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Die Erfindung bezieht sich auf ein
optisches Bauelement mit einer Pulserzeugungseinrichtung mit den Merkmalen
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Ein derartiges optoelektronisches
Bauelement ist in der Druckschrift „Mode-Locking at Very High
Repetition Rates More than Terahertz in Passively Mode-Locked Distributed-Bragg-Reflector Laser Diodes" (Shin Arahira, Yasuhiro
Matsui, Yoh, Ogawa, IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 32,
No. 7, JULY 1996) beschrieben. Das vorbekannte optoelektronische
Bauelement weist eine Absorbereinrichtung auf, die 75 μum lang ist
und an einem Rand des optoelektronischen Bauelements angeordnet
ist. Dieser Rand des optoelektronischen Bauelements ist mit einer
Schicht aus Aluminiumdioxyd und Gold verspiegelt. Neben der Absorbereinrichtung,
und zwar angrenzend, liegt eine Verstärkereinrichtung mit einer Länge von
750 μm.
Zwischen einer dem verspiegelten Rand des optoelektronischen Bauelements
gegenüber
liegenden Lichtaustrittsfläche
des Bauelements und der Verstärkereinrichtung
liegen noch weitere elektrooptische Komponenten, und zwar eine Phasenkontrolleinrichtung
mit einer Länge
von 150μm
und eine DBR-Einrichtung mit einer Länge von 90 μm. Vom inneren Aufbau her handelt
es sich bei dem vorbekannten optoelektronischen Bauelement um ein
n-dotiertes Indiumphosphitsubstrat,
auf dem eine MQW (Multiple Quantum Well)-Schicht als aktive Schicht
abgeschieden ist. Diese aktive MQW-Schicht ist der Verstärkereinrichtung
und der Absorbereinrichtung zugeordnet. Auf der aktiven MQW-Schicht ist eine
p-dotierte Indiumphosphit (p-InP)-Schicht aufgebracht, an die sich
eine Kontaktschicht und eine Kontaktmetallisierung anschließen. Bei
dem vorbekannten optischen Bauelement bilden der verspiegelte Rand
und das DBR-Gitter jeweils eine „Resonatorwand" eines optischen Resonators;
innerhalb dieses Resonators sind die Absorbereinrichtung und die
Verstärkereinrichtung
angeordnet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein optoelektronisches Bauelement zum Erzeugen kurzer Lichtpulse
mit hoher Wiederholrate anzugeben, bei dem die Lichtpulse einen
hohen Kontrast bzw. ein hohes Extinktionsverhältnis aufweisen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von
einem optoelektronischen Bauelement der eingangs angegebenen Art
erfindungsgemäß durch
die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
des erfindungsgemäßen optoelektronischen
Bauelements sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass auf dem Halbleitersubstrat eine weitere aktive Schicht aufgebracht
ist, die der Absorbereinrichtung zugeordnet ist. Die weitere aktive
Schicht kann dabei oberhalb oder unterhalb der einen aktiven Schicht
angeordnet sein.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optoelektronischen
Bauelements ist darin zu sehen, dass zusätzlich zu der einen aktiven
Schicht (bzw. zu dem einen aktiven Schichtpaket) eine weitere aktive Schicht
(bzw. ein weiteres aktives Schichtpaket) vorhanden ist. Somit ist
es nämlich
möglich,
die eine aktive Schicht speziell im Hinblick auf ihre Verstärkereigenschaften
für die
Verstärkereinrichtung
und die weitere aktive Schicht speziell für die Absorbereinrichtung zu
optimieren. Durch das separate Optimieren der Absorbereinrichtung
und der Verstärkereinrichtung
lässt sich
ein besonders hoher Kontrast bzw. ein hohes Extinktionsverhältnis der
Lichtpulse erhalten.
