DE1764639B1

DE1764639B1 - Integriertes elektrooptisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE1764639B1
Application number: DE19681764639D
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Lehovec
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-07-13
Filing date: 1968-07-09
Publication date: 1971-02-18
Also published as: FR1574423A; SE341225B; NL6809931A; US3569997A; GB1193228A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein integriertes Lichtelektrisches Bauelement bedeutet im Rahmen elektrooptisches Bauelement und auf ein Verfahren dieser Patentanmeldung jedes Bauelement zur Umzu dessen Herstellung. Wandlung von elektrischer Energie in Strahlungs-

Die Umwandlung von Strahlungsenergie in elek- energie, und umgekehrt. Es gibt vier Typen dieser irische Energie sowie der reziproke Vorgang spielen 5 lichtelektrischen Bauelemente: eine wichtige Rolle in der modernen Nachrichten- _T_ ,,., -^ .,,.„.

Übertragung. Ein Beispiel ist die Übertragung eines ^L Erzeugung elektrischer Energie durch emfal-

Lichtbildes in Form einer Folge von elektrischen Im- ¹^f Bestrahlung, z.B. die photovoltaische

pulsen durch eine Fernsehkamera und der um- _TT Zelle oder Solarbatterie; gekehrte Vorgang im Fernsehempfangsgerät. Ein an- xo ^IL die Modulation eines elektrischen Signals durch deres Beispiel ist die Modulierung eines Lichtstrahls einfallende Strahlung, z. B. der lichtelektrische

durch einen Tonstreifen eines Filmstreifens und die _TTT Widerstand;

Umwandlung eines modulierten Lichtstrahls in elek- ^{IIL die} Erzeugung von Strahlung durch em elektrische Signale mittels einer Photozelle und schließ- f?^c _c ^{hes Sl}|^naI' ^{wie sie z}· ^B-^m ^Übergängen lieh in akustische Signale mittels eines Lautsprechers. 15 ^bei Stromdurchgang stattfindet (z. B. K. Leho-

Es ist bekannt, daß gewisse Halbleiterbauelemente ^ec, C. A Accarda & E Jamgochian,

als Strahlungsquellen dienen können und daß um- _n7 Phys. Rev., 83, S. 603 bis 607 [1951]), und gekehrt eine geeignete Strahlung die elektrischen Ei- ^W- ^eme, gruppe von Bauelementen die wir Photogenschaften von Halbleiterelementen zu beeinflussen modulatoren nennen wollen und die die Intenvermag. Auf diese Weise ist eine Nachrichtenüber- ₂o »tat eines einfallenden Lichtstrahl durch ein tragung durch einen Lichtstrahl zwischen zwei völlig elektrisches Signal modulieren (Beispiele von voneinander getrennten elektrischen Systemen mög- ^^iÄ^ ™ ™^Μ(* ^Λψο^'^ lieh (vgl. K. Lehovec in »Proceedings IRE«, No- tonten2776367, 2929923 und 3158 7*5), und vember 1952, S. 1407 bis 1409). Im Zusammenhang Bauelemente, die auf dem Franz-Keldysh-Effekt mit elektrischen Schaltungen, die eine große Viel- 25 beruhen.

seitigkeit besitzen und einen extrem geringen Raum- Jede der vier erwähnten Gruppen von lichtelek-

bedarf haben, sind in der jüngsten Vergangenheit trischen Bauelementen benötigt ein optisches System, große Fortschritte gemacht worden, und zwar durch um den optimalen Wirkungsgrad der elektrooptischen Benutzung von Halbleiterelementen mit p- und Umwandlung zu erreichen. Die vorliegende Erfindung η-Zonen, pn-Übergängen, Metallelektroden entweder 30 benutzt ein Fresnel-optisches System in integrierter auf Halbleiterschichten oder auf dünnen Isolier- Vereinigung mit einem lichtelektrischen Bauelement, schichten über Halbleiterschichten. Derartige Bau- Im einfachsten Falle ist das optische System eine elemente werden kurz integrierte Schaltungen oder Zonenplatte, die bekanntlich aus einem System von Mikroschaltungen genannt. Die Möglichkeiten dieser strahlungsundurchlässigen Zonen besteht, die auf Mikroschaltungen für kompakte elektrooptische 35 einer strahlungsdurchlässigen Isolierschicht auf dem Systeme sind bisher noch nicht voll ausgenutzt wor- lichtelektrischen Bauelement angebracht sind. Diese den, und zwar wegen der verhältnismäßig großen lichtundurchlässigen Zonen haben Abmessungen, die Raumbeanspruchung der konventionellen optischen so gewählt sind, daß die optischen Weglängen von Geräte, wie Linse und Spiegel. Eine zusätzliche den Öffnungen zwischen diesen Zonen zur lichtemp-Schwierigkeit ergibt sich aus der Forderung einer 40 findlichen Fläche des Bauelements um ein ganzzahliüberaus genauen Justierung von optischem und elek- ges Vielfaches einer Lichtwellenlänge sind, falls man trischem Bauelement im Hinblick auf die kleine line- es mit einer senkrecht einfallenden ebenen Welle are Abmessung der elektrischen Halbleiterbau- monochromatischer Strahlung zu tun hat. Die Strahelemente in Mikroschaltungen, die in typischer Weise lung wird dann auf die lichtempfindliche Fläche konin der Größenordnung von ΙΟ-⁴ bis 10~² liegt. 45 zentriert durch das optische Prinzip der Interferenz

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kompaktes, kohärenter monochromatischer Strahlung. Da strahintegriertes elektrooptisches Bauelement durch Ver- lungsundurchlässige Beläge durch Metallisierung ereinigung einer Mikroschaltung mit einem optischen zeugt werden können, und zwar mit Rücksicht dar-System von vergleichbaren Dimensionen, wobei der auf, daß die selektive Entfernung solcher Beläge von optische Bauteil durch die gleichen Herstellungsver- 50 gewissen Zonen mit großer Präzision in Mikroschalfahren erzeugt wird, die bei der Herstellung von tungen bereits weitgehend angewandt wird, und da Halbleitermikroschaltungen üblich sind. Darüber hin- ferner dünne strahlungsdurchlässige Isolierschichten, aus betrifft die vorliegende Erfindung einen integrier- wie SiO₂, Si₃N₄ und niedrigschmelzende Gläser, auch ten elektrooptischen Baubestandteil, dessen optischer bereits in der Herstellung von Mikroschaltungen Teil gleichzeitig elektrische Funktionen ausübt, wo- 55 weitgehend angewandt werden, folgt, daß das hier durch eine noch größere Integrierung erzielt wird. beschriebene integrierte elektrooptische Bauelement

