DE10236376A1

DE10236376A1 - Träger für optoelektronische Bauelemente sowie optische Sendeeinrichtung und optische Empfangseinrichtung

Info

Publication number: DE10236376A1
Application number: DE10236376A
Authority: DE
Inventors: Karl SCHRÖDINGER
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-02-26
Also published as: US6989554B2; US20040021144A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Träger (2) für optoelektronische Bauelemente mit einer Trägerplatte (21), die für ausgesandtes oder empfangenes Licht eines dem Träger (2) zugeordneten optoelektronischen Bauelements (1) transparent ist. Erfindungsgemäß ist mindestens eine auf die Trägerplatte (21) abgeschiedene Halbleiterstruktur (22) vorgesehen, die mindestens eine Photodiode ausbildet, wobei die Halbleiterstruktur (22) auf die Trägerplatte (21) fallendes Licht zumindest teilweise absorbiert. Hierdurch wird in einfacher und hochintegrierter Weise eine Lichtdetektion möglich. Die Erfindung stellt des weiteren eine Sendevorrichtung und eine Empfangsvorrichtung mit einem derartigen Träger bereit.

Description

Die Erfindung betrifft einen Träger für optoelektronische Bauelemente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine optische Sendeeinrichtung und eine optische Empfangseinrichtung mit einem derartigen Träger.
Es ist bekannt, die Sendeleistung und Wellenlänge einer Laserdiode mittels einer Monitordiode zu überwachen. Bei kantenemittierenden Lasern wird eine Monitordiode üblicherweise am rückseitigen Spiegel des Resonators montiert. Bei vertikal emittierenden Lasern (VCSEL – Vertical Cavity Surface Emitting Laser) ist dies jedoch nicht möglich. Daher ist es bei vertikal emittierenden Lasern erforderlich, einen Teil des ausgesandten Lichts auf die Monitordiode abzuzweigen. Dies ist nachteilig mit einem relativ großen Aufwand verbunden. Dementsprechend ist es bei mehrkanaligen Sendemodulen (Parallel Optical Link) bisher nicht möglich, für jeden Kanal eine gesonderte Monitordiode zur Überwachung zu verwenden.
Alternativ zu der Abzweigung eines Teils des ausgesandten Lichts kann ein sogenannter Referenz-Laser eingesetzt werden, der die gleichen Eigenschaften wie der eigentliche, ein Signal aussendende Laser besitzt. Alterungseigenschaften können dabei jedoch nachteilig nicht kompensiert werden.

Die Druckschrift DE 195 27 026 C2 beschreibt einen optoelektronischen Wandler, bei dem ein Licht aussendendes oder Licht empfangendes Halbleiterbauelement auf eine Trägerplatte aufgesetzt ist, in die strahlformende Strukturen integriert sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Struktur zur Verfügung zu stellen, die es erlaubt, das ausgesandte oder empfangene Licht eines optoelekronischen Bauelements in einfacher Weise zu detektieren. Insbesondere sollen eine Sendevorrichtung und eine Empfangsvorrichtung bereitgestellt werden, die in einfacher Weise und möglichst jeweils gesondert für eine Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen eine Lichtdetektion ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Träger mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Sendevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 18 und eine Empfangsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 23 gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Danach zeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung durch einen Träger aus, der eine Trägerplatte und mindestens eine auf die Trägerplatte abgeschiedene Halbleiterstruktur aufweist. Die Halbleiterstruktur bildet dabei mindestens eine Photodiode aus, wobei die Halbleiterstruktur einfallendes Licht zumindest teilweise absorbiert.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht somit auf dem Gedanken, die Funktionalität eines Trägers, der üblicherweise der Befestigung und elektrischen Kontaktierung optoelektronischer Bauelemente dient, dahingehend zu erweitern, dass eine auf die Trägerplatte abgeschiedene Struktur eine oder mehrere Photodioden ausbildet. Da der Träger transparent ist und von dem Licht, das ein optoelektronisches Bauelement aussendet oder empfängt, durchstrahlt wird, kann eine Lichterfassung durch die Photodiode dabei in einfacher Weise ohne zusätzliche Strahlverzeiger oder dergleichen erfolgen. Die gewünschte Lichtabsorbtion kann durch eine geeignete Einstellung der Schichtdicke der Halbleiterstruktur eingestellt werden.