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Dies soll nun kurz erläutert werden:
Ein Pulsbetrieb des optoelektronischen Bauelements setzt einerseits
voraus, dass die Abhängigkeit
Av der Verstärkung
V von der Trägerdichte
N sehr klein ist gegenüber
der Abhängigkeit
Aa der Absorption A von der Trägerdichte
N; es muss also gelten: Av = δV/δN << Aa
= δA/δN
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Andererseits ist es im Hinblick auf
einen hohen Kontrast bzw. ein hohes Extinktionsverhältnis der
Lichtpulse darüber
hinaus erforderlich, dass eine starke Sättigung der optischen Verstärkung in
der Verstärkereinrichtung
vorhanden ist. Beide Kriterien lassen sich bei dem optoelektronischen
Bauelement gemäß der Erfindung
sehr gut erfüllen,
weil sich nämlich
beispielsweise die Bandabstände
der beiden aktiven Schichten jeweils getrennt einstellen lassen.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil
des erfindungsgemäßen optischen
Bauelements ist darin zu sehen, dass aufgrund der zwei aktiven Schichten
mehr Freiheit in Bezug auf die geometrische Dimensionierung und Einstellung
der Arbeitsparameter, wie z. B. des Stromes in der Verstärkereinrichtung
und der Spannung in der Absorbereinrichtung, erreicht wird.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung wird eine Resonatorwand des optischen Resonators durch
einen verspiegelten Rand des Bauelements gebildet. Die Absorbereinrichtung
grenzt vorteilhaft an den verspiegelten Rand des Bauelements unmittelbar
an.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine
der beiden aktiven Schichten eine QD (Quantum Dot)- oder eine MQD(Multiple
Quantum Dot)-Schicht ist. Insbesondere das genannte erste Kriterium,
nach dem die Abhängigkeit
Av der Verstärkung
V von der Trägerdichte
N sehr viel größer sein soll
als die der Absorption, lässt
sich dann besonders gut und damit vorteilhaft erfüllen.
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Durch das Vorsehen einer QD-Schicht
oder einer MQD-Schicht in der der Verstärkereinrichtung zugeordneten
aktiven Schicht kann vorteilhaft erreicht werden, dass auch bei
relativ hohen Pulsleistungen sehr hohe Pulswiederholfrequenzen erzielt
werden, da nämlich
die „Erholung" der Verstärkung bei
QD-Schichten deutlich
schneller als bei QW (Quantum Well)-Schichten erfolgt. Unter einer „Erholung" der Verstärkung ist
dabei zu verstehen, dass sich die zur Lichtpulserzeugung erforderlichen
Ladungsträgerdichten
relativ schnell wieder bilden bzw. erzeugen lassen, nachdem die
Ladungsträgerdichte
bei einem zuvor erzeugten Lichtpuls in starkem Maße reduziert
wurde.
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Im Hinblick auf eine besonders einfache
und kostengünstige
Fertigung des optoelektronischen Bauelements wird es als vorteilhaft
angesehen, wenn die Lichtaustrittsfläche anstelle mit einer Entspieglungsschicht stattdessen
mit einer schwach reflektierenden Beschichtung versehen wird. Unter
einer schwach reflektierenden Schicht ist dabei eine Schicht zu
verstehen, deren Reflektionsgrad kleiner ist als der Reflektionsgrad
des verspiegelten Randes des Bauelements. Damit kann die schwach
reflektierenden Beschichtung auch eine Resonatorwand des Resonators
bilden. Im Übrigen
unterscheidet sich diese vorteilhafte Ausgestaltung des optoelektronischen
Bauelements auch ganz wesentlich von anderen optoelektronischen
Bauelementen, bei denen Laserdioden und Elektroabsorptionsmodulatoren
miteinander kombiniert sind; denn bei derartigen „Kombinationen" mit Laserdioden
und Elektroabsorptionsmodulatoren ist üblicherweise stets eine sehr
gut entspiegelte Auskoppelendfläche
bzw. Lichtaustrittsfläche
vorhanden.
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Um sicherzustellen, dass die von
der Absorbereinrichtung und der Verstärkereinrichtung generierten Lichtpulse
an der Lichtaustrittsfläche
des optoelektronischen Bauelements die erforderliche Ausgangsleistung erreichen,
wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Pulserzeugungseinrichtung
eine weitere Verstärkereinrichtung
aufweist, die neben der einen Verstärkereinrichtung, und zwar auf
der der Absorbereinrichtung abgewandten Seite, angeordnet ist.
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Zur Entkopplung der beiden Verstärkereinrichtungen
wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zwischen der einen Verstärkereinrichtung
und der weiteren Verstärkereinrichtung
eine Trenneinrichtung, insbesondere ein Bragg-Gitter, angeordnet
ist. Die Trenneinrichtung kann dabei vorteilhaft auch eine Resonatorwand
des Resonators bilden.
