the right column 24 only the storage layer 28 electrically contacted. Thus mutual interference between the detector layers and the laser layer is avoided.

11
Triplexer (Std. der Technik)Triplexers (Hours of technique)
22
Substratsubstratum
33
Erste Halbleiterschicht (Photodetektor)First Semiconductor layer (photodetector)
44
Zweite Halbleiterschicht (Photodetektor)Second Semiconductor layer (photodetector)
55
Weitere Halbleiterschicht (Laserdiode)Further Semiconductor layer (laser diode)
66
Säulepillar
77
Säulepillar
88th
Säulepillar
99
Säulepillar
1010
Säulepillar
1111
Säulepillar
1212
Erste Halbleiterschicht (Photodetektor)First Semiconductor layer (photodetector)
1313
Weitere Halbleiterschicht (Laserdiode)Further Semiconductor layer (laser diode)
1414
Filterschichtfilter layer
1515
Polymerträger bzw. SiO2-TrägerPolymer support or SiO 2 support
1616
Wellenleiterwaveguides
1717
Substrat (transparent)substratum (transparent)
1818
Säulepillar
1919
Säulepillar
2020
Erste Halbleiterschicht (Laserdiode)First Semiconductor layer (laser diode)
2121
Weitere Halbleiterschicht (Photodetektor)Further Semiconductor layer (photodetector)
2222
Filterschichtfilter layer
2323
Säulepillar
2424
Säulepillar
2525
Erste Halbleiterschicht (Photodetektor)First Semiconductor layer (photodetector)
2626
Zweite Halbleiterschicht (Photodetektor)Second Semiconductor layer (photodetector)
2727
Dritte Halbleiterschicht (Photodetektor)third Semiconductor layer (photodetector)
2828
Weitere Halbleiterschicht (Laserdiode)Further Semiconductor layer (laser diode)
2929
Deckschicht (Dielektrikum)topcoat (Dielectric)
3030
Pin-PhotodiodePin photodiode
3131
p-Schichtp-layer
3232
i-Schichti-layer
3333
n-Schichtn-layer
3434
Antireflektierende Schichtanti Reflective layer
3535
Kontaktierungcontact
3636
VCSEL LaserVCSEL laser
3737
DBRDBR
3838
DBRDBR
3939
Laseraktive Schichtlaser Active layer

Claims (39)

Optischer Multiplexer-Transceiver, dadurch gekennzeichnet, dass er als monolithisch integrierter optischer Halbleiterchip aufgebaut ist.Optical multiplexer transceiver, characterized in that it is constructed as a monolithically integrated optical semiconductor chip. Optischer Multiplexer-Transceiver nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterchip mehrere unabhängige, auf verschiedene Wellenlängen abgestimmte aktive photosensitive (30) und lichtemittierende Elemente (36) umfasst.An optical multiplexer transceiver according to claim 1, characterized in that the semiconductor chip comprises a plurality of independent, different wavelength tuned active photosensitive (30) and light emitting elements ( 36 ). Optischer Multiplexer-Transceiver nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er unmittelbar an einen Wellenleiter angekoppelt ist.An optical multiplexer transceiver according to claim 1 or 2, characterized in that it directly to a waveguide is coupled. Optischer Halbleiterchip insbesondere für Multiplexer Transceiver Anwendungen, welcher umfasst: ein Halbleitersubstrat (2); mindestens einen auf dem Halbleitersubstrat angeordneten, ersten Schichtaufbau (3), der ein photosensitives Element für Licht einer ersten Wellenlänge bildet; und einen auf dem ersten Schichtaufbau angeordneten, weiteren Schichtaufbau (5), der ein lichtemittierendes Element für Licht einer weiteren Wellenlänge bildet.Optical semiconductor chip, in particular for multiplexer transceiver applications, comprising: a semiconductor substrate ( 2 ); at least one first layer structure arranged on the semiconductor substrate ( 3 ) forming a photosensitive element for light of a first wavelength; and a further layer structure arranged on the first layer structure ( 5 ), which forms a light-emitting element for light of a further wavelength. Optischer Halbleiterchip nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten und dem weiteren Schichtaufbau mindestens ein zweiter Schichtaufbau (4) angeordnet ist, der ein photosensitives Element für Licht einer zweiten Wellenlänge bildet.Optical semiconductor chip according to claim 4, characterized in that between the first and the further layer structure at least one second layer structure ( 4 ) which forms a photosensitive element for light of a second wavelength. Optischer Halbleiterchip nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und der weitere Schichtaufbau (3, 4, 5) in umgekehrter Reihenfolge (5, 4, 3) auf dem Substrat (2) angeordnet sind.Optical semiconductor chip according to claim 4 or 5, characterized in that the first, second and the further layer structure ( 3 . 4 . 5 ) in reverse order ( 5 . 4 . 3 ) on the substrate ( 2 ) are arranged. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtaufbauten (3, 4, 5) aus auf das Halbleitersubstrat (2) aufgewachsenen epitaktische Halbleiterschichten bestehen.