Die Halbleiterstruktur weist mindestens zwei Halbleiterschichten auf, die mindestens eine Photodiode ausbilden. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Halbleiterstruktur auf:

– eine Schicht guter Leitfähigkeit, die zumindest teilweise auf einer Seite der Trägerplatte ausgebildet ist,
– eine erste Halbleiterschicht und
– eine zweite Halbleiterschicht.

Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht bilden dabei den PN-Übergang der Photodiode. Die Schicht guter Leitfähigkeit stellt den Rückseitenkontakt für die der Trägerplatte benachbarte Halbleiterschicht bereit.

Die Schicht guter Leitfähigkeit ist bevorzugt durch ein hochdotiertes Halbleitermaterial, insbesondere hochdotiertes Silizium gebildet. Sie kann dann zusammen mit den beiden weiteren Halbleiterschichten eine jeweils hochdotierte p und eine n Halbleiterschicht und eine dazwischen angeordnete schwach dotierte oder intrinsische Halbleiterschicht ausbilden, wie sie bei pin-Photodioden vorliegt. Bei der Schicht guter Leitfähigkeit kann es sich jedoch beispielsweise auch lediglich um einen Metallisierungskontakt handeln, an den sich dann eine pn-Diode anschließt.

Bevorzugt ist auf einzelnen Schichten der Halbleiterstruktur jeweils mindestens ein Metallisierungskontakt vorgesehen, über den die elektrische Kontaktierung der jeweiligen Schicht und der Photodiode insgesamt erfolgt. Sofern die Halbleiterstruktur mehrere Photodioden ausbildet, weist jede Photodiode bzw. die zugehörigen Schichten eigene Kontakte auf, so dass das Signal jeder Photodiode unabhängig erfasst werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Photodiode Teil eines optischen Empfängers. Da ein solcher einfallendes Licht vollständig absorbieren soll, ist die Dicke der Halbleiterschicht derart gewählt, dass einfallendes Licht im wesentlichen vollständig absorbiert wird. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Photodiode eine Monitordiode eines optischen Senders, wobei die Halbleiterstruktur auf die Trägerplatte fallendes Licht lediglich teilweise absorbiert.

Die Trägerplatte besteht bevorzugt aus Glas, Quarz, Kunststoff, Saphir, Diamant oder einem Halbleitermaterial, dass für die Strahlung des zugeordneten optoelektronischen Bauelements transparent ist.

Es kann vorgesehen sein, dass an mindestens einer Seite der Trägerplatte und/oder der Halbleiterstruktur, inbesondere somit an den Außenflächen des Trägers und zwischen der Halbleiterstruktur und der Trägerplatte eine Antireflexionsschicht aufgebracht ist. Hierdurch werden Verluste durch Reflektion und Rückstreung minimiert.

Auf der Trägerplatte und/oder der Halbleiterstruktur sind bevorzugt Leiterbahnen und zugehörige Kontaktpads ausgebildet, die der Montage und elektrischen Kontaktierung elektrischer und/oder optoelektronischer Bauelemente auf dem Träger dienen. Sofern die Leiterbahnen auf der Halbleiterstruktur ausgebildet sind, ist dabei bevorzugt zusätzlich eine isolierende Schicht, beispielsweise eine Oxidschicht auf die Halbleiterstruktur aufgebracht.

Die Halbleiterstruktur kann durch an sich beliebige chemische und/oder physikalische Depositionsverfahren auf der Trägerplatte abgeschieden sein, insbesondere durch Epitaxie, CVD (Chemical Vapour Deposition)-Abscheidung, Aufdampfen oder Sputtern. Wesentlich ist allein, dass die Halbleiterstruktur ein integraler Bestandteil des Trägers ist und nicht lediglich auf die Trägerplatte aufgesetzt wird.