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrooptische in Produktionstechnik und Abmessung den HaIb-Bauteile von großer Einfachheit und hervorragenden Ieitermikroschaltungen ideal angepaßt ist. Hinzu elektrischen und optischen Eigenschaften. Schließ- kommt, daß eine oder mehrere der metallisierten Hch ermöglicht die vorliegende Erfindung eine ver- 60 Zonen einer Zonenplatte als Elektrode des Halbbesserte Nachrichtenübermittlung zwischen zwei von- leiterbauelements benutzt werden können, z. B. als einander elektrisch isolierten Mikroschaltungen durch die Steuer-Elektrode eines Metall-Oxyd-Halbleiter-Strahlung unter Benutzung der erfindungsgemäßen Transisors, der gewöhnlich als MOS-Transistor beintegrierten elektrooptischen Bauelemente. zeichnet wird. Da Fresnel-optische Systeme auf ko-

Die Erfindung besteht in der Vereinigung einer 65 härente monochromatische Strahlung ansprechen, Halbleitermikroschaltung, die ein lichtelektrisches folgt unmittelbar, daß die erfindungsgemäßen inte-Bauelement enthält, mit einem sogenannten Fresnel- grierten elektrooptischen Bauelemente besonders für optischen System zu einem integrierten Bauelement. Laserstrahlung geeignet sind.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine kreisförmige Zonenplatte in Draufsicht;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch diese Zonenplatte und illustriert die Fokussierung einer einfallenden ebenen Welle in einem Punkt;

F i g. 3 veranschaulicht das Prinzip der Konstruktion einer Zonenplatte;

F i g. 4 zeigt eine lineare Zonenplatte in Draufsieht;

F i g. 5 zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein integriertes elektrooptisches Bauelement gemäß der Erfindung;

Fig. 6 zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein weiteres integriertes elektrooptisches Bauelement gemäß der Erfindung, wobei ein Teil der Zonenplatte eine elektrische Funktion ausübt;

Fig. 7 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen integrierten elektrooptischen Oberflächen-Laser;

• F i g. 8 zeigt einen vertikalen Schnitt durch zwei elektrooptische Systeme, die elektrisch voneinander isoliert sind;

F i g. 9 zeigt einen vertikalen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes integriertes elektrooptisches System zur elektrischen Modulierung eines Lichtstrahls und dessen optischer Abbildung.

Da Zonenplatten oder allgemeiner Fresnel-optische Systeme ein integraler Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind, seien sie kurz beschrieben. Eine sogenannte Fresnel-optische Abbildung beruht auf dem Prinzip der Verstärkung oder Auslöschung kohärenter monochromatischer Wellen entsprechend ihrer Phasenunterschiede. Eine Zonenplatte zur Abbildung einer senkrecht einfallenden monochromatischen Welle besteht in einer derartigen Anordnung von lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Zonen, daß alle Lichtwellen, die von den lichtdurchlässigen Zonen ausgehen, an einem Punkt, dem Brennpunkt, in Phase ankommen, d. h. mit Phasenunterschieden auftreten, die ganzzahligen Vielfachen einer Wellen-

• länge entsprechen. Als Beispiel möge die Zonenplatte gemäß F i g. 1 dienen, welche aus einer ebenen Anordnung der lichtundurchlässigen Zonen 3 und 5 sowie der undurchlässigen zentralen Scheibe 1 und der undurchlässigen äußeren Schicht 7 besteht. Dazwischen liegen die durchlässigen ringförmigen Zonen 2, 4 und 6. Obwohl Fig. 1 nur zwei undurchlässige Zonen 3 und 5 aufweist, können mehrere solcher Zonen benutzt werden, wodurch die Apertur der Zonenplatte vergrößert wird. Wenn die Begrenzungsradien der Zonen auf richtige Weise gewählt werden, wie später an Hand von F i g. 3 erläutert werden wird, dann wird eine senkrecht einfallende, ebene, kohärente, monochromatische Welle in einem Punkt auf der Achse der Zonenplatte fokussiert. Dies wird an Hand von F i g. 2 erläutert, die einen vertikalen Schnitt durch Fig. 1 in RichtungA-A' zeigt. Die Pfeile 8 bis 13 veranschaulichen dabei Lichtstrahlen der einfallenden Welle. Die Pfeile 14 bis 19 sind gebeugte Lichtstrahlen, die sich im Brennpunkt 20 treffen, der auf der Achse 20 bis 24 liegt. Um dies zu erreichen, muß die optische Weglänge der Strahlen 14, 15, 16 um ganzzahlige Vielfache einer Wellenlänge λ verschieden sein. Diese Forderung führt zu der Konstruktion, die in F i g. 3 gezeigt ist. F i g. 3 zeigt dabei einen vertikalen Schnitt ähnlich dem von F i g. 2. Die Zonenplatte soll den von oben her senkrecht auf die Ebene 22 einfallenden Lichtstrahl in dem Punkt 21 abbilden. Dieser Punkt liegt um die Länge D unterhalb der Ebene 22 der Zonenplatte. Man ziehe eine Reihe von Kreisen um 21 mit dem

^RadiuS R D

wobei m = 1, 2, 3 usw. ist; D ist der Abstand zwischen 21 und 23, λ ist die Vakuumwellenlänge der einfallenden Strahlung, und η ist der Brechungsindex des strahlendurchlässigen Materials zwischen 21 und 22 und ε ist eine beliebige kleine Länge. Die m-Werte für die inneren vier Kreise sind in der Figur angegeben und auch die Unterschiede λ/4 η zwischen zwei benachbarten Kreisen. Die Durchschnittspunkte der Kreise mit ungeraden m-Werten bestimmen die Begrenzungen zwischen durchlässigen und undurchlässigen Zonen, und die Durchschnittspunkte der Kreise mit m = 2, 6, 10 usw. bestimmen die Mittelpunkte der durchlässigen Zonen in F i g. 3. Ihre Entfernungen von dem Brennpunkt 21 sind mit R₂, R₆ und R₁₀ bezeichnet. Die Zonenplatten, die in den Fig. 1 bis 3 abgebildet sind, haben undurchlässige Zentralzonen. Eine andere Gruppe von Zonenplatten kann erzeugt werden durch Umtausch der durchlässigen und undurchlässigen Zonen in den F i g. 1 bis 3. Eine Zonenplatte von größerer Lichtstärke kann hergestellt werden, indem die undurchlässigen Zonen durch durchlässige Zonen ersetzt werden, die aus einem durchlässigen Material mit einer Dicke α und dem Brechungsindex η' bestehen, wobei an' = λ/2 gewählt wird.

