DE19720629A1

DE19720629A1 - Polarisationsempfindlicher Lichtwandler

Info

Publication number: DE19720629A1
Application number: DE19720629A
Authority: DE
Inventors: Erik Greger; Michael Dr Moser; Peter Dr Riel; Karlheinz Dr Gulden; Gottfried Prof Dr Doehler; Peter Dr Kiesel; Thomas Kippenberg
Original assignee: Scherrer Paul Institut
Current assignee: AVALON PHOTONICS LTD., ZUERICH, CH
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-11-19

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen polarisationsempfind lichen Lichtwandler mit einem ersten Schichtsystem aus einem Verbindungshalbleitermaterial, das zur Erzielung eines ersten Leitfähigkeitstyps dotiert ist, einem ersten und zweiten Kon takt, die an dem ersten Schichtsystem in einem Abstand zueinan der zur Bestimmung eines leitenden Kanals in der ersten Schicht vorgesehen sind, wobei in Richtung auf das erste Schichtsystem zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt einfallendes Licht eine Änderung der Leitfähigkeit in dem Kanal hervorruft, und mit einem Mittel zur Beeinflussung der Leitfähigkeitsänderung in Abhängigkeit von der Polarisation des einfallenden Lichts. Weiter betrifft die Erfindung einen polarisationsempfindlichen Schalter, eine elektrooptische Polarisationsmeßvorrichtung, ei nen Polarisationsverstärker und eine Polarisationsdrehvorrich tung jeweils unter Verwendung eines erfindungsgemäßen polarisa tionsempfindlichen Lichtwandlers.

Ein polarisationsempfindlicher Lichtwandler der eingangs ge nannten Art ist bisher in Form einer hybriden Struktur verwirk licht worden, bei der ein herkömmlich bekannter, nicht polari sationsabhängiger Lichtwandler mit einem polarisationsempfind lichen optischen Element kombiniert ist. Eine derartige Struk tur umfaßt beispielsweise ein rotierendes Polarisationsplätt chen oder ein polarisationsabhängiges Gitter bzw. Strahlteiler, die über einem Photodetektor auf der Lichteinfallsseite mecha nisch angebracht sind. Derartige hybride Systeme limitieren je doch die Packungsdichte aufgrund ihres relativ hohen Platzbe darfs, außerdem besitzen sie Nachteile im Herstellungsverfah ren, da ein zusätzlicher Montage- und Justierungsschritt für das polarisationsempfindliche optische Element an dem Photode tektor erforderlich ist.

Neben den vorher erwähnten polarisationsempfindlichen Elementen ist es auch bekannt, daß verschiedene Materialsysteme polarisa tionsempfindliche optische Eigenschaften aufweisen. Unter ande rem ist in der Veröffentlichung von E. Greger, K. H. Gulden, M. Moser, G. Schmiedel, P. Kiesel und G. H. Döhler in "Applied Physics Letters" 70 (11), 17. März 1997, Seiten 1459 bis 1461, über eine Polarisationsanisotropie in der Elektroabsorption von geordnetem Galliumindiumphosphid berichtet worden. Dabei wurde insbesondere eine starke Polarisationsabhängigkeit des Franz- Keldysch-Effekts beobachtet, d. h. eine Polarisationsabhängig keit der Lichtabsorption in der Nähe der Bandlückenenergie in Abhängigkeit von einem angelegten elektrischen Feld. Auf eine Eignung der festgestellten Polarisationsabhängigkeit für prak tische Anwendungen wird dort jedoch nicht eingegangen. Die Ab hängigkeit der Polarisationsanisotropie der Absorption von dem angelegten Feld spricht primär gegen eine praktische Anwendbar keit dieses Effekt in einem polarisationsempfindlichen Licht wandler.