In einer bevorzugten Ausgestaltung bildet der Träger in einem ein- oder zweidimensionalen Array eine Vielzahl von Photodioden aus, denen bevozugt jeweils ein Sendeelement zugeordnet ist. Die Vielzahl der Photodioden wird bevorzugt dadurch bereitgestellt, dass nach Aufbringen der Halbleiterstruktur auf die Trägerplatte durch Sägen, Ätzen oder dergleichen einzelne Bereiche der Halbleiterstruktur isoliert und gesondert kontaktiert werden. Ebenso ist es denkbar, mehrere Halbleiterstrukturen gesondert nebeneinander auf der Trägerplatte abzuscheiden.

Die Erfindung betrifft auch eine optische Sendevorrichtung mit mindestens einem Licht emittierenden optoelekronischen Bauelement und mindestens einer Monitordiode. Dabei ist ein erfindungsgemäßer Träger gemäß Anspruch 1 vorgesehen, wobei die Monitordiode in die Halbleiterstruktur des Trägers integriert und das Licht emittierende Bauelement mit seiner Strahlaustrittsfläche dem Träger zugewandt ist, so dass vom Bauelement emittiertes Licht die Photodiode und die transparente Trägerplatte durchläuft. Dabei kann das emittierte Licht je nach Ausrichtung des Trägers zuerst die Halbleiterschicht oder auch zuerst den Träger durchlaufen. Ein Monitoring des den Träger durchstrahlenden Lichts erfolgt gewissermaßen automatisch und ohne zusätzliche Lichtablenkungsmittel, Strahlteiler etc.

Bevorzugt ist des weiteren vorgesehen, dass die Trägerplatte auf der der Halbleiterstruktur abgewandten Seite ein strahlformendes Element, insbesondere eine Linse ausbildet oder aufweist, so dass das aus der Trägerplatte austretende Licht eine Strahlformung erfährt und beispielsweise auf die Stirnfläche eines Lichtwellenleiters fokussiert wird.

Das Bauelement ist bevorzugt auf dem Träger befestigt und mit Leiterbahnen des Trägers elektrisch verbunden ist, beispielsweise über Flip-Chip-Montage oder konventionelle Bondtechniken. Grundsätzlich kann das Bauelement jedoch auch an einer anderen Struktur befestigt sein. Auch kann vorgesehen sein, dass weitere elektrische oder optoelektronische Komponenten auf dem Träger befestigt und mit Leiterbahnen des Trägers elektrisch verbunden sind.

In einer bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere Licht emittierende Halbleiterelemente zu einem Sendearray zusammengefasst und ist dem Sendearray ein in der Halbleiterstruktur ausgebildetes Array von Monitordioden zugeordnet, wobei jeweils eine Monitordiode von dem Licht eines Halbleiterelements durchstrahlt wird. Auf diese Weise wird eine individuelle Überwachung der einzelnen Laser des Arrays ermöglicht.