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Um dabei in longitudinaler Richtung – also in
Richtung des vom optoelektronischen Bauelement erzeugten Lichtstrahles – eine starke
elektrische und optische Entkopplung zwischen den beiden Verstärkereinrichtungen
zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Trenneinrichtung
sich bis in die beiden aktiven Schichten hinein erstreckt.
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In dem optoelektronischen Bauelement
kann vorteilhaft zumindest eine weitere Pulserzeugungseinrichtung
vorhanden sein, die sich zwischen der Lichtaustrittsfläche des
optoelektronischen Bauelements und der einen Pulserzeugungseinrichtung
befindet. Jede der weiteren Pulserzeugungseinrichtungen sollte dabei vorteilhaft
jeweils zumindest eine Hilfs-Verstärkereinrichtung und zumindest
eine Hilfs-Absorbereinrichtung umfassen.
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Zur Entkopplung der Pulserzeugungseinrichtungen
wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zwischen der einen Pulserzeugungseinrichtung
und der mindestens einen weiteren Hilfspulserzeugungseinrichtung
mindestens ein Trennelement vorhanden ist.
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Ein solches Trennelement kann vorteilhaft
durch eine Ausnehmung, einen durch Ionenimplantation gebildeten
Graben und/oder durch eine Gitterstruktur gebildet sein.
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Im Übrigen wird es als vorteilhaft
angesehen, wenn die elektrischen Anschlusspads zur elektrischen Ansteuerung
des optoelektronischen Bauelements, zumindest soweit es die Anschlusspads
der Absorbereinrichtung betrifft, getapert sind. Eine getaperte
Ausführung
der elektrischen Anschlusspads hat nämlich den Vorteil, dass diese
auch für
sehr hohe elektrische Frequenzen ein besonders gutes Übertragungsverhalten
gewährleisten.
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Im Hinblick auf die Absorbereinrichtung
wird es als vorteilhaft angesehen, wenn diese mit einer Sperrspannung
beaufschlagt ist, um ein möglichst
schnelles Abführen
der in der weiteren aktiven Schicht generierten Ladungsträgerpaare
zu gewährleisten.
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Um zu erreichen, dass die von dem
optoelektronischen Bauelement erzeugten Lichtpulse möglichst jitterarm
sind, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Absorbereinrichtung
mit einer modulierten Sperrspannung beaufschlagt ist. Bei einer
Modulation der Sperrspannung lässt
sich nämlich
erreichen, dass die Lichtpulse durch die modulierte Sperrspannung
getriggert werden, wodurch ein besonders jitterarmes Verhalten der
Lichtpulse erreicht wird.
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Bei der Absorbereinrichtung kann
es sich vorteilhaft um einen Elektroabsorptionsmodulator (EAM) handeln.
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Der Erfindung liegt darüber hinaus
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen optischer Lichtpulse
anzugeben, bei dem ein besonders hoher Kontrast bzw. ein besonders
hohes Extinktionsverhältnis der
Pulsfolgen erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren, bei dem ein erfindungsgemäßes optoelektronisches Bauelement
verwendet wird und an die Absorbereinrichtung eine modulierte Sperrspannung angelegt
wird.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist darin zu sehen, dass durch das Anlegen einer modulierten Sperrspannung
das Erzeugen der Lichtpulse getriggert wird, so dass die erzeugten Lichtpulse
sehr jitterarm sind.
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Ein besonders jitterarmes Verhalten
der Lichtpulse lässt
sich in vorteilhafter Weise dann erreichen, wenn die Modulationsfrequenz
der Sperrspannung derart eingestellt wird, dass die Pulsrate der
Lichtpulse ein ganzzahliges Vielfaches der Modulationsfrequenz beträgt. Wird
nämlich
die Modulationsfrequenz entsprechend gewählt, wird ein „Einrasten" der Lichtpuls-Erzeugung
relativ zum elektrischen Modulationssignal erreicht.
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Ein zuverlässiges „Einrasten" der optischen Lichtpulse wird dabei
vorteilhaft erreicht, wenn das ganzzahlige Vielfache kleiner als
einhundert, insbesondere kleiner als elf gewählt wird.