In F i g. 4 ist eine Draufsicht einer linearen Zonenplatte gezeigt. Die Mittellinie 31 entspricht der Mittelscheibe 1 der kreisförmigen Zonenplatte gemäß Fig. 1. Die Linienpaare 33, 33', 35, 35' und 37, 37' entsprechen den Ringen 3, 5 und 7. Die Breite der Mittelzone 31 entspricht dem Durchmesser von 1 in Fig. 1, und die Entfernungen der gleichbezeichneten Linienpaare entsprechen den Durchmessern der entsprechenden ringförmigen Zonen in Fig. 1. Eine lineare Zonenplatte kann dabei benutzt werden, um einen Lichtstrahl von linienförmigem Querschnitt auf einer Linie abzubilden, die sich unter Zugrundelegung der Ansicht gemäß F i g. 2 senkrecht zur Zeichenebene durch den Punkt 20 erstreckt. Dies ist wichtig, da lichtelektrische Halbleiterbauelemente oft linienförmig sind, wie z. B. die Durchschnittslinie eines ebenen pn-Übergangs mit der Halbleiteroberfläche oder die Region zwischen Quelle und Senke eines MOS-Transistors.

Die bei den Zonenplatten angewandten Prinzipien, die hier für eine ebene, senkrecht einfallende Welle eingehend diskutiert wurden, können natürlich auch auf die Abbildung von divergierenden oder konvergierenden Lichtbündeln übertragen werden. Dieselbe optische Anordnung, welche die Abbildung einer kohärenten monochromatischen Strahlung auf ein photoelektrisches Bauelement bewirkt, kann zur Bündelung der von einem solchen Bauelement emittierten Strahlung dienen.

Im folgenden werden Beispiele von erfindungsgemäßen Kombinationen von Halbleiterbauelementen mit optischen Zonenplatten beschrieben. Fig. 5 zeigt dabei einen vertikalen Schnitt durch eine Halbleiterplatte 41, auf welcher eine Zonenplatte des in F i g. 1 und 2 gezeigten Typs aufgebracht ist. Die strahlungsdurchlässigen Regionen sind mit den Ziffern 2, 4

und 6 versehen, während die undurchlässigen Re- leiterschicht kann z. B. durch epitaxiales Auf-

gionen wie in Fig. 1 mit 1, 3 und 5 bezeichnet sind. wachsen von Silizium auf Saphirunterlage her-

Die Zonenplatte ist auf einem strahlungsdurchlässigen gestellt werden.

Isolierfilm 40 aufgebracht, welcher die Oberfläche _4>
EntSp_rechende Vorteile ergeben sich, wenn eine

eines lichtelektrischen Bauelements bedeckt. Als Bei- 5 Oberflächenschicht der p- oder η-Region (oder

spiele eines solchen Bauelements wurde m Fig. 5 _{beide) stärker dotiert wkd als das lnnere der}

em pn-übergang 43 in der Halbleiterscheibe 41 ge- Halbleiterscheibe
wählt. Mit 44 und 45 sind dabei elektrische Kontakte

für die p- und η-Schicht bezeichnet. Der pn-Über- F i g. 6 stellt das Prinzip eines elektrooptischen gang kann als Photo-Spannungsquelle (Solar-Bat- io Systems dar, bei dem ein Teil der Zonenplatte eine terie), als lichtelektrischer Widerstand oder als Licht- elektrische Funktion ausübt. Die Abbildung zeigt quelle dienen, je nach der äußeren Spannung, die an einen Schnitt durch eine n-Typ-Halbleiterscheibe 50, die Kontakte 44 und 45 angelegt wird. Mit anderen in welche zwei p-Regionen 51 und 52 so eindiffun-Worten heißt dies, daß der Punkt 42 in F i g. 5 ein diert sind, daß sie nur durch eine schmale n-Schicht lichtregistrierendes oder ein lichtaussendendes Bau- 15 53 voneinander getrennt sind. Die Regionen 51 und element sein kann. Die Zonenplatte, die aus der 52 erstrecken sich linienförmig in Richtung senkdurchlässigen Isolierschicht 40 und aus den undurch- recht zur Bildebene. Kontakte (welche in der Abbillässigen Regionen 1, 3, 5 und 7 besteht, ist so kon- dung der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet struiert, daß eine ebene Lichtwelle, die senkrecht ein- wurden) sind in diesen Regionen vorgesehen. Die fällt, in dem Brennpunkt 42 abgebildet wird, der an 20 Halbleiterscheibe ist mit einer strahlungsdurchlässidem Schnittpunkt des pn-Übergangs 43 mit der Halb- gen Isolierschicht 54 bedeckt, deren äußere Oberleiteroberfläche liegt. Der Hauptvorteil von Bau- fläche eine lineare Zonenplatte des aus Fig.4 erelementen mit Zonenplattenoptik im Vergleich zu sichtlichen Typs trägt, wobei die lichtundurchlässi-Bauelementen ohne solche Optik besteht in der er- gen Zonen 55, 56, 56', 57, 57', 58, 58' gemäß F i g. 6 höhten Lichtstärke am lichtempfindlichen Punkt 42. 25 den Zonen 31, 33, 33', 35, 35', 37 und 37' gemäß Da Fig. 5 nur zur Illustration der erfindungsgemä- Fig. 4 entsprechen. Die innere undurchlässige Zone ßen Grundgedanken dient, wurde kein Wert auf eine 55 besteht dabei aus einer Metallschicht, an welcher eingehende Diskussion des lichtelektrischen Bau- der Kontakt 162 angebracht ist. Die Metallschicht elementes gelegt. 55 und die Regionen 51 und 52 stellen eine Steuer-

Der Wirkungsgrad der Umwandlung zwischen 30 elektrode, eine Quelle und eine Senke eines Metallelektrischer Energie und Strahlungsenergie kann in Isolator-Halbleiter-Transistors, der üblicherweise als vielfacher Weise erhöht werden: MOS-Transistor bezeichnet wird, dar. Das Bau-

„_..,,., ,. ... element gemäß F i g. 6 unterscheidet sich von einem

1. Die pn-Region kann ζ B linienförmig ausgebil- _gewöhnlichen MOS-Transistor nur durch die undet sein, so daß der Schnitt des pn-Übergangs _{35 durch}i_ässigen Regionen 56, 56', 57, 57' und 58, 58'. mit der Oberflache im wesentlichen aus zwei _{Diese Regionen bzw}. _{Zonen sind so} angeordnet, daß parallelen Linien besteht. In diesem Fall können einfallende monochromatische Strahlung in der Reein oder zwei Zonenplatten des aus Fig. 4 er- _{ion53 abgebildet wird) was in der} betreffenden sichtlichen Typs gewählt werden, um die einfal- _{Fi durch pfeüe angedeu}tet ist. Die Quantenenergie lende Strahlung auf dem Schnitt des pn-Über- _{40 dieser Strahlung muß größer sein als die} sogenannte gangs mit der Oberflache oder die von dem _verbotene Bandbreite des Halbleiters, so daß die Schnitt des pn-Übergangs mit der Oberflache struktur gemäß Fig. 6 auf folgende Weise strahausgehende Strahlung abzubilden. lungsempfindlich wird: Im Dunkeln sind die p-Zonen