Die Erfindung betrifft schließlich auch eine optische Emfangsvorrichtung mit mindestens einem optischen Empfänger bestehend aus einer Photodiode und einem elektrischen Vorverstärker. Dabei ist ein erfindungsgemäßer Träger gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Die Photodiode ist in die Halbleiterstruktur des Trägers integriert und der elektrische Vorverstärker ist an dem Träger befestigt. Die Halbleiterstruktur absorbiert einfallendes Licht dabei im wesentlichen vollständig. Bevorzugt sind wiederum eine Vielzahl von Photodioden in einem ein- oder zweidimensionalen Array angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus einer Sendevorrichtung mit einem Träger, der eine Halbleiterstruktur ausbildet;
2 eine vergrößerte Darstellung der Halbleiterstruktur der 1 im Schnitt;
3 eine Sendevorrichtung mit einem Träger, der eine Halbleiterstruktur ausbildet, wobei eine Laserdiode und eine integrierte Schaltung auf der Halbleiterstruktur befestigt sind;
4 eine Sendevorrichtung gemäß 3, bei der als strahlformendes Element eine Fresnel-Linse verwendet wird und
5 eine Sendevorrichtung, bei der ein Array von Laserdioden einem Array von Monitordioden zugeordnet ist.
Die 1 zeigt schematisch eine optische Sendevorrichtung mit einem lichtemittierenden optischen Strahlungselement 1 und einem Träger 2. Der Träger 2 besteht aus einer transparenten Trägerplatte 21 und einer Halbleiterstruktur 22. Des weiteren ist eine Linse 3 vorgesehen, die auf der dem optischen Strahlungselement 1 abgewandten Seite der transparenten Trägerplatte 21 angeordnet oder einstöckig mit dieser gebildet ist. Der Strahlengang 4 des von dem optischen Strahlungselement 1 ausgesandten Lichts ist schematisch dargestellt.
Bei dem optischen Strahlungselement 1 handelt es sich bevorzugt um ein lichtemittierendes Halbleiterbauelement, insbesondere eine oberflächenimitierende Laserdiode (VCSEL), die eine kohärente Lichtquelle bereitstellt. Der Laserdiode 1 ist ein nicht dargestellter Treiberbaustein zugeordnet, der das Licht der Laserdiode 1 entsprechend einem zu übertragenden Datensignal moduliert. Das optische Strahlungselement 1 kann, wie in den 3 bis 5 dargestellt, unmittelbar auf dem Träger 2 befestigt und elektrisch mit auf dem Träger ausgebildeten Leiterbahnen verbunden sein. Grundsätzlich ist es jedoch ebenfalls möglich, dass das optische Strahlungselement 1 an einer anderen Struktur befestigt ist, beispielsweise einem Gehäuse, das auch den transparenten Träger 2 umfasst.
Die Trägerplatte 21 des Trägers 2 ist für das von dem optischen Strahlungselement 1 ausgesandte Licht transparent. Die Trägerplatte 21 besteht hierzu beispielsweise aus Glas, Quarz, Kunststoff, Saphir, Diamant oder aus einem Halbleitermaterial, das für die von dem optischen Strahlungselement 1 ausgesandte Strahlung durchlässig ist. Für Wellenlängen größer 900μm kann beispielsweise GaAs und für Wellenlängen größer 1100 μm Silizium verwendet werden.
Die Trägerplatte 21 ist quaderförmig ausgebildet und weist eine dem optischen Strahlungselement 1 zugewandte Oberseite 21a und eine dem optischen Strahlungselement 1 abgewandte Unterseite 21b auf. Auf der Unterseite 21b der Trägerplatte 21 ist die Sammellinse 3 ausgebildet. Diese kann aus dem gleichen Material wie die Trägerplatte 21 bestehen und monolithisch mit der Trägerplatte 21 ausgebildet sein. Ebenso ist es jedoch möglich, die Linse 3 als gesondertes Teil vorzusehen, das auf der Unterseite 21b der Trägerplatte 21 befestigt, beispielsweise aufgeklebt wird. Auch kann die Linse 3 eine andere Brechzahl als die Trägerplatte 21 aufweisen.