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Zur Erläuterung der Erfindung zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
für ein
erfindungsgemäßes optoelektronisches
Bauelement,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
für ein
erfindungsgemäßes optoelektronisches
Bauelement,
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3 das
Ausführungsbeispiel
gemäß 2 in der Draufsicht,
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4 ein
drittes Ausführungsbeispiel
für ein
erfindungsgemäßes optoelektronisches
Bauelement und
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5 ein
viertes Ausführungsbeispiel
für ein
erfindungsgemäßes optoelektronisches
Bauelement.
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In den Figuren werden identische
oder vergleichbare Komponenten regelmäßig mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet.
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In der 1 erkennt
man ein optoelektronisches Bauelement 10 mit einem Halbleitersubstrat 20.
Bei dem Halbleitersubstrat 20 kann es sich beispielsweise
um ein n-dotiertes
Material aus dem III-V-Materialsystem handeln. Als Material kommt
insbesondere Indiumphosphit oder Galliumarsenid in Frage.
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Auf dem Substrat 20 ist
eine aktive Schicht 30 und eine weitere aktive Schicht 40 – beispielsweise durch
ein Abscheidungsverfahren – aufgebracht.
Auf der weiteren aktiven Schicht 40 befindet sich eine
Zwischenschicht 45 und eine Deckschicht 50, die
mit einer hochdotierten Kontaktschicht 60 versehen ist.
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Wie sich in der 1 erkennen lässt, ist die Kontaktschicht 60 beispielsweise
durch einen Ätzschritt strukturiert.
Auf der strukturierten Kontaktschicht 60 befinden sich
ein erster Kontakt 70, ein zweiter Kontakt 80 sowie
ein dritter Kontakt 90.
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Das optoelektronische Bauelement 10 weist
drei Komponenten auf, nämlich
eine Absorbereinrichtung 100, eine Verstärkereinrichtung 110 sowie
eine weitere Verstärkereinrichtung 120.
Bei der Absorbereinrichtung 100 kann es sich vorteilhaft
um einen Elektroabsorptionsmodulator (EAM) handeln.
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Die Absorbereinrichtung 10 befindet
sich dabei unmittelbar an einem verspiegelten Rand 130 des
optoelektronischen Bauelements 10 und ist mit dem ersten
Kontakt 70 kontaktiert. Der Rand 130 ist mit einer
sehr stark reflektierenden Schicht versehen, bei der es sich beispielsweise
um eine Metallschicht handeln kann.
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Neben der Absorbereinrichtung 100,
und zwar auf deren dem Rand 130 abgewandten Seite, befindet sich
die Verstärkereinrichtung 110,
die durch den zweiten Kontakt 80 kontaktiert ist. An die
eine Verstärkereinrichtung 110 schließt sich – auf der
dem Rand 130 abgewandten Seite – eine Trenneinrichtung 140 an,
die beispielsweise durch eine Bragg-Struktur bzw. ein Bragg-Gitter gebildet
sein kann. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 ist die Trenneinrichtung 140 durch
vertikal verlaufende Schichten 150 gebildet, die jeweils eine
Dicke von 1μm
nicht überschreiten
und insgesamt ein Schichtpaket mit einer Breite zwischen 2 μm und 50 μm bilden.
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Der verspiegelte Rand 130 und
die Trenneinrichtung 140 bilden damit Resonatorwände eines
Resonators, in dem die Absorbereinrichtung 100 und die
Verstärkereinrichtung 110 angeordnet
sind.
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Auf der der Verstärkereinrichtung 110 abgewandten
Seite der Trenneinrichtung 140 befindet sich die weitere
Verstärkereinrichtung 120,
die durch den dritten Kontakt 90 ansteuerbar ist. Die weitere
Verstärkereinrichtung 120 ist
an ihrer der Trenneinrichtung 140 abgewandten Seite durch
eine Lichtaustrittsfläche 160 begrenzt.
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Die Lichtaustrittsfläche 160 ist
mit einer schwach reflektierenden Beschichtung 170 verspiegelt,
bei der es sich beispielsweise um eine Oxid-oder Nitrid-Schicht
handeln kann.
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Die Länge L1 der Absorbereinrichtung 100 beträgt vorteilhaft
2 bis 100 μm.
Die Verstärkereinrichtung 110 weist
eine Länge
L2 auf, die zwischen 50 und 500 μm
liegen kann. Die weitere Verstärkereinrichtung 120 hat
eine Länge
L3 zwischen 50 und 500 μm.