Im Hinblick auf die eingangs erwähnten Probleme von polarisati onsempfindlichen Lichtwandlern in hybrider Bauweise nach dem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfin dung, einen verbesserten polarisationsempfindlichen Lichtwand ler zu schaffen, der insbesondere einfacher herstellbar ist und der eine erhöhte Auflösung und ein verbessertes Ansprechen auf Polarisationsdrehungen des Einfallslichts aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen polarisa tionsempfindlichen Lichtwandler der eingangs genannten Art, der sich dadurch auszeichnet, daß das Mittel zur Beeinflussung der Leitfähigkeitsänderung in Abhängigkeit von der Polarisation des einfallenden Lichts ein an der ersten Schicht gegenüberliegend zu der Lichteinfallsseite vorgesehenes intrinsisches Schichtsy stem aus einem Verbindungshalbleitermaterial umfaßt, das eine monoatomare Übergitterordnungsstruktur aufweist, und daß auf das zweite Schichtsystem ein drittes Schichtsystem aus einem Verbindungshalbleitermaterial folgt, das zur Erzielung eines zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung entfallen bei dem polarisati onsempfindlichen Lichtwandler die mechanisch von dem Lichtde tektor getrennt vorgesehenen Polarisationselemente, so daß kei nerlei mechanische Anbringung und Justierung dieser Elemente erforderlich ist. Dadurch wird der Platzbedarf auf einem Substrat für einen derartigen erfindungsgemäßen polarisati onsempfindlichen Lichtwandler drastisch verringert. Da die Her stellung eines erfindungsgemäßen polarisationsempfindlichen Lichtwandlers allein unter Verwendung von für die Halbleiter technik genützte Verfahren möglich ist, ist eine Miniaturisie rung, monolithische Integration, sowie die Herstellung von zweidimensionalen Arrays mit solchen Bauelementen auf einem Chip möglich. Da die Ausbildung einer Ordnungsstruktur in dem intrinisischen Schichtsystem des erfindungsgemäßen polarisati onsabhängigen Lichtwandlers einerseits durch die Wachstumsbe dingungen steuerbar, andererseits z. B. durch Ionenimplantation wieder zerstörbar ist, ist es möglich, polarisationsempfindli che und polarisationsunempfindliche Elemente nahe nebeneinander sowohl in lateraler als auch in vertikaler Richtung auf engstem Raum mit Abständen im Submikrometerbereich zu bilden.

Die oben genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines polarisationsempfindlichem Lichtwandlers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 mit den folgenden Schritten:

a) epitaktisches Wachsen des dritten Schichtsystems auf einem Substrat,
b) Wachsen des zweiten Schichtsystems auf dem dritten Schicht system durch MOVPE unter derartigen Wachstumsbedingungen, daß ein monoatomares Übergitter der Gruppe-III-Atome erzielt wird,
c) Wachsen des ersten Schichtsystems auf dem zweiten Schichtsy stem,d) lokales Datieren von Kontaktschichtbereichen in dem er sten Schichtsystem,
e) Aufdampfen von metallischen Kontakten auf den Kontakt schichtbereichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeigt wiederum deutlich die Vor teile, daß lediglich aus der Fertigungstechnik für Galliumarse nidvorrichtungen bekannte Prozeßschritte verwendet werden. Da mit lassen sich hochintegrierte Felder der erfindungsgemäßen polarisationsabhängigen Lichtwandler, gegebenenfalls mit pola risationsunabhängigen Vorrichtungen und/oder anderen elektri schen Schaltungen oder Vorrichtungen, wie z. B. oberflächenemit tierende Laser, zusammen auf einem Chip herstellen.

Der erfindungsgemäße Effekt der polarisationsabhängigen Absorp tion tritt am deutlichsten in der Nähe der Bandlückenenergie des intrinsischen Schichtsystems auf. Unter den Materialsyste men, bei denen unter bestimmten geeigneten Wachstumsbedingungen das Auftreten der geordneten Phase besonders deutlich in Er scheinung tritt, ist der diesbezügliche Lichtwellenlängenbe reich für AlGaInP von 570-630 nm, für GaInP von 630-690 nm und für GaInAs von 880-1000 nm.

Weiter betrifft die vorliegende Erfindung einen polarisati onsempfindlichen Schalter, der einen polarisationsempfindlichen Lichtwandler gemäß dem Hauptanspruch verwendet, und der weiter ein Lastelement mit nicht linearer Widerstandskennlinie in Rei he mit der Diodenstruktur des Lichtwandlers aufweist. Insbeson dere bei Verwendung eines nichtlinearen Elements in Form einer Diode als Lastelement kann eine starke Leitwertänderung des Ka nals des photoempfindlichen Lichtwandlers bei sehr geringen Än derungen in der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts erzielt werden. Dadurch lassen sich bereits Polarisationsände rungen im Bereich von weniger als einem Grad nachweisen.

Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Polarisations meßvorrichtung, die einen polarisationsempfindlichen Lichtwand ler gemäß dem Hauptanspruch verwendet, und die weiter ein Last element mit linearer Widerstandskennlinie in Reihe mit der Di odenstruktur des Lichtwandlers aufweist. Als lineares Lastele ment wird bevorzugt ein Ohm'scher Widerstand verwendet. Eine derartige Polarisationsmeßvorrichtung weist den Vorteil auf, daß ohne eine zusätzliche Kalibrierung ein genaues Messen der Polarisation des einfallenden Lichts über den gesamten Winkel bereich mit einem über einen großen Teil des Meßbereichs weit gehend linearen Verhalten möglich ist.

Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Polarisations drehvorrichtung, die einen polarisationsempfindlichen Licht wandler gemäß dem Hauptanspruch verwendet, und weiter eine Vor richtung zur Einprägung eines elektrischen Felds senkrecht zur Schichtstruktur des polarisationsempfindlichen Lichtwandlers umfaßt.

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wer den in den Unteransprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße polarisationsabhängige Lichtwandler und insbesondere der erfindungsgemäße Polarisationsschalter besit zen zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise läßt sich der zuvor genannte Polarisationsschalter beim Auslesen von magnetooptischen Disks verwenden, bei denen eine Drehung der Polarisation des Abtastlichts um ein bis zwei Winkelgrade fest gestellt werden muß. Durch die mittels der vorliegenden Erfin dung möglich gewordene hohe Integrationsdichte der polarisati onsempfindlichen Lichtwandler bzw. Schalter ist eine hochwerti ge parallele Auswertung der auf der magnetooptischen Disk ge speicherten Daten möglich. Außerdem sind die erfindungsgemäßen Vorrichtungen bei Verwendung von GaInP als intrinsischer Schicht im Lichtwellenlängenbereich von 630-690 nm betreibbar, wodurch im Vergleich zu dem bisher verwendeten roten und infra roten Licht mit größerer Wellenlänge die Auflösung und somit die Speicherdichte auf der magnetooptischen Disk weiter erhöht werden kann.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen in der Sensorik, bei der die rechts- und linksdrehenden Eigenschaften organischer Verbindungen bestimmt werden. Beispielsweise kann der Zuckerge halt einer Lösung durch den Polarisationswinkel des Lichts be stimmt werden. Mittels des polarisationsabhängigen Lichtwand lers bzw. Polarisationsmeßvorrichtung ist eine sehr feinfühli ge, quantitative Messung bereits geringer Konzentrationsände rungen einer optisch aktiven Substanz möglich.

Weitere Verwendungsmöglichkeiten bestehen in der Medizin, wo es denkbar ist, eine miniaturisierte Sonde mit einem erfindungsge mäßen polarisationsabhängigen Lichtwandler oder Lichtschalter in den menschlichen Körper einzuführen.

Auch bei neueren Anwendungen in der Kommunikationstechnik kön nen hochintegrierte Felder mit den erfindungsgemäßen polarisa tionsabhängigen Lichtwandlern zum Einsatz kommen. Die Polarisa tion in einem Lichtbündel kann räumlich variieren bzw. gezielt räumlich verändert werden. Mit einem zweidimensionalen hochin tegrierten Feld der erfindungsgemäßen Polarisationsempfindli chen Lichtwandler ist es möglich, die Polarisationsschwankung innerhalb des Lichtbündels zu messen. Damit ist eine optoelek tronische, hochgradig parallele Informationsübertragung mög lich. Außerdem wäre beispielsweise eine Verwendung für- ein po larisationscodiertes Schlüssel-Schloß-Prinzip in Hochsicher heitsanwendungen denkbar.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen lassen sich ganz allgemein in jeglicher Konfiguration verwenden, bei der die Konstanthal tung bzw. Veränderung der Polarisation von Licht überwacht bzw. detektiert werden soll.