An der Oberseite 21a der Trägerplatte schließt sich die Halbleiterstruktur 22 auf. Diese bildet mehrere Schichten aus, die auf die transparente Trägerplatte 21 abgeschieden sind. Zum Abscheiden bzw. Aufbringen der einzelnen Schichten der Halbleiterstruktur 22 sind an sich bekannte chemische und/oder physikalische Depositionsverfahren einsetzbar. Beispielsweise sind die einzelnen Schichten der Halbleiterstruktur durch Epitaxie auf die Trägerplatte 21 aufgebracht. Es sind jedoch auch andere Verfahren wie CVD-Abscheidung, Aufdampfen oder Sputtern möglich.
Die auf die Trägerplatte 21 abgeschiedene Halbleiterstruktur 22 bildet mindestens eine Photodiode aus.
Die Halbleiterstruktur 22 ist teilweise transparent für das von dem optischen Strahlungselement 1 ausgesandte Licht. Die in der Halbleiterstruktur 22 ausgebildete Photodiode stellt bevorzugt eine Monitordiode dar, die das von dem optischen Strahlungselement 1 ausgesandte Licht teilweise detektiert und einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) zur Regelung der Wellenlänge und/oder der Intensität des vom optischen Strahlungselement 1 ausgesandten Lichts zuführt. Durch Integration der Monitordiode in den vom Licht des optischen Strahlungselements 1 durchstrahlten Träger 2 kann ein Monitoring des ausgesandten Lichtes erfolgen, ohne dass der Strahlengang wesentlich beeinflusst würde. Die vorhandene Dämpfung kann unter Umständen sogar günstig für die optischen Eigenschaften des Moduls genutzt werden. Ein Beispiel hierfür ergibt sich aus dem Umstand, dass Laser für höhere Geschwindigkeiten günstigerweise mit hohen Strömen betrieben werden. Es ist dann erforlich, die entsprechend höhere Lichtleistung herabzusetzen, da wegen der Lasersicherheit die Leistung nach oben begrenzt sein muss. Statt durch eine gesonderte Dämpfungsscheibe kann die erforderliche Dämpfung durch die Halbleiterstruktur bereitgestellt werden.
Das Maß der Dämpfung bzw. Absorption wird durch die Dicke der Halbleiterstruktur 22 eingestellt. Beispielsweise beträgt die Eindringtiefe bei Silizium ca. 10 μm. Bei Ausbildung der Halbleiterstruktur aus Silizium besitzt die Halbleiterstruktur dementsprechend eine Dicke kleiner als 10 μm, wobei bevorzugt ein lediglich geringer Bruchteil kleiner als 20 % des von dem optischen Strahlungselement 1 ausgesandten Lichtes absorbiert wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Halbleiterstruktur 22 nicht vollständig die Oberseite 21a der transparenten Trägerplatte 21 abdecken muss. Sofern dies wie in der 1 der Fall ist, ist der Träger insgesamt quaderförmig.
In der 2 ist die Halbleiterstruktur 22 des Trägers 2 beispielhaft dargestellt. Es wird dabei darauf hingewiesen, dass die Halbleiterstruktur 22 auch in anderer Weise als in 2 dargestellt ausgebildet sein kann. Wesentlich ist allein, dass die einzelnen Schichten der Halbleiterstruktur eine Photodiode bilden.
Gemäß 2 besteht die Halbleiterstruktur 22 aus einer Schicht guter Leitfähigkeit 221, einer ersten Halbleiterschicht 222 und einer zweiten Halbleiterschicht 223. Die Schicht 221 guter Leitfähigkeit ist unmittelbar auf die transparente Trägerplatte 21 aufgebracht, wobei zwischen der leitfähigen Schicht 221 und der Trägerplatte 21 zusätzlich eine Antireflexionsschicht (nicht dargestellt) aufgebracht sein kann, um Verluste durch Reflexion bzw. Rückstreuung zu minimieren.