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Wie sich der 1 darüber
hinaus entnehmen lässt,
sind die Absorbereinrichtung 100 und die Verstärkereinrichtung 110 durch
eine Trennstelle 180 getrennt. Die Trennstelle 180 kann
durch eine Ausnehmung oder durch einen durch Ionenimplantation erzeugten
Graben gebildet sein. Die Breite der Trennstelle 180 sollte vorteilhaft
10 μm nicht überschreiten.
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Bezüglich der Schichtenfolge des
optoelektronischen Bauelements 10 wird es als vorteilhaft
angesehen, wenn die Dicke d der Deckschicht 50 einen Wert
von 3μm
nicht überschreitet.
Das gesamte Schichtpaket bestehend aus der Deckschicht 50 sowie
der einen aktiven Schicht 30 und der weiteren aktiven Schicht 40 sollte
insgesamt eine Dicke D von 5 μm
nicht überschreiten.
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Die eine aktive Schicht 30 ist
für die
Verstärkereinrichtung 110 optimiert
und weist eine Multiple-Quantum-Well-Schicht (MQW-Schicht) oder
eine Quantum-Dot- bzw. Multiple-Quantum-Dot-Schicht auf. Die Schichtdicke der
aktiven Schicht 30 liegt vorteilhaft in der Größenordnung
zwischen 200 und 400 nm. Die Schichtzusammensetzung von Quantum-Dot-Schichten
ist für
sich bekannt und beispielsweise in dem Artikel „Ultrafast Gain Recovery and
Modulation Limitations in Self-Assembled Quantum-Dot Devices" (T. W. Berg, S. Bischoff,
I. Magnusdottir, J. Mork, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL.
13, NO. 6, JUNE 2001, Seiten 541 ff.) beschrieben.
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Bei der weiteren aktiven Schicht 40 handelt
es sich um eine Schicht, die speziell für die Absorbereinrichtung 100 optimiert
ist. Diese weitere aktive Schicht 40 kann eine MQW-Schicht oder eine
QD-Schicht bzw. eine MQD-Schicht sein und eine Dicke von vorzugsweise
50 nm bis 100 nm aufweisen.
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Bezüglich der Schichtdicken der
beiden aktiven Schichten 30 und 40 sei der Vollständigkeit
halber angemerkt, dass das Verhältnis
der Schichtdicken der beiden Schichten zueinander für sich keine
wesentliche Rolle spielt; wichtig ist, dass die eine Schicht 30 speziell
für die
Verstärkereinrichtung 110 und
die weitere aktive Schicht 40 speziell für die Absorbereinrichtung 100 optimiert
ist.
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Die Optimierung der beiden aktiven
Schichten 30 und 40 erfolgt in erster Linie im
Hinblick auf den Bandabstand. So weist die eine aktive Schicht 30 einen
Bandabstand auf, der speziell für
die Verstärkereinrichtung 110 und
damit für
einen Verstärkerbetrieb
geeignet ist. Die weitere aktive Schicht 40 ist so optimiert, dass
die Absorbereinrichtung 100 gut arbeitet. Durch entsprechende
Wahl der Bandabstände
kann erreicht werden, dass die Abhängigkeit Av der Verstärkung V
der Verstärkereinrichtung 110 von
der Trägerdichte
N sehr klein ist gegenüber
der Abhängigkeit
Aa der Absorption A der Absorbereinrichtung 100 von der
Trägerdichte
N. Es gilt dann: Av = δV/δN << Aa
= δA/δN
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Außerdem lässt sich eine starke Sättigung
der optischen Verstärkung
in der Verstärkereinrichtung 110 erreichen.
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Die eine aktive Schicht 30 und
die weitere aktive Schicht 40 sollten vorzugsweise solche
Bandabstände
aufweisen, dass die nachfolgenden zwei Bedingungen erfüllt werden:
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1. Bedingung:
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Et (weitere aktive Schicht 40 = „Absorberschicht") ≈ h υ
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2. Bedingung:
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sEt (aktive Schicht 30 = „Verstärkerschicht") – Et (weitere
aktive Schicht 40 = „Absorberschicht") ≤ 30 meV
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Dabei bezeichnen h das Plancksche
Wikungsquantum, υ die
optische Frequenz der Lichtpulse, Et (aktive Schicht 30 = „Verstärkerschicht") den Bandabstand
für den
strahlenden Übergang
bei der aktiven Schicht 30 und Et(weitere aktive Schicht 40 = „Absorberschicht") den Bandabstand
für den
strahlenden Übergang
bei der weiteren aktiven Schicht 40.