Nachfolgend soll die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert und beschrieben werden. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer ersten Aus führungsform eines erfindungsgemäßen polarisationsemp findlichen Lichtwandlers;

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer zweiten Aus führungsform eines erfindungsgemäßen polarisationsemp findlichen Lichtwandlers;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht einer dritten Aus führungsform eines erfindungsgemäßen polarisationsemp findlichen Lichtwandlers, die einen Referenzlichtwandler umfaßt;

Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht einer vierten Aus führungsform eines polarisationsempfindlichen Lichtwand lers, die einen Referenzlichtwandler umfaßt;

Fig. 5a eine Auftragung des Kanalleitwerts des polarisationsemp findlichen Lichtwandlers in Abhängigkeit von der über die Schichtstruktur abfallenden Spannung;

Fig. 5b eine grafische Auftragung der Diodenkennlinien für die Schichtstruktur des erfindungsgemäßen Lichtwandlers und der Diodenkennlinie einer Lastdiode;

Fig. 5c eine grafische Auftragung, die auf der Ordinate in log arithmischem Maßstab den Kanalleitwert und auf der Ab szisse die Polarisierungsrichtung des Einfallslichts zeigt;

Fig. 6 ein Schaltbild, das die Verwendung des erfindungsgemäßen polarisationsabhängigen Lichtwandlers als Polarisations schalter zeigt;

Fig. 7a eine grafische Darstellung, die den Kanalleitwert in Ab hängigkeit von der über der Schichtstruktur abfallenden Spannung zeigt;

Fig. 7b eine grafische Darstellung des Kennlinienfelds der durch die Schichtstruktur gebildeten Diode des erfindungsgemä ßen polarisationsabhängigen Lichtwandlers zusammen mit der Lastlinie eines Widerstands;

Fig. 7c eine grafische Darstellung, die in linearem Maßstab die Abhängigkeit des Kanalstroms bzw. das Kontrastverhältnis des polarisationsabhängigen Lichtwandlers von der Pola risationsrichtung des Einfallslichts zeigt;

Fig. 8 ein Schaltbild, das die Verwendung des erfindungsgemäßen polarisationsabhängigen Lichtwandlers als Polarisations meßvorrichtung zeigt;

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine fingerartig ineinandergreifende Elektrodenstruktur; und

Fig. 10 eine Querschnittsansicht der in Fig. 9 gezeigten Elek trodenstruktur.

In Fig. 1 wird in einer schematischen Querschnittsansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen polarisationsabhän gigen Lichtwandlers gezeigt. Auf einem Substrat 11 aus einem Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Galliumarsenid, be findet sich eine Schicht 10 aus einem quarternären Verbindungs halbleitermaterial, z. B. (Al)GaInP, die p-dotiert ist. Darüber befindet sich eine intrinsische Schicht 9 aus einem ternären Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise GaInP. Darüber wie derum ist eine Schicht 8 aus einem quarternären Verbindungs halbleitermaterial vorgesehen, vorzugsweise (Al)GaInP, die n dotiert ist. Auf dieser n-dotierten Schicht befinden sich im Abstand zueinander hochdotierte n-Kontaktschichten 2, auf denen wiederum n-Kontakte 1 und 7 vorgesehen sind, die nachfolgend als Source 1 und Drain 7 bezeichnet werden. Diese Kontakte be stimmten in der Schicht 8 einen n-Kanal. Das Oberflächengebiet der Schicht 8 zwischen der Source 1 und der Drain 7 ist in der gezeigten Ausführungsform mit einer Antireflexionsvergütung 6 überzogen. Der Schichtaufbau ist seitlich von den Source- und Drainkontakten zurückgeätzt bis zur Schicht 10 zur Bildung ei ner Mesastruktur. Die seitlichen Flanken der Mesastruktur sind mit einer Passivierungsschicht, beispielhaft aus Polyamid, überzogen. Auf der p-dotierten Schicht 10 befinden sich seit lich von der Mesastruktur ein oder mehrere, ggf. ringförmig verbundene p-Kontakte 5, die nachfolgend als Gatekontakte be zeichnet werden. Unter der p-Schicht 10 kann eine Buffer- Schicht aus GaAs (p⁺-dotiert) vorgesehen sein, wobei in diesem Fall die Mesaätzung vollständig durch die p-dotierte Schicht 10 hindurchreicht bis in diese GaAs-Buffer-Schicht. Mittels der hochdotierten p⁺-GaAs-Buffer-Schicht ist ein verbesserter Gate kontakt erzielbar.