Die Schicht 221 guter Leitfähigkeit ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine hoch dotierte Silizium-Schicht oder andere Halbleiterschicht, beispielsweise eine n+ dotierte Schicht. Sie weist einen Metallisierungskontakt 51 auf, über den die Schicht 221 mit einer elektrischen Spannung bzw. Masse beaufschlagt wird. Der Kontakt 51 stellt den einen der beiden Kontakte der durch die Halbleiterstruktur 22 gebildeten Photodiode dar. Aufgrund der guten Leitfähigkeit bildet die Schicht 221 den Rückseitenkontakt für die angrenzende Halbleiterschicht 222.
Die beiden auf die leitfähige Schicht 221 aufgebrachten Halbleiterschichten 222, 223 stellen einen PN-Übergang dar. Sie sind beispielsweise durch Epitaxie oder andere Verfahren auf die Trägerplatte 21 bzw. die Schicht guter Leitfähigkeit 221 aufgebracht. Die mittlere Halbleiterschicht 222 ist beispielsweise schwach n-dotiert oder bildet eine intrinsische Schicht aus. Die äußere Halbleiterschicht 223 ist beispielsweise p dotiert. Diese Ausgestaltung entspricht der einer an sich bekannten pin-Fotodiode.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Schicht 221 guter Leitfähigkeit gegenüber den beiden anderen Schichten 222, 223 etwas vorsteht, um Platz für den Kontakt 51 bereitzustellen. Auf der Außenseite der äußeren Halbleiterschicht 223 sind weitere Metallisierungskontakte 52, 53, 54, 55 ausgebildet. Diese Kontakte stellen zum einen den zweiten Kontakt der Photodiode zur Verfügung. Zum anderen handelt es sich um Leiterbahnen für die Montage eines Opto-Halbleiters oder eines integrierten Schaltkreises, die auf der Halbleiterstruktur 22 befestigt werden. Falls die Kontakte 52 bis 55 voneinander isoliert sein sollen, kann eine in der Halbleitertechnologie übliche Oxidschicht auf die untere Halbleiterschicht 223 aufgebracht werden.
Die Anbringung einer Oxidschicht auf der äußeren Halbleiterschicht ist auch in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen vorgesehen, jedenfalls sofern auf der äußeren Halbleiterschicht voneinander isolierte Leiterbahnen verlaufen.
Eine weitere Metallisierung 56 in 2 ist unmittelbar auf der transparenten Trägerplatte 21 ausgebildet und steht schematisch für weitere Leiterbahnen auf der Trägerplatte zur elektrischen Kontaktierung weiterer Bauelemente, die auf der Trägerplatte befestigt sind.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem auf der Halbleiterstruktur 22 ein optisches Strahlungselement 1 und eine integrierte Schaltung 6 befestigt sind. Bei der integrierten Schaltung 6 handelt es sich beispielsweise um die Treiberschaltung für das optische Strahlungselement 1. Auf der Halbleiterstruktur 22 sind Metallisierungen 56a, 56b, 57a, 57b zur Kontaktierung des optischen Strahlungselementes 1 und der integrierten Schaltung 6 vorgesehen. Das optische Strahlungselement ist dabei über Flip-Chip-Montage mit den Metallisierungen 57a, 57b verbunden, so dass beide Kontakte zum Träger 2 hinzeigen. Die integrierte Schaltung 6 ist dagegen konventionell montiert dargestellt (Bonddrähte 7 auf der von der Montagefläche abgewandten Seite), jedoch kann auch eine Montage wie beim Optohalbleiter 1 erfolgen. Die genannten Kontaktierungstechniken sind lediglich beispielhaft zu verstehen. Ebenso können beide Bauelemente 1, 6 in herkömmlicher Weise mit Bondtechnik oder Flip-Chip-Montage oder auf andere Art mit den zugehörigen Kontakten 56a, 56b, 57a, 57b auf dem Träger 2 verbunden sein.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Linse anders als in den 3 und 4 nicht als Linse mit sphärischer Oberfläche, sondern als defraktives optisches Element 3a, beispielsweise als Fresnel-Linse ausgebildet ist. Der Aufbau entspricht ansonsten dem Aufbau der 3, wobei die integrierte Schaltung 6 in der 4 allerdings nicht dargestellt ist.