2. Als anderes Beispiel sei ein kreisförmiger ^{51 und 52} voneinander durch die n-Schicht 53 iso-Schnitt des pn-Übergangs mit der Oberfläche 45 üert, falls keine sogenannte Inversionsladungsschicht genannt, und zwar im Zusammenhang mit einer ^{an de}r Oberfläche 53 induziert wird. Eine Inver-Zonenplatte, die auf diesen Kreis optisch justiert sionsladung kann durch eine genügend große negaist. Eine solche Zonenplatte kann man sich tive Spannung an 55 bewirkt werden. Diese Spandurch Biegung der linearen Streifen gemäß ^nunS> ^die gerade noch genügt, um eine Inversions-Fig. 4 als in einen Kreis zustande gekommen 5o schicht hervorzurufen, wird üblicherweise Anschaltdenken, wobei der Kreis den gleichen Radius spannung genannt. Falls jedoch in der Schicht 53 besitzt wie der Schnitt des pn-Übergangs mit der Elektronen-Löcherpaare durch Bestrahlung erzeugt Halbleiteroberfläche, wobei der Abstand 37-37' werden, werden die Löcher durch die negative Spanin Fi g. 4 als klein gegenüber dem Radius dieses ^nun§ ^{an 55 zur} Oberfläche von 53 getrieben, so daß Kreises gedacht ist. 55 ^ei^ne p-leitende Verbindung zwischen 51 und 52 erzeugt wird, obwohl die Spannung an 55 noch unter-

3. Als eine weitere Möglichkeit sei erwähnt, daß halb der Anschaltespannung im Dunkeln liegen kann, die Halbleiterplatte so dünn ist, daß der pn- Mit anderen Worten heißt dies, daß bei geeigneter Übergang sich durch die ganze Platte praktisch Spannung an 55 der MOS-Transistor im Dunkeln senkrecht zur Oberfläche erstreckt, was zu einer 60 abgeschaltet und bei Bestrahlung angeschaltet ist. Es viel kleineren Fläche des pn-Übergangs führt, ist besonders zu beachten, daß die Zonenplattenohne daß dadurch der Schnitt mit der Halb- optik es ermöglicht, die Strahlung in der Region 53 leiteroberfläche verringert wird, welcher der Be- abzubilden, obwohl diese Region gegen direkte strahlung ausgesetzt ist oder von dem die Strah- Strahlung durch die undurchlässige Steuerelektrode lung ausgeht. Auf diese Weise werden Rest- 65 geschützt ist. Dadurch spricht der MOS-Phototransiströme über den pn-übergang, die für die photo- stör nur auf die monochromatische, kohärente Strahelektrische Umwandlung unwesentlich sind, lung, für welche die Zonenplatte ausgelegt ist, an; weitgehend unterdrückt. Solch eine dünne Halb- er ist gegen Rauscheffekte, die durch inkohärente

panchromatische Strahlung hervorgerufen werden könnten, weitgehend geschützt. Diese Unterdrückung des Rauschpegels zusammen mit der Erhöhung des gewünschten Photoeffektes durch Erhöhung der Strahlungsintensität, die durch die Zonenplattenoptik hervorgerufen wird, machen die Anordnung gemäß F i g. 6 weit überlegen, und zwar gegenüber einem MOS-Phototransistor, der aus einem üblichen MOS-Transistor mit durchlässiger Steuerelektrode (ohne Zonenplattenoptik) erhalten werden kann.

Die Anordnung gemäß Fig. 6 kann auch als Strahlungsquelle wirken, wie aus folgendem hervorgeht: Wenn eine hohe negative Spannung in bezug auf das Halbleiterinnere 50 an die Steuerelektrode 55 angelegt wird, wird eine positive, sogenannte Inversionsladung an der Oberfläche 53 hervorgerufen. Wenn die Spannung an der Steuerelektrode nun zu einem positiven Wert umgeschaltet wird, wird die positive Inversionsladung von der Oberfläche fortgetrieben, und negative Elektronenladungen vom Halbleiterinneren 50 fließen zu der Oberfläche 53. Die positive Inversionsladung wird durch die negative Elektronenladung durch sogenannte Rekombination beseitigt, wobei ein Teil der frei gewordenen Energie als Strahlung ausgesendet wird. Die Zonenplatten-Optik dient dazu, diese Strahlung in einen nutzbaren Lichtstrahl zu formen. Die Intensität der Strahlung kann auf verschiedene Weise geregelt werden, z. B. durch die Größe der negativen Steuerspannung vor der Umpolung zu einem positiven Wert. Somit ist eine Mikrolichtquelle auf einer Halbleiteroberfläche erzielt, deren Intensität sich leicht elektrisch modulieren läßt und deren Strahlung in einem nutzbaren Strahl optisch abgebildet ist.

Die Inversionsladung, die an der Oberfläche 53 existiert, wenn eine negative Spannung an die Steuerelektrode angelegt wird, kann auf verschiedene Weise erzeugt werden, wie z. B.

1. durch seitliche Injektion entlang der Halbleiteroberfläche von den p-Regionen 51 und 52;

2. durch Löcher, die im n-Halbleiterinneren 50 thermisch erzeugt werden und sich an der Oberfläche 53 ansammeln;

3. durch Löcher, die durch den sogenannten Avalanche-Effekt in einem starken Felde in 53 entstehen; ein solches Feld wird durch Anlegen eines genügend hohen negativen Potentials an 55 erzeugt;

4. durch sogenanntes Tunneln von Elektronen vom Valenz-Band zum Elektronenleitfähigkeitsband des Halbleiters, wenn ein genügend starkes Feld in 53 induziert wird, und zwar durch Anlegen eines hinreichend hohen negativen Potentials an die Steuerelektrode 55;

5. durch Löcher, die in 53 oder im Halbleiterinneren 50 durch Beleuchtung erzeugt worden sind. Die Beleuchtung kann von hinreichend kürzerer Wellenlänge sein als die erzeugte Strahlung, so daß eine optische Trennung durch die Zonenplattenoptik leicht möglich ist. So kann z. B. im Falle von Silizium die Strahlung im ultravioletten Spektrum liegen, während die emittierte Strahlung im nahen Infrarotbereich liegt. Falls die einfallende Strahlung eine Wellenlänge hat, die ein ganzzahliger Bruchteil der ausgestrahlten Wellenlänge ist, so kann die gleiche Zonenplatten-Optik sowohl zur Bündelung der einfallenden Strahlung als auch der emittierten Strahlung dienen;

6. durch Injektion von Löchern über einen pn-Übergang, der in 50 in der Nähe von 53 liegt.