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Besonders empfehlenswert ist es,
wenn die Differenz der Bandabstände
kleiner ist als 10 bis 15 meV, wenn also gilt:
Et (aktive Schicht 30 = „Verstärkerschicht") – Et (weitere
aktive Schicht 40 = „Absorberschicht") ≤ 15 meV
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Das Bauelement 10 weist
zusammengefasst eine Lichtpulserzeugungseinrichtung 190 auf,
also eine Einrichtung, die Lichtpulse erzeugen kann bzw. soll. Der
Wert der Verstärkung
der Verstärkereinrichtung 110 ist
hierfür
geeignet zu wählen.
Dabei ist es bei dem optoelektronischen Bauelement 10 gemäß der 1 auch möglich, dass die Verstärkung V
der Verstärkereinrichtung 110 lediglich
einen Wert von V = 1 erreicht und die Verstärkereinrichtung 110 somit
lediglich als „optischer
Phasenschieber" arbeitet.
Bei einem solchen Betrieb der Verstärkereinrichtung 110 wird
zum Erreichen der gewünschten
Ausgangsleistung der Lichtpulse die weitere Verstärkereinrichtung 120 genutzt.
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In der 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel
für ein
erfindungsgemäßes optoelektronisches
Bauelement im Querschnitt dargestellt. Das optoelektronische Bauelement
gemäß der 2 trägt das Bezugszeichen 200 und
weist eine Pulserzeugungseinrichtung 210 auf. Die Pulserzeugungseinrichtung 210 entspricht von
ihrem Aufbau her weitgehend der Pulserzeugungseinrichtung 190 des
optoelektronischen Bauelements 10 gemäß der 1. Die Pulserzeugungseinrichtung 210 weist
somit die Absorbereinrichtung 100, die Verstärkereinrichtung 110,
die Trenneinrichtung 140, sowie die weitere Verstärkereinrichtung
120 auf.
Diese Komponenten 100, 110, 140 und 120 wurden
bereits oben im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 erläutert. Die Pulserzeugungseinrichtung 210 ist
bei dem optoelektronischen Bauelement 200 gemäß der 2 derart angeordnet, dass
die Absorbereinrichtung 100 unmittelbar an den verspiegelten
Rand 220 des Bauelements 200 angrenzt.
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Im Übrigen ist die Trenneinrichtung 140 gemäß der 2 geringfügig anders
ausgestaltet als bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß der 1; so gehen die vertikal
verlaufende Schichten 150 nicht durch die beiden aktiven
Schichten 30 und 40 hindurch, sondern durchdringen
ausschließlich
die Deckschicht 50.
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An die Pulserzeugungseinrichtung 210 schließt sich
an der dem verspiegelten Rand 220 gegenüberliegenden Seite eine erste
Hilfspulserzeugungseinrichtung 300 an, die von der Pulserzeugungseinrichtung 210 durch
eine Trennstelle 310 getrennt ist. Bei der Trennstelle 310 kann
es sich um eine Ausnehmung oder um einen durch Ionenimplantation
erzeugten Graben handeln, dessen Breite 10 μm und dessen Tiefe 2 μm vorzugsweise
nicht überschreiten
sollte. Im Übrigen
entspricht der Aufbau der ersten Hilfspulseinrichtung 300 vom Prinzipiellen
her dem Aufbau der Pulserzeugungseinrichtung 190 gemäß der 1.
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Konkret weist die erste Hilfspulserzeugungseinrichtung 300 eine
Hilfsabsorbereinrichtung 100',
eine Hilfsverstärkereinrichtung 110' und eine weitere
Hilfsverstärkereinrichtung 120' auf. Die Länge der
Hilfsabsorbereinrichtung 100' ist
dabei in der 1 mit dem
Bezugszeichen L1' bezeichnet.
Die Länge
der Hilfsverstärkereinrichtung 110' trägt das Bezugszeichen
L2', und die Länge der
weiteren Hilfsverstärkereinrichtung 120' trägt das Bezugszeichen
L3'.
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Die Längen L1', L2' und
L3' sind bei der
ersten Hilfspulserzeugungseinrichtung 300 für sich optimiert und
müssen
keine vorgegebene Relation bzw. Beziehung zu den entsprechenden
Abmessungen der Pulserzeugungseinrichtung 210 aufweisen.