Die Integration einer Halbleiterstruktur in die Trägerplatte eines Träger für opto-elektronische Bauelemente ist auch zur Ausbildung einer Empfangsvorrichtung geeignet. Für diesen Fall stellt die durch die Halbleiterstruktur 22 ausgebildete Photodiode die Photodiode eines optischen Empfängers dar. Die Dicke der Halbleiterstruktur ist dabei derart ausgebildet, dass sie das auf die Trägerplatte 21 fallende Licht im wesentlichen vollständig absorbiert. Dies wird durch eine entsprechende Wahl der Dicke der Halbleiterstruktur erreicht.
In 4 kann die dargestellte Struktur ebenso einen optischen Empfänger darstellen. Beispielsweise von der Stirnfläche einer optischen Faser (nicht dargestellt) ausgesandtes Licht wird dabei durch die Fresnel-Linse 3a auf die durch die Halbleiterstruktur 22 gebildete Photodiode fokussiert. Der dabei entstehende Fotostrom wird durch einen elektrischen Vorverstärker 8, der an dem Träger 2 befestigt ist und mit den Metallisierungen 57a, 57b auf der Oberfläche der Halbleiterstruktur elektrisch verbunden ist, verstärkt und nachgeordneten Bausteinen zugeführt (nicht dargestellt).
Die 5 schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Halbleiterstruktur 22 eine Vielzahl von in einem Array angeordneten einzeln strukturierten Monitordioden 9 ausbildet, die in 5 schematisch dargestellt sind. Den Monitordioden 9 ist ein Array von lichtemittierenden Halbleiterelementen, insbesondere VCSEL-Lasern zugeordnet, die in einem Sendebaustein 11 ausgebildet sind. Dabei wird jeweils eine Monitordiode 9 von dem Licht einer Sendediode (nicht gesondert dargestellt) durchstrahlt, wie anhand zweier beispielhafter Strahlengänge 4a, 4b dargestellt ist. Jeder Laser des Laserarrays 11 kann daher individuell überwacht werden.
Schematisch dargestellte Metallisierungskontakte 57a, 57b dienen der Kontaktierung des Laserarrays 11 mit auf der Oberfläche der Halbleiterstruktur 22 ausgebildeten Leiterbahnen.
Zur Herstellung einer Vielzahl von Photodioden 9 in einem Array wird beispielsweise zunächst eine durchgehende Halbleiterstruktur auf der Trägerplatte 21 abgeschieden. Die Halbleiterstruktur wird dann durch Sägen, Ätzen oder dergleichen in einzelne Bereiche isoliert, die mit gesonderten Metallisierungen versehen und gesondert kontaktiert werden. Alternativ können mehrere Halbleiterstrukturen gesondert nebeneinander auf der Trägerplatte abgeschieden und strukturiert werden.
Die Dicke des Trägers 2 beträgt beispielsweise 200 μm bis 300 μm. Der laterale Abstand der einzelnen Laser liegt etwa in der gleichen Größenordnung.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Halbleiterstruktur auch lediglich auf Teilbereichen der Trägerplatte ausgebildet sein kann. Naturgemäß kann dabei auch vorgesehen sein, dass mehrere solcher Teilbereiche auf der Trägerplatate vorgesehen sind, wobei jeder Teilbereich eine oder auch mehrere Photodioden ausbilden kann.