Es ist somit ersichtlich, daß eine Reihe von Möglichkeiten vorhanden ist, die Inversionsladung zu erzeugen. Einige dieser Möglichkeiten benötigen nur den Steuerkontakt 162 und einen zweiten Kontakt zu dem Halbleiter 50, d. h., die p-Regionen 51 und 52 sind nicht einmal erforderlich. Obwohl die Anordnung gemäß F i g. 6 auf einem n-Halbleiterinneren mit einer p-Inversions-Schicht beruht, dürfte einzusehen sein, daß eine entsprechende Anordnung aus einem p-Halbleiterinnern mit n-Inversions-Schicht hergestellt werden kann, wobei eine positive Spannung an die Steuerelektrode angelegt wird und die n-Regionen 51 und 52 vorgesehen werden.

Es wurde bereits erwähnt, daß Fresnel-Optiken, zu welchen die Zonen-Platten gehören, auf dem Prinzip der Beugung und Interferenz von kohärenten Strahlungen beruhen. Da Interferenz-Bedingungen nicht über einen weiten Wellenlängenbereich an derselben optischen Anordnung erfüllt sind, ergibt sich, daß eine Fresnel-Optik besonders für monochromatische Strahlung geeignet ist. Extrem monochromatische Strahlung wird bekanntlich von Lasern ausgesandt. Es gibt Laser-Typen, sogenannte pn-Übergangs-Laser, die Halbleiterbauelemente sind und die daher unter die Konstruktionsmethoden fallen, die im Zusammenhang mit F i g. 5 und 6 erwähnt wurden. Darüber hinaus eröffnen die elektrooptischen Bauelemente der Erfindung die Möglichkeit der Schaffung neuer Laser-Typen.

Im allgemeinen benötigt ein Laser drei Komponenten:

1. ein Material, das Strahlung auszusenden vermag, z. B. durch Rekombinierung von Elektronen und Löchern,

2. gewisse Grenzbedingungen für die Strahlung, wodurch stehende Wellen ermöglicht werden, und

3. optisches oder elektrisches Pumpen, um genügend viele Elektronen in die höheren Energiezustände zu bringen, von welchen sie zu niedrigeren Zuständen unter Lichtausstrahlung übergehen können.

F i g. 7 zeigt eine ähnliche Anordnung wie F i g. 6, wobei jedoch zusätzliche optische Grenzbedingungen für die emittierte Strahlung erfüllt sind und optisches Pumpen und elektrisches Auslösen der Laseraktion ermöglicht ist. F i g. 7 zeigt dabei schematisch einen Schnitt durch eine Halbleiterschicht 60 mit einer ebenen Oberfläche 61, auf der eine strahlungsdurchlässige Isolierschicht 62 aufgetragen ist. Die äußere Oberfläche 63 dieser Isolierschicht trägt eine kreisförmige Zonenplatte, die aus den undurchlässigen Zonen 64 bis 66 und der halbdurchlässigen Scheibe 67 besteht. Die Zonenplatte ist dabei gemäß den aus F i g. 3 ersichtlichen Verhältnissen so konstruiert, daß die einfallende optische Pumpenenergie, die durch die Pfeile 68 bis 73 bezeichnet ist, in dem Punkt 74 der Halbleiteroberfläche 61 abgebildet wird, wodurch dort eine hohe Pumpenenergiedichte entsteht. Die Dicke von 62 zwischen 74 und 67 ist so

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gewählt, daß ein stehendes Wellenfeld der Laser- nungen ohne strahlungsdurchlässige Isolierschicht strahlung entsteht. Der Laserstrahl wird durch die ein. Als Beispiel mag Fig. 9 dienen, welche eine halbdurchlässige Schicht 67 emittiert; er kann elek- Anordnung zur elektrischen Modulierung der Intentrisch ausgelöst werden durch eine Spannung, die sität eines Lichtstrahls zeigt und gleichzeitig eine zwischen dem Kontakt 78 an der halbdurchlässigen 5 optische Abbildung dieses Lichtstrahls bewirkt. Schicht 67 und dem Kontakt 79 an dem Halbleiter- F i g. 9 zeigt einen Querschnitt durch eine Halbleiterkörper 60 angelegt wird. Das Auslösen erfolgt durch scheibe 100, die an einer ihrer Oberflächen eine Umpolen von einer negativen Spannung an 78 in Zonenplatte 101 trägt, welche die senkrecht einbezug auf 79 zu einer positiven Spannung. Dabei ist fallende ebene monochromatische Lichtwelle (Lichtein η-Halbleiter angenommen. Im Falle eines p-Halb- 10 strahlen 102 bis 107) auf die kleine Fläche 108 konleiters wird eine positive Spannung an 78 auf einen zentriert. Die strahlungsundurchlässigen Zonen 109 negativen Wert geändert, um den Laserstrahl auszu- bis 115 der Zonenplatte sind elektrisch leitend und lösen. bilden elektrische Sperrschichten zu dem angrenzen-

F i g. 8 stellt die optische Kopplung zwischen zwei den Halbleiterkörper 100. Die Zonen 109 bis 115 voneinander isolierten Mikroschaltungen durch Be- i₅ sind leitend so miteinander verbunden und an die nutzung zweier Bauelemente vom Typ gemäß F i g. 6 Kontakte 116 und 117 angeschlossen, daß Spannundar. Eine n-Halbleiterschicht 80 mit zwei p-Zonen gen zwischen nebeneinanderliegenden strahlungs-81, 82 stellt Quelle und Senke eines MOS-Transistors undurchlässigen Zonen angelegt werden können, die dar. starke elektrische Felder längs der Oberfläche des