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An die erste Hilfspulserzeugungseinrichtung 300 schließt sich
eine zweite Hilfspulserzeugungseinrichtung 400 an, die
durch eine weitere Trennstelle 410 von der ersten Hilfspulserzeugungseinrichtung 300 getrennt
ist. Von ihrem Aufbau her kann die zweite Hilfspulserzeugungseinrichtung 400 der
Pulserzeugungseinrichtung 210 entsprechen. Dies bedeutet,
dass die zweite Hilfspulserzeugungseinrichtung 400 ebenfalls
eine Hilfsabsorbereinrichtung 100'' ,
eine Hilfsverstärkereinrichtung 110'' und eine weitere Hilfsverstärkereinrichtung 120'' aufweisen kann. Die Längen der
Einrichtungen 100'' , 110'' und 120'' sind
in der 2 mit den Bezugszeichen
L1" , L2" und L3" gekennzeichnet.
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An der der ersten Hilfspulserzeugungseinrichtung 300 abgewandten
Seite schließt
sich an die zweite Hilfspulserzeugungseinrichtung 400 eine
dritte Hilfspulserzeugungseinrichtung 500 an. Diese dritte Hilfspulserzeugungseinrichtung 500 ist
wiederum mit einer Hilfsabsorbereinrichtung 100''',
einer Hilfsverstärkereinrichtung 110''' und
einer weiteren Hilfsverstärkereinrichtung 120''' ausgestattet.
Die Längen
dieser drei Komponenten sind in der 2 mit
den Bezugszeichen L1''', L2''' und L3''' gekennzeichnet.
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Zwischen der dritten Hilfspulserzeugungseinrichtung 500 und
der zweiten Hilfspulserzeugungseinrichtung 400 ist eine
Trennstelle 510 in der Deckschicht 50 vorhanden.
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An ihrer der zweiten Hilfspulserzeugungseinrichtung 400 abgewandten
Seite ist die dritte Hilfspulserzeugungseinrichtung 500 mit
einer schwach reflektierenden Beschichtung 600 versehen,
die gleichzeitig die Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen
Bauelements 200 bildet.
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Das optoelektronische Bauelement
gemäß der 2 kann derart dimensioniert
werden, dass alle vier Pulserzeugungseinrichtungen 210, 300, 400 und 500 jeweils
ihre eigenen Lichtpulse mit ihrer eigenen Wiederholrate generieren.
Stattdessen ist es aber auch möglich,
die Kopplung zwischen den einzelnen Pulserzeugungseinrichtungen
derart einzustellen, dass das optoelektronische Bauelement 200 gemäß der 1 Lichtpulse erzeugt, die
lediglich eine einzige Pulsfrequenz bzw. Wiederholfrequenz aufweisen.
Vorzugsweise ist das optoelektronische Bauelement 200 dann
derart zu dimensionieren, dass die kürzeste Resonatorlänge der vier
Pulserzeugungseinrichtungen die Pulswiederholfrequenz bestimmt.
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In der 3 ist
eine Draufsicht auf das optoelektronische Bauelement 200 gemäß der 2 gezeigt. Man erkennt Anschlusspads 700 zum
elektrischen Anschluss der Absorbereinrichtungen 100, 100', 100'' und 100'''. Darüber hinaus
sind Anschlusspads 800 zum Anschluss der Verstärkereinrichtungen 110, 110', 110'' und 110''' sowie weitere
Anschlusspads 810 zum elektrischen Anschluss der weiteren
Verstärkereinrichtungen 120, 120', 120'' und 120''' vorgesehen.
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In der 3 lässt sich
erkennen, dass die elektrischen Anschlusspads 700 für die Absorbereinrichtungen
getapert ausgeführt
sind. Durch eine Taperung der elektrischen Anschlusspads 700 lässt sich
ein besonders gutes elektrisches Übertragungsverhalten erreichen.
So lassen sich die Absorbereinrichtungen beispielsweise mit einer
elektrischen Sperrspannung beaufschlagen, deren elektrische Puls-Frequenz
10 GHz oder mehr betragen kann. Durch ein Anlegen einer modulierten
Sperrspannung an die Absorbereinrichtungen lässt sich ein Triggern der Lichtpulse
erreichen.