Claims

Träger für optoelektronische Bauelemente mit einer Trägerplatte, die für ausgesandtes oder empfangenes Licht eines dem Träger zugeordneten optoelekronischen Bauelements transparent ist, gekennzeichnet durch mindestens eine auf die Trägerplatte (21) abgeschiedene Halbleiterstruktur (22), die mindestens eine Photodiode ausbildet, wobei die Halbleiterstruktur (22) einfallendes Licht zumindest teilweise absorbiert.
Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterstruktur aufweist: – eine Schicht (221) guter Leitfähigkeit, die zumindest teilweise auf einer Seite (21a) der Trägerplatte (21) ausgebildet ist, – eine erste Halbleiterschicht (222) und – eine zweite Halbleiterschicht (223).
Träger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbleiterschicht (222) und die zweite Halbleiterschicht (223) einen PN-Übergang bilden, wobei die Schicht (221) guter Leitfähigkeit den Rückseitenkontakt für die der Trägerplatte (21) benachbarte Halbleiterschicht (222) bildet.
Träger nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (221) guter Leitfähigkeit und die beiden Halbleiterschichten (222, 223) eine p und eine n dotierte Halbleiterschicht und eine dazwischen angeordnete schwach dotierte oder intrinsische Schicht ausbilden.
Träger nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (221) guter Leitfähigkeit durch ein hochdotiertes Halbleitermaterial, insbesondere hochdotiertes Silizium gebildet ist.
Träger nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschichten (221, 222, 223) aus Silizium gebildet sind.
Träger nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einzelnen Schichten (221, 223) der Halbleiterstruktur jeweils mindestens ein Metallisierungskontakt (51; 52–55) vorgesehen ist, über den die elektrische Kontaktierung der jeweiligen Schicht (221, 223) erfolgt.
Träger nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung des auf die Trägerplatte (21) fallenden Lichtes durch die Dicke der Halbleiterstruktur (22) eingestellt ist.
Träger nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodiode Teil eines optischen Empfängers ist, wobei die Halbleiterstruktur (22) auf die Trägerplatte fallendes Licht im wesentlichen vollständig absorbiert.
Träger nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodiode eine Monitordiode eines optischen Senders ist, wobei die Halbleiterstruktur (22) auf die Trägerplatte (21) fallendes Licht lediglich teilweise absorbiert.
Träger nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (21) ein strahlformendes Element (3), insbesondere eine Linse ausbildet oder mit einem solchen verbunden ist.
Träger nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (21) aus Glas, Quarz, Kunststoff, Saphir, Diamant oder einem Halbleitermaterial besteht, dass für die Strahlung des zugeordneten optoelektronischen Bauelements (1) transparent ist.
Träger nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Seite der Trägerplatte (21) und/oder der Halbleiterstruktur (22) eine Antireflexionsschicht aufgebracht ist.
Träger nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (21) und die Halbleiterstruktur (22) einen quaderförmigen Trägerblock bilden.
Träger nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Trägerplatte (21) und/oder auf der Halbleiterstruktur (22) Leiterbahnen und zugehörige Kontaktpads (56a, 56b; 57a, 67b; 58a, 58b) ausgebildet sind, die der Montage elektrischer und/oder optoelektronischer Bauelemente (1, 6, 8, 12) auf dem Träger (2) dienen.
Träger nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterstruktur (22) durch chemische und/oder physikalische Depositionsverfahren auf die Trägerplatte (21) aufgebracht ist, insbesondere durch Epitaxie, CVD (Chemical Vapour Deposition)-Abscheidung, Aufdampfen oder Sputtern.
Träger nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) in einem ein- oder zweidimensionalen Array eine Vielzahl von Photodioden (9) ausbildet.
Optische Sendevorrichtung mit mindestens einem Licht emittierenden optoelekronischen Bauelement (1) und mindestens einer Monitordiode, gekennzeichnet durch einen Träger (2) gemäß Anspruch 1, wobei – die Monitordiode in die Halbleiterstruktur (22) des Trägers integriert und – das Licht emittierende Bauelement (1, 11) mit seiner Strahlaustrittsfläche dem Träger (2) zugewandt ist, so dass – vom Bauelement (1, 11) emittiertes Licht die Photodiode und die transparente Trägerplatte (21) durchläuft.
Sendevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (21) auf der der Halbleiterstruktur (22) abgewandten Seite (21b) ein strahlformendes Element (3), insbesondere eine Linse ausbildet oder mit einem solchen verbunden ist.
Sendevorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (1, 11) auf dem Träger (2) befestigt und mit Leiterbahnen des Trägers (52, 53, 54, 55; 57a, 57b) elektrisch verbunden ist, insbesondere über Flip-Chip-Montage oder konventionelle Bondtechniken.
Sendevorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass weitere elektrische oder optoelektronische Komponenten (12) auf dem Träger (2) befestigt und mit Leiterbahnen (58a, 58b) des Trägers (2) elektrisch verbunden sind.
Sendevorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche Anspruch 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Licht emittierende Halbleiterelemente in einem Sendearray-Bauelement (11) zusammengefasst sind und dem Sendearray-Bauelement (11) ein Array von Monitordioden (9) des Trägers (2) zugeordnet ist, wobei jeweils eine Monitordiode (9) von dem Licht eines Halbleiterelements (10) durchstrahlt wird.
Optische Emfangsvorrichtung mit mindestens einem optischen Empfänger bestehend aus einer Photodiode und einem elektrischen Vorverstärker (8), gekennzeichnet durch einen Träger (2) gemäß Anspruch 1, wobei – die Photodiode in die Halbleiterstruktur (22) des Trägers (2) integriert, – der elektrische Vorverstärker (8) an dem Träger (2) befestigt ist und – die Halbleiterstruktur (22) einfallendes Licht im wesentlichen vollständig absorbiert.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverstärker (8) insbesondere über Flip-Chip-Montage oder konventionelle Bondtechniken mit Leiterbahnen (57a, 57b) des Trägers (2) elektrisch verbunden ist.
Empfangsvorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass in der Halbleiterstruktur (22) eine Vielzahl von Photodioden (9) in einem ein- oder zweidimensionalen Array ausbildet sind.