Bei den vorgenannten Schichten kann es sich auch um Schichtsy steme aus mehreren Schichten oder um Schichten mit sich über ihre Dicke verändernden Materialzusammensetzungen handeln. Bei spielsweise kann die oberste Schicht auch eine AlGaAs-Schicht sein, die von der instrinsischen Seite ausgehend einen kontinu ierlich zunehmenden Al-Gehalt aufweist. Die Zunahme des Al- Gehalts kann dabei auch stufenförmig mit zwei oder mehr Stufen erfolgen.

Generell sind die vorgenannten Schichten nicht auf die angege benen Materialien beschrieben. Insbesondere kann die oberste Schicht 8 aus AlGaAs oder AlAs bestehen, solange die Vorausset zung erfüllt ist, daß die Bandlücke dieser Schicht größer ist als die Bandlücke der instrinsischen Schicht. Dies trifft ent sprechend auch für die p-dotierte Schicht 10 zu. Die intrinsi sche Schicht ist nicht notwendigerweise auf ein ternäres Mate rial beschränkt, sondern könnte auch ein quarternäres Material umfassen, dessen Zusammensetzung im Hinblick auf die geringere Bandlücke im Vergleich zu den umgebenden Schichten geeignet ge wählt sein muß.

Erfindungsgemäß liegt die intrinsische Schicht 9 in einer ge ordneten Phase vor, in der die Gruppe-III-Atome, z. B. in o.g. Materialsystem, in Form eines monoatomaren Übergitters entlang der [III]_B-Kristallrichtungen angeordnet sind. Bei anderen Kri stallsystemen können mehratomare Übergitter entlang anderer Kristallrichtungen vorliegen.

In der vorliegenden Ausführungsform der Fig. 1 ist eine nip- Schichtstruktur (bei Betrachtung von der Lichteinfallseite) ge zeigt ist. Es kann auch eine pin-Schichtstruktur verwendet wer den.

Vorzugsweise ist die n-Kanal-Schicht 8 derart ausgebildet, daß das Einfallslicht mit vorbestimmter Wellenlänge nahezu voll ständig transmittiert wird und erst in der darunterliegenden intrinsischen Schicht 9 absorbiert wird. Da die transmittierte Intensität proportional zu exp(-αd) ist (α ist der Absorptions koeffizient, d ist die Schichtdicke), ist hierzu die Dicke d der Schicht 8 sehr klein und/oder das stöchiometrische Verhält nis von AlAsInP derart, daß die Bandlückenenergie größer ist als die Energie der einfallenden Photonen. Da die Ausbildung einer Ordnung der Gruppe-III-Atome in einem Übergitter eben falls eine Verringerung der Bandlückenenergie bewirkt, ist es sogar möglich, gleiche Materialzusammensetzungen für die n- Kanal-Schicht 8 und die instrinsische Schicht 9 vorzusehen.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen polarisationsempfindlichen Lichtwandlers gezeigt, wobei die zu der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführungsform gleichen oder ähnlichen Teile mit gleichen, jedoch um 100 erhöhten Bezugszei chen bezeichnet sind. Eine Beschreibung von gleichen oder ähn lichen Teilen wird hier unterlassen.

Die in Fig. 2 gezeigte zweite Ausführungsform unterscheidet sich hauptsächlich dadurch von der ersten Ausführungsform, daß das Substrat 111 eine Durchbrechung 112 aufweist, so daß zwi schen den Kontakten 106 und 107 einfallendes Licht die nip- Schichtstruktur passieren kann und durch die Durchbrechung 112 auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats austreten kann. Wie nachfolgend ausführlich erläutert wird, kann die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform vorteilhaft für eine Polarisations drehvorrichtung verwendet werden. Anstelle der in Fig. 2 ge zeigten Durchbrechung für eine in Transmission arbeitende Pola risationsdrehvorrichtung wäre es für eine derartige, in Refle xion und damit in zweifacher Transmission arbeitende Vorrich tung möglich, (eine) reflektierende Schicht(en) zwischen dem Substrat 111 und der Schicht 110 vorzusehen.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen polarisationsempfindlichen Lichtwandlers gezeigt. In dieser Ausführungsform sind wieder die zu der in Fig. 1 gezeigten Aus führungsform gleichen oder ähnlichen Teile mit gleichen, jedoch um 200 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet.