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 6, characterized in that the layer structures ( 3 . 4 . 5 ) on the semiconductor substrate ( 2 ) grown epitaxial semiconductor layers. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitersubstrat (2) aus InP besteht.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 7, characterized in that the semiconductor substrate ( 2 ) consists of InP. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtaufbauten (3, 4, 5) aus InxGa1-xAs bestehen.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 8, characterized in that the layer structures ( 3 . 4 . 5 ) consist of In x Ga 1-x As. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schichtaufbau (3) einen Photodetektor ausbildet.Optical semiconductor chip according to one of claims 4 to 9, characterized in that the first layer structure ( 3 ) forms a photodetector. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schichtaufbau (4) einen Photodetektor ausbildet.Optical semiconductor chip after one of the Claims 4 to 10, characterized in that the second layer structure ( 4 ) forms a photodetector. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schichtaufbau (5) eine Laserdiode ausbildet.Optical semiconductor chip according to one of claims 4 to 11, characterized in that the further layer structure ( 5 ) forms a laser diode. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wellenlänge λ1= 1490 nm beträgt.Optical semiconductor chip according to one of claims 4 to 12, characterized in that the first wavelength λ 1 = 1490 nm. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wellenlänge λ2= 1550 nm beträgt.Optical semiconductor chip according to one of claims 4 to 13, characterized in that the second wavelength λ 2 = 1550 nm. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Wellenlänge λ3= 1310 nm beträgt.Optical semiconductor chip according to one of claims 4 to 14, characterized in that the further wavelength λ 3 = 1310 nm. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite photosensitive Element (4) über dem ersten photosensitiven Element (3) angeordnet ist.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 15, characterized in that the second photosensitive element ( 4 ) over the first photosensitive element ( 3 ) is arranged. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das lichtemittierende Element (5) in Strahlrichtung des emittierten Lichts gesehen über dem ersten und/oder dem zweiten photosensitiven Element (3, 4) angeordnet ist.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 16, characterized in that the light-emitting element ( 5 ) in the beam direction of the emitted light as seen above the first and / or the second photosensitive element ( 3 . 4 ) is arranged. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die photosensitiven (3, 4) und lichtemittierenden Elemente (5) unabhängig voneinander betreibbar sind.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 17, characterized in that the photosensitive ( 3 . 4 ) and light-emitting elements ( 5 ) are independently operable. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils oben liegende photosensitive Element (4) für den Bereich der ihm zugeordneten Wellenlänge als Filter für das darunter liegende photosensitive Element (3) dient.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 18, characterized in that the respective photosensitive element ( 4 ) for the region of its associated wavelength as a filter for the underlying photosensitive element ( 3 ) serves. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die photosensitiven und lichtemittierenden Elemente (3, 4, 5) in absteigender Reihenfolge der ihnen jeweils zugeordneten Wellenlängen auf den Halbleitersubstrat (2) angeordnet sind.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 19, characterized in that the photosensitive and light-emitting elements ( 3 . 4 . 5 ) in descending order of their respective assigned wavelengths on the semiconductor substrate ( 2 ) are arranged. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die photosensitiven und lichtemittierenden Elemente (3, 4, 5) elektrisch kontaktiert sind, wobei die elektrischen Kontakte auf die Rückseite des Chips geführt sind.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 20, characterized in that the photosensitive and light-emitting elements ( 3 . 4 . 5 ) are electrically contacted, wherein the electrical contacts are guided on the back of the chip. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der die photosensitiven und lichtemittierende Elemente (3, 4, 5) tragende Wafer in mehrere nebeneinander liegende säulenartige Strukturen (6, 7) unterteilt ist, wobei die photosensitiven und/oder lichtemittierenden Elemente jeder Säulenstruktur unabhängig voneinander kontaktiert und betreibbar sind.