Auf der strahlungsdurchlässigen Isolierschicht 83 20 Halbleiterkörpers unter den lichtdurchlässigen Zonen ist die Zonenplatte 84 angebracht, deren zentrale bewirken. Es ist bekannt (Franz-Keldysh-EÜekt), daß Zone 85 als Steuerelektrode des MOS-Transistors solche Felder die Absorption von Strahlung, deren dient. Diese Zonenplatte dient zur Formierung eines Wellenlänge ungefähr der sogenannten Absorptionsparallelen Strahles aus der von 86 emittierten Strah- kante des Halbleitermaterials 100 entspricht, erhöhen, lung. Vier solche Lichtstrahlen sind durch die Pfeile 25 Daher dient das Zonenplattensystem, das aus den der F i g. 8 angedeutet. Der Raum 91 auf der ande- strahlungsundurchlässigen Zonen 109 bis 115 und ren Seite der Zonenplatte ist strahlungsdurchlässig dem Halbleiterkörper 100 besteht, nicht nur zur und stellt die Festkörperverbindung zu einer anderen optischen Abbildung der Strahlen 102 bis 107 auf Mikroschaltung her, die eine zweite Zonenoptik 92 der Fläche 108, sondern auch zur Modulierung auf einer strahlungsdurchlässigen Schicht 93 enthält. 30 dieser Strahlung durch ein elektrisches Signal, das Die andere Mikroschaltung gemäß F i g. 8 umfaßt zwischen 116 und 117 angelegt wird. Zur Modueinen Strahlungsempfänger vom Typ des MOS- lation durch den Franz-Keldysh-Effekt ist es zweck-Transistors, dessen Regionen 94, 95 und 96 ähnlich mäßig, die elektrischen Spannungen an 116 und 117 dem Aufbau nach F i g. 6 sind. Daher erübrigt es in bezug auf den Halbleiterkörper 100 so zu wählen, sich, hier auf Einzelheiten einzugehen. Der Halbleiter 35 daß die Sperrschicht zwischen 109 und 115 und 100 97 des Strahlungsempfängers soll eine geringere ver- einen hohen Widerstand behält. Andererseits kann botene Bandbreite besitzen als der Halbleiter 80 der die Absorption auch durch Injizieren von Minoritäts-Strahlungsquelle. Zum Beispiel kann die Strahlungs- Ladungsträgern moduliert werden. Dabei dienen quelle aus GaAs oder GaP und der Strahlungsemp- dann zwei benachbarte, leitende, lichtundurchlässige fänger aus Si oder Ge hergestellt werden. Die durch- 40 Zonen der Zonenplatte als Emitter und Kollektor lässige Schicht 91 kann aus einem optischen Binde- eines lateralen Transistors. Der Emitter wird dann mittel, wie Kanada-Balsam, hergestellt werden. In in der sogenannten Flußrichtung und der Kollektor dem Fall, daß eine elektrische Isolation zwischen in der Sperrichtung gepoli.

den Steuerelektroden 85 und 98 nicht notwendig ist, Im Anschluß an die Fläche 108 des Halbleiterkönnen die beiden Zonenplatten 84 und 92 in eine 45 körpers 100 kann ein anderer Halbleiterkörper 118 einzige Zonenplatte zusammengelegt werden. Es kann angeschlossen werden, der ein iichtelektrisches Bausogar eine solche einzelne Zonenplatte auf einer element 119 einschließt. Dieses Bauelement kann Isolierschicht benutzt werden, um Strahlung, die von entweder als Photodetektor oder aber als Quelle der einem Punkt einer planaren Oberfläche des Halb- Lichtstrahlen 102 bis 107 dienen. In beiden Fällen leiters ausgeht, an einem seitlich verschobenen Punkt 50 kann die Strahlungsintensität durch elektrische Sider gleichen Oberfläche abzubilden, an dem ein gnale an den Elektroden 116 und 117 moduliert Strahlungsempfänger liegt. In diesem Falle sollte sich werden.

die chemische Zusammensetzung des Halbleiters Es dürfte ohne weiteres verständlich sein, daß die

längs der Oberfläche ändern, um eine Stelle der geringe Größe der hier beschriebenen Anordnungen Oberfläche empfindlich für die Strahlung zu machen, 55 und ihre Fähigkeit, durch die übliche Halbleiterdie von einer anderen Stelle ausgesandt ist. Die Technik hergestellt werden zu können, die Möglich-Zonenplatte muß so gewählt werden, daß die keit bietet, viele solcher elektrooptischer Bauelemente optischen Strahlungswege zwischen der Strahlungs- in Matrizen oder Mosaiken zu vereinigen und in quelle und dem Strahlungsempfänger längs aller Verbindung mit sogenannten Ring-Zähler-Schaltun-Lichtstrahlen, die über die Zonenplatte führen, sich 60 gen, Festkörper-Fernsehschirmen, Zifferblätter von um ganzzahlige Vielfache einer Wellenlänge unter- Uhren usw. herzustellen. Die Methoden, die für die scheiden. Herstellung der hier beschriebenen elektrooptischen

Alle Beispiele für integrierte elektrische Anord- Bauelemente anzuwenden sind, sind bekannt, und nungen, die bisher beschrieben worden sind, be- zwar von der Herstellung von Halbleiter-Mikronutzten eine strahlungsdurchlässige Isolierschicht 65 Schaltungen. Diese Methoden umfassen: Halbleiterzwischen der Ebene der Zonenplatte und dem Halb- Einkristallzüchtung, Zerschneiden, Polieren und leiter. Dies ist jedoch nicht notwendigerweise der Ätzen, Schutz eines Teils der Oberfläche durch Fall. Die Erfindung schließt vielmehr auch Anord- Oxyde, Nitride od. ä., Eindiffundieren von geeigne-

ten, elektrisch aktiven Verunreinigungen durch unmaskierte Teile der Oberfläche, Metallisieren durch Hochvakuumverdampfung und die als »Photoätz-Technik« bezeichnete Methode zur optischen Herstellung von Mikrostrukturen auf Oberflächen mit einer Auflösung bis zu weniger als 1 Mikrometer. Da die Erfindung nicht in den individuellen Herstellungsvorgängen, sondern in der Vereinigung von an sich bekannten elektrischen und optischen Anordnungen zu einer ganz neuen Klasse von integrierten elektrooptischen Anordnungen besteht, werden hier die Arbeitsgänge nur ganz kurz erwähnt.

Im folgenden seien Beispiele für die Herstellung der Bauelemente gemäß F i g. 5 bis 9 angegeben:

Bei der Anordnung vom Typ der F i g. 5 und 6 mag als Halbleitermaterial Silizium und Strahlung von 1 Mikrometer Wellenlänge gewählt werden. Die p- und η-Regionen des Halbleiters können in bekannter Weise durch Dotieren mit Bor und Arsen hergestellt werden. Der n-Typ-Halbleiterkörper in F i g. 6 mag aus mit Arsen dotiertem Silizium mit

• 1 Ohm-cm spezifischem Widerstand bestehen, in welchem die stark p-dotierten Regionen durch Eindiffusion von Bor durch Öffnungen in einer Siliziumoxyd-Oberflächenschicht hergestellt werden. Der Abstand zwischen den p-Regionen 51 und 52 entlang der Oberfläche des Silizium-Körpers mag 2 Mikrometer sein. Die strahlungsdurchlässigen Schichten 40 und 54 in F i g. 5 und 6 können aus Si₃N₄ bestehen und 4 Mikrometer dick sein; das Si₃N₄ ist dabei durch chemische Gas-Reaktion von Ammoniak-Dampf und SiH₄ bei 900° C hergestellt worden. Es empfiehlt sich, die Silizium-Oberfläche vor Überzug mit Si₃N₄ mit einer einige hundert Angström-Einheiten dicken Oxyd-Schicht zu überziehen, z. B. durch kurzzeitige Erhitzung des Siliziums in trockenem Sauerstoff bei 1000° C. Die äußere Si₃N₄-Oberfläche wird daraufhin mit einer aufgedampften Aluminiumschicht von etwa 0,1 Mikrometer Dicke versehen. Durch das bekannte photolithographische Verfahren können Teile des Aluminiums weggeätzt werden, um die Zonenplatte zu erzeugen. Zur Be-