Die in Fig. 3 gezeigte dritte Ausführungsform umfaßt neben dem polarisationsempfindlichen Lichtwandler (linke Schichtstruktur in Fig. 3) eine polarisationsunempfindliche Referenzstruktur. Der polarisationsempfindliche Lichtwandler umfaßt wieder eine Mesastruktur mit einer nip-Schichtfolge mit der n-Schicht 208, der instrinsischen, geordneten Schicht 209 und der p-Schicht 210. Die polarisationsunempfindliche Differenzstruktur ist als Doppelmesastruktur ausgebildet, wobei eine untere nip-Schicht struktur mit der n-Schicht 208, der geordneten, instrinsischen Schicht 209, und der p-Schicht 210 einen breiteren Mesa bildet, auf dem ein schmälerer Mesa mit einer nichtgeordneten, instrin sischen Schicht 220 und einer n-Schicht 221 vorgesehen ist. An der Schulter zwischen dem schmäleren oberen Mesa und dem brei teren darunterliegenden Mesa sind auf der n-Schicht n-Kontakte 222 und 223 vorgesehen. Auf der obersten Schicht 221 sind p- Kontakte 224 und 225 im Abstand zueinander vorgesehen.

Zur elektrischen Isolation des polarisationsempfindlichen Lichtwandlers und des polarisationsunempfindlichen Referenz lichtwandlers ist die unterste p-Schicht 210 durch eine bis in das Substrat reichende Materialabtragung, beispielsweise eben falls eine Mesaätzung, entfernt.

Andere bekannte Verfahren zur elektrischen Isolation der Struk turen beinhalten anstelle einer Trennung durch Ätzen die Im plantation in die Planarschichtbereiche zwischen den entspre chenden Schichtstrukturen des polarisationsempfindlichen Licht wandlers und des polarisationsunempfindlichen Referenzlicht wandlers, beispielsweise zur Zerstörung des Gitters oder zur Erzeugung von in lateraler Richtung sperrenden Übergängen. Zur Kontaktierung der p-Schicht wird hierbei lokal die oberste n- Schicht und die intrinsische Schicht zur Erzielung einer p-Typ- Leitfähigkeit zwischen zwei Trennimplantationsbereichen umdo tiert.

Die polarisationsempfindliche und die polarisationsunempfindli che Lichtwandlerstruktur werden unter Verwendung von aus der Fertigung von integrierten Schaltungen bekannten Verfahren her gestellt und können daher sehr nahe nebeneinander angeordnet werden mit Abständen zwischen den beiden Strukturen von weniger als einem Mikrometer.

Auch bei der dritten Ausführungsform ist es wiederum möglich, die Schichtreihenfolge umzukehren und jede n-Schicht durch eine p-Schicht und jede p-Schicht durch eine n-Schicht zu ersetzen.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform eines mit einem Re ferenzlichtwandler versehenen erfindungsgemäßen polarisati onsempfindlichen Lichtwandlers gezeigt. Bauteile, die zu den in Fig. 1 gezeigten gleich oder ähnlich sind, sind wiederum mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1, jedoch um 300 erhöht, be zeichnet. Der polarisationsempfindliche Lichtwandler (linke Schichtstruktur in Fig. 4) weist wieder die nip-Schichtstruktur mit der n-Schicht 308, der geordneten intrinsischen Schicht 309 und der p-Schicht 310 auf. Seitlich neben der Mesastruktur des polarisationsempfindlichen Lichtwandlers sind wieder p-Kontakte 305 auf der p-Schicht 310 vorgesehen. Neben dem polarisati onsempfindlichen Lichtwandler ist ein polarisationsunempfindli cher Lichtwandler auf dem Substrat 311 mit sehr ähnlichem Auf bau vorgesehen. Auf der p-Schicht 310 befindet sich eine unge ordnete intrinsische Schicht 320, über der wiederum die n- Schicht 321 vorgesehen ist. Auf der obersten n-Schicht 321 