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 21, characterized in that the photosensitive and light-emitting elements ( 3 . 4 . 5 ) carrying wafers into a plurality of adjacent columnar structures ( 6 . 7 ), wherein the photosensitive and / or light-emitting elements of each pillar structure are independently contacted and operable. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zur Passivierung des Wafers als Deckschicht (29) ein Dielektrikum aufgebracht ist.Optical semiconductor chip according to one of claims 4 to 22, characterized in that for the passivation of the wafer as a cover layer ( 29 ) a dielectric is applied. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht (29) eine Oxid- oder Oxinitridschicht ist.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 23, characterized in that the cover layer ( 29 ) is an oxide or oxynitride layer. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 24, dadurch gekennzeichnet, die Deckschicht den Chip vollständig umschließt und nur durch die elektrischen Kontakte unterbrochen ist.An optical semiconductor chip according to any one of claims 4 to 24, characterized in that the cover layer completely surrounds the chip and only by the electrical contacts is broken. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses eine oder mehrere optische Filterstrukturen (14) über den lichtsensitiven Elementen (12) angebracht sind.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 25, characterized in that, to improve the signal-to-noise ratio, one or more optical filter structures ( 14 ) over the light-sensitive elements ( 12 ) are mounted. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtsensitiven Elemente (12) mittels lithographischer Prozesse freigelegt werden.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 26, characterized in that the light-sensitive elements ( 12 ) are exposed by means of lithographic processes. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (17) eine Bandlücke größer als 0.9 eV entsprechend einer Wellenlänge von λ < 1300 nm aufweist und unmittelbar mit einem Lichtwellenleiter (16) verbunden ist.Optical semiconductor chip according to one of Claims 4 to 27, characterized in that the substrate ( 17 ) has a band gap greater than 0.9 eV corresponding to a wavelength of λ <1300 nm and directly with an optical waveguide ( 16 ) connected is. Optischer Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 4 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass auf oder zwischen den einzelnen Schichtaufbauten (12, 13) Filterschichten (14) für mindestens eine Wellenlänge angeordnet sind.Optical semiconductor chip according to one of claims 4 to 28, characterized in that on or between the individual layer structures ( 12 . 13 ) Filter layers ( 14 ) are arranged for at least one wavelength. Verfahren zur Herstellung eines optischen Halbleiterchips für Multiplexer-Transceiver Anwendungen, mit den Schritten: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (2); Aufwachsen mindestens eines ersten epitaktischen Schichtaufbaus (3) auf dem Substrat, wobei dieser erste Schichtaufbau ein photosensitives Element für Licht einer ersten Wellenlänge bildet; und Aufwachsen eines weiteren epitaktischen Schichtaufbaus (5) auf dem ersten Schichtaufbau, wobei dieser weitere Schichtaufbau ein lichtemittierendes Element für Licht einer weiteren Wellenlänge bildet.Method for producing an optical semiconductor chip for multiplexer transceiver applications, comprising the steps of: providing a semiconductor substrate ( 2 ); Growing at least one first epitaxial layer structure ( 3 ) on the substrate, this first layer structure forming a photosensitive element for light of a first wavelength; and growing a further epitaxial layer structure ( 5 ) on the first layer structure, this further layer structure forming a light-emitting element for light of a further wavelength. Verfahren zur Herstellung eines optischen Halbleiterchips für Multiplexer-Transceiver Anwendungen, mit den Schritten: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (17); Aufwachsen mindestens eines ersten epitaktischen Schichtaufbaus (20) auf dem Substrat, wobei dieser erste Schichtaufbau ein lichtemittierendes Element für Licht einer ersten Wellenlänge bildet; und Aufwachsen eines weiteren epitaktischen Schichtaufbaus (21) auf dem ersten Schichtaufbau (20), wobei dieser weitere Schichtaufbau ein photosensitives Element für Licht einer weiteren Wellenlänge bildet.Process for producing an optical Semiconductor chips for multiplexer transceiver applications, comprising the steps of: providing a semiconductor substrate ( 17 ); Growing at least one first epitaxial layer structure ( 20 ) on the substrate, said first layer structure forming a light emitting element for light of a first wavelength; and growing a further epitaxial layer structure ( 21 ) on the first layer structure ( 20 ), this further layer structure forming a photosensitive element for light of a further wavelength. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufwachsen des weiteren Schichtaufbaus (21) ein zweiter epitaktischen Schichtaufbau auf dem ersten Schichtaufbau (20) aufgewachsen wird, wobei dieser zweite Schichtaufbau ein photosensitives Element für Licht einer zweiten Wellenlänge bildet.A method according to claim 30 or 31, characterized in that prior to the growth of the further layer structure ( 21 ) a second epitaxial layer structure on the first layer structure ( 20 ), this second layer structure forming a photosensitive element for light of a second wavelength. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass als oberste Deckschicht eine Dieletrikumschicht aufgebracht wird.Method according to one of claims 30 to 32, characterized in that a dielectric layer is applied as the uppermost covering layer becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Chip vollständig von einer Dielektrikumschicht umgeben wird.Method according to one of claims 30 to 33, characterized that the optical chip completely surrounded by a dielectric layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer nach dem Aufwachsen der Schichtaufbauten (3, 4, 5; 20, 21) mittels lithographischer Verfahren in mindestens zwei nebeneinander liegende säulenartige Strukturen (6, 7; 18, 19) unterteilt wird, wobei die photosensitiven und/oder lichtemittierenden Elemente der einzelnen Säulenstrukturen unterschiedlich elektrisch kontaktiert und betrieben werden.Method according to one of claims 30 to 34, characterized in that the wafer after the growth of the layer structures ( 3 . 4 . 5 ; 20 . 21 ) by means of lithographic methods in at least two adjacent columnar structures ( 6 . 7 ; 18 . 19 ), wherein the photosensitive and / or light-emitting elements of the individual columnar structures are electrically contacted and operated differently. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bildung der Säulenstrukturen (8, 9; 18, 19) wahlweise eine oder mehrere Schichtaufbauten (13) von wahlweise einer oder mehreren Säulenstrukturen abgetragen werden.Method according to one of claims 30 to 35, characterized in that after the formation of the column structures ( 8th . 9 ; 18 . 19 ) optionally one or more layer structures ( 13 ) are removed from either one or more columnar structures. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass auf die photosensitiven Schichten (12) als optische Filter wirkende Schichten (14) aufgebracht werdenMethod according to one of Claims 30 to 36, characterized in that the photosensitive layers ( 12 ) acting as optical filter layers ( 14 ) are applied Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem ersten Schichtaufbau (20) gegenüberliegenden Seite des Substrats (17) als optische Filter wirkende Schichten (22) aufgebracht werden.Method according to one of claims 30 to 37, characterized in that on the said first layer structure ( 20 ) opposite side of the substrate ( 17 ) acting as optical filter layers ( 22 ) are applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt die Halbleiterchips geschnitten, auf Träger gesetzt, elektrisch kontaktiert und mit dem Ende eines Wellenleiters (16) zusammen in eine transparente Masse (15) eingegossen werden.Method according to one of claims 30 to 38, characterized in that in a further step, the semiconductor chips cut, placed on support, electrically contacted and connected to the end of a waveguide ( 16 ) together into a transparent mass ( 15 ) are poured.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4444470A1 (en) * 1994-11-29 1996-05-30 Hertz Inst Heinrich Transmitter / receiver arrangement for an optical duplex system
GB2378069A (en) * 2001-07-12 2003-01-29 Bookham Technology Plc Vertically integrated optical transmitter and receiver
US6526080B1 (en) * 1999-07-12 2003-02-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Bidirectional light transmitting and receiving device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4444470A1 (en) * 1994-11-29 1996-05-30 Hertz Inst Heinrich Transmitter / receiver arrangement for an optical duplex system
US6526080B1 (en) * 1999-07-12 2003-02-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Bidirectional light transmitting and receiving device
GB2378069A (en) * 2001-07-12 2003-01-29 Bookham Technology Plc Vertically integrated optical transmitter and receiver

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