• nutzung des Bauelements mit Licht von 1 Mikrometer Wellenlänge, das in ebener Welle senkrecht einfällt, werden die folgenden Radien gewählt: R₂ = 1,5, R₆ = 2,6 und R₁₀ = 3,4 Mikrometer. Diese Werte werden durch die Konstruktion gemäß F i g. 3 erhalten, wobei als Brechungsindex von Si₃N₄ η = 2,1 benutzt wurde, so daß die Wellenlänge im Si₃N₄ ungefähr 0,5 Mikrometer wird. Die Kontakte werden in der für Halbleiterschaltungen üblichen Weise hergestellt, d. h. durch Thermal-Kompression von Al- oder Au-Drähten an den p- und η-Regionen gemäß Fig. 5 und 50, 51, 52 und 55 in Fig. 6. An Stelle der Si₃N₄-Schicht kann auch ein niedrigschmelzendes Glas verwendet werden, wie es zuweilen zum Oberflächenschutz von Halbleiterbauelementen verwendet wird; natürlich muß dann der entsprechende Brechungsindex bei der Berechnung der Zonenplatte benutzt werden.

Der Halbleiterkörper 60 gemäß F i g. 7 mag aus einer Gallium-Arsenid-Einkristallplatte bestehen, wobei die grüne Quecksilberdampf-Spektrallinie als Pumpstrahlung 68 bis 73 benutzt wird. Die durchlässige Schicht 62 kann aus Si₃N₄ bestehen, und die Bedingung für das Auftreten einer stehenden Schwingung ist ml_v = On', wobei D die Dicke der Schicht 62, n' der Brechungsindex dieser Schicht, λ_ν die Vakuumwellenlänge der Laserstrahlung und m eine ganze Zahl ist. Die halbdurchlässige Schicht 67 kann aus einem Goldüberzug von einigen hundert Angström Dicke bestehen.

Gemäß F i g. 8 kann der Strahlungserzeugende Halbleiterkörper 80 aus GaAs und der strahlungsempfangende Halbleiterkörper 97 aus Germanium bestehen. Gemäß F i g. 9 kann der Halbleiterkörper 100 aus Germanium bestehen, das mit Arsen dotiert

ίο ist, um einen spezifischen Widerstand von 10 Ohm-cm zu erhalten. Die undurchlässigen Zonen 109 bis 115 können durch Bedampfung mit einer Legierung bestehend aus 10 Gewichtsprozent Indium und 90 Gewichtsprozent Cadmium hergestellt werden, wobei diese Legierung aus den durchlässigen Zonen durch photolithographisches Ätzen entfernt wurde. Diese Aufdampfschicht der Zonen 109 bis 115 kann in die Germanium-Oberfläche bis zu geringer Tiefe einlegiert werden, um die Haftfähigkeit und die elektrische Sperrschichtwirkung zu verbessern. Das Verfahren ist dasselbe, wie es bei der Herstellung der handelsüblichen mikrolegierten, sogenannten elektrochemischen pnp-Transistoren Verwendung findet. Der ohmsche Kontakt zum n-Halbleiterkörper 100, der nicht in F i g. 9 gezeigt ist, kann durch Anschmelzen einer Au-Sb-Legierung an einer durch Sandstrahlgebläse aufgerauhten Stelle der Halbleiteroberfläche erfolgen. Die Strahlung, welche durch den Franz-Keldysh-Effekt moduliert werden soll, hat eine Vakuum-Wellenlänge von ungefähr 1,6 Mikrometer, und die Zonenplattenoptik muß dementsprechend nach den Prinzipien der F i g. 3 konstruiert werden, wobei der Brechungsindex η = 4 des Germaniums berücksichtigt werden muß. Die lichtempfindliche Halbleiterschicht 118 kann aus PbSe hergestellt werden. Das Bauelement gemäß F i g. 9 kann auch aus einem GaAs-Körper 100 mit epitaxialem Germanium-Film 118 hergestellt werden. In diesem Falle mag der Übergang zwischen GaAs 100 und Ge 118 als lichtempfindliches Bauelement 119 dienen.

Da die Dichte der Stromträger in den meisten Halbleitermaterialien durch Strahlung geeigneter Wellenlänge geändert werden kann, ergibt sich, daß jedes Bauelement, welches aus solchem Material hergestellt ist, in der erfindungsgemäßen elektrooptischen Struktur Verwendung finden kann. Dies schließt lichtempfindliche Widerstände, pn-Übergänge, Metall-Halbleiter-Sperrschichten, pnp- und npn-Transistoren, MOS-Transistoren, Halbleiterinjizierungslaser vom pn-Ubergang-Typ und viele andere Elemente ein. Von besonderem Interesse für die vorliegende Erfindung sind Halbleiterbauelemente, die an einer flachen Oberfläche des Halbleiters liegen, wie es in der sogenannten planaren Technologie der Fall ist. Als Beispiele solcher Bauelemente seien besonders die MOS-Transistoren und die bipolaren lateralen Transistoren erwähnt.

Obwohl elektrische Halbleitung in allen erwähnten Beispielen benutzt wurde, sei bemerkt, daß daraus nicht geschlossen werden soll, daß die Erfindung auf Halbleiterbauelemente beschränkt sei. Zum Beispiel braucht das Material 60 gemäß F i g. 7 nicht ein Halbleiter zu sein, sondern es könnte der Rubin-Kristall eines Rubin-Lasers sein. Da die vorliegende Erfindung durch eine Vielzahl von Anordnungen verwirklicht werden kann, sei abschließend bemerkt, daß die Erfindung nicht auf die erwähnten Anwendungsbeispiele beschränkt ist, sondern jeweils eine

Anordnung umfaßt, die zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie, oder umgekehrt, oder zur Modulierung von Strahlungsenergie durch ein elektrisches Signal dient, ein Fresnel-optisches System umfaßt, das zur optischen Abbildung kohärenter, monochromatischer Strahlung durch Beugung und Interferenz dient, und in untrennbarer Vereinigung zwei Teile in einem einheitlichen Festkörperbauelement enthält, wobei die gegenseitige Verlagerung dieser Teile nach der Herstellung, ohne zumindest einen der Teile zu zerstören, unmöglich ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Integriertes elektrooptisches Bauelement zur Umwandlung von elektrischer Energie in Strahlungsenergie bzw. von Strahlungsenergie in elektrische Energie, unter Verwendung eines photoelektrischen Bauelements und eines optischen Systems, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System ein optisches Fresnel-System zo (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58' in Fig. 6) ist, das mit dem photoelektrischen Bauelement (50 bis 53 in Fig. 6) fiächenhaft fest verbunden ist.

2. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das photoelektrische Bauelement (50 bis 53) ein strahlungsempfindliches Halbleiter-Schaltungselement ist und daß das optische Fresnel-System (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') durch eine Zonenplatte gebildet ist, die über eine strahlungsdurchlässige Festkörperschicht (54) mit dem Halbleiter-Schaltungselement verbunden ist.

3. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das photoelektrische Bauelement (50 bis 53) einen Festkörper enthält, dessen Strahlungsabsorption durch ihm zugeführte elektrische Signale änderbar ist.

4. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das photoelektrische Bauelement (50 bis 53) durch eine elektrisch anregbare Halbleiter-Strahlungsquelle gebildet ist und daß das optische Fresnel-System (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') durch eine Zonenplatte gebildet ist, die auf einer mit der Halbleiter-Strahlungsquelle (50 bis 53) fest verbundenen strahlungsdurchlässigen Festkörperschicht (54) angeordnet ist.

5. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (55) des optischen Fresnel-Systems (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') sowohl in einem optischen als auch in einem elektrischen Kreis liegt.

6. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zone (55) der Zonenplatte (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') mit einem Elektrodenanschluß (162) versehen ist.

7. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4 und 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiter-Schaltungselement aus einem Halbleiterblock (50

in Fig. 6) des einen Leitfähigkeitstyps (n) besteht, daß in der Oberfläche des Halbleiterblocks (50) zwei Zonen (51, 52) des anderen Leitfähigkeitstyps (p) enthalten sind, daß mit diesen Zonen (51, 52) sowie mit dem Halbleiterblock

(50) jeweils ein elektrischer Kontakt verbunden ist und daß auf der Oberfläche des Halbleiterblockes (50) eine die beiden Zonen (51,52) überdeckende strahlungsdurchlässige Isolierschicht (54) vorgesehen ist, die Teil der Zonenplatte ist, welche auf ihre Oberfläche auftretende Strahlung in den zwischen den beiden Zonen (51, 52) befindlichen Bereich (53) leitet und die in ihrer Mitte (55) mit einem Elektrodenanschluß (162) versehen ist.

8. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste Zone (55) der Zonenplatte (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') strahlungsundurchlässig und elektrisch leitend ist und daß das strahlungsempfindliche Halbleiter-Schaltungselement sowohl gegen direkte panchromatische als auch gegen elektrische Strahlung abgeschirmt ist.

9. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsempfindliche Halbleiter-Schaltungselement (50 bis 53) durch die strahlungsundurchlässige Innenzone (55) der Zonenplatte (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') gegen direkte panchromatische Bestrahlung geschützt und im wesentlichen nur durch an der Zonenplfitte (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') abgebeugte monochromatische Strahlung erreichbar ist.

10. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach den Ansprüchen 4 und 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter-Strahlungskörper aus einem Halbleiterblock (50) des einen Leitfähigkeitstyps (n) besteht, daß in einer Oberfläche dieses Halbleiterblocks (50) zwei Zonen (51, 52) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (p) vorgesehen sind und daß der Bereich (53) zwischen diesen beiden Zonen (51, 52) durch eine strahlungsdurchlässige Isolierschicht (54) überdeckt ist, auf der sich eine Elektrode (162) befindet, die Teil der Zonenplatte (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') ist, welche aus dem Bereich (53) zwischen den beiden Zonen (51, 52) auf eine zwischen der Elektrode (162) und dem Halbleiterblock (50) angelegte, sich zeitlich ändernde elektrische Spannung hin austretende Strahlung aufnimmt und gebündelt abgibt.

11. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die innerste Zone (55) der Zonenplatte (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') und der Halbleiterblock (50) mit einer eine sich zeitlich derart ändernde Spannung abgebenden Spannungsquelle verbunden sind, daß in dem Halbleiterblock (50) eine sich ändernde Inversionsladung entsteht, die zur Rekombination von Elektronen-Löcher-Paaren führt, welche die aus der Zonenplatte (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') als Strahlungsbündel austretende Strahlung hervorrufen.

12. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Oberfläche der auf dem Halbleiterblock (50) befindlichen Isolierschicht (54) mit einer halbdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht überzogen ist, daß die zwischen dem Halbleiterblock (50) und der halbdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht (55) vorgesehene Isolierschicht (54) eine solche Dicke besitzt, daß zwischen der Oberfläche des Halb-

leiterblocks (50) und der halbdurchlässigen Schicht (55) stehende Wellen der auf eine Rekombination von Elektronen und Löchern sich ausbildenden Strahlung vorhanden sind, daß die halbdurchlässige Schicht (55) und der Halbleiterblock (50) an einer Modulationseinrichtung angeschlossen sind, die eine zur Modulierung der Strahlung dienende elektrische Spannung abgibt, und daß auf der dem Halbleiterblock (50) abgewandten Oberfläche der Isolierschicht (54) die Zonenplatte (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') aufgebracht ist, die so bemessen ist, daß sie genügend kurzwellige Strahlung auf die der halbdurchlässigen, elektrisch leitenden Schicht (55) benachbarte Halbleiterblock-Oberfläche zur Erzeugung von Elektronen-Löcher-Paaren durchläßt.

13. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es bei eine Pumpstrahlung so aufnehmendem optischem Fresnel-System (55,56, 56', 57, 57', 58, 58') als Festkörperlaser betrieben ist.

14. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Zonenplatte (92) eine strahlungsdurchlässige Isolierschicht (91) aufgebracht ist, die eine entsprechende Zonenplatte (84) und darüber ein dem unter der erstgenannten Zonenplatte (92) befindlichen Schichtensystem (93 bis 97) entsprechendes Schichtensystem (80 bis 83) trägt (F i g. 8).

15. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Zonenplatte (z. B. 92) eine Isolierschicht (z. B. 83) aufgebracht ist, über der ein Halbleiterkörper (z. B. 80) des einen Leitfähigkeitstyps liegt, in dessen der Zonenplatte (92) zugewandter Seite zwei Zonen (81, 82) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps enthalten sind.

16. Integriertes elektrooptisches Bauelement nach Anspruch 4 oder 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es in einer Mehrzahl nebeneinander in einer Ebene vorgesehen ist und daß die einzelnen Bauelemente durch elektrische Signale selektiv oder nacheinander zur Lichtaussendung anregbar sind.

17. Verfahren zur Herstellung eines integrierten elektrooptischen Bauelementes nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberfläche eines Halbleiterblocks (50) ein photoelektrisch wirksames System (51, 52, 53) gebildet wird, das mit einer strahlungsdurchlässigen Isolierschicht (54) überzogen wird, auf deren Deckfläche ein aus aufeinanderfolgenden strahlungsundurchlässigen und strahlungsdurchlässigen Zonen bestehendes Fresnel-System (55, 56, 56', 57, 57', 58, 58') derart aufgebracht wird, daß es zu dem photoelektrischen System (51, 52, 53) ausgerichtet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 109508/321