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Die Modulationsfrequenz der Sperrspannung
für die
elektrische Ansteuerung der Absorbereinrichtungen sollte dabei so
gewählt
werden, dass die Pulsrate der optischen Lichtpulse ein ganzzahliges
Vielfaches der elektrischen Modulationsfrequenz der Sperrspannung
beträgt.
Ein besonders gutes Triggerverhalten lässt sich dann erreichen, wenn
die Pulsrate der Lichtpulse ca. ein Zehnfaches der elektrischen
Modulationsfrequenz beträgt.
Das Triggern der Lichtpulse bietet dabei den Vorteil, dass ein besonders
jitterarmes Verhalten der Lichtpulse erreicht wird, weil nämlich ein
zeitliches Schwanken der Lichtpulse aufgrund eines „Einrastens der
optischen Lichtpulse" deutlich
reduziert wird.
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Für
die Dimensionierung des optoelektronischen Bauelements 200 gemäß den 2 und 3 wird es als vorteilhaft angesehen,
wenn die Breite b der optisch aktiven Zone ca. 2 μm beträgt. Die
Gesamtbreite B des optoelektronischen Bauelements 200 liegt
dann bei ca. 300 μm.
Die Längen
L1, L1', L1'' , L1''' der Absorbereinrichtungen
sollte dabei eine Länge
von 100 μm
jeweils nicht überschreiten.
Die Längen
L2, L2', L2'' , L2''' der Verstärkereinrichtungen
sollte jeweils ungefähr
200 μm betragen.
Die Längen
L3, L3', L3'' , L3''' der weiteren Verstärkereinrichtungen
sollten eine Länge
von 300 μm
nicht überschreiten.
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Zusammengefasst ist bei dem optoelektronischen
Bauelement gemäß den 2 und 3 eine Pulserzeugungseinrichtung gemeinsam
mit drei Hilfspulserzeugungseinrichtungen in einem einzigen Halbleitersubstrat
monolithisch integriert.
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Die 4 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel
für ein
erfindungsgemäßes optoelektronischen
Bauelement in der Draufsicht. Man erkennt eine Pulserzeugungseinrichtung 820 sowie
zwei Hilfspulserzeugungseinrichtungen 830 und 840.
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Bei der Pulserzeugungseinrichtung 820 kann
es sich beispielsweise um eine Pulserzeugungseinrichtung handeln,
die der Pulserzeugungseinrichtung 190 gemäß der 1 bzw. der Pulserzeugungseinrichtung 210 gemäß der 2 entspricht. Die beiden
Hilfspulserzeugungseinrichtungen 830 und 840 sind – im Gegensatz
zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 2 und 3 – nicht
monolithisch in dem Halbleitersubstrat der Pulserzeugungseinrichtung 820 integriert,
sondern davon getrennt. Die optische Verbindung zwischen den beiden
Hilfspulserzeugungseinrichtungen 830 und 840 untereinander
bzw. zu der Pulserzeugungseinrichtung 820 wird durch zwei
passive Wellenleiter 850 und 860 gewährleistet,
die beispielsweise Kunststoffwellenleiter (z. B. BCB(Benzocyclobuten)-Wellenleiter)
oder Glaswellenleiter sein können.
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Die passiven Wellenleiter 850, 860 sowie
die drei Pulserzeugungseinrichtungen 820, 830 und 840 können auf
einem Subträger,
beispielsweise einem Silizium-Träger
oder einem Glas-Träger
aufgebracht sein. Die Wellenleiter 850 und 860 können auch
durch (separate) Glasfasern gebildet sein.
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In der 4 sind
außerdem
die Anschlusspads 700 zum elektrischen Anschluss der Absorbereinrichtungen,
die Anschlusspads 800 zum Anschluss der Verstärkereinrichtungen
sowie die weiteren Anschlusspads 810 zum elektrischen Anschluss
der weiteren Verstärkereinrichtungen
dargestellt.
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In der 5 ist
eine Draufsicht auf ein viertes Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes optoelektronisches
Bauelement dargestellt. Man erkennt in der 5 Anschlusspads 700 für Absorbereinrichtungen,
sowie Anschlusspads 800 für Verstärkereinrichtungen. Im Übrigen erkennt
man Trenneinrichtungen 920, die die Verstärkereinrichtungen
untereinander bzw. von Absorbereinrichtungen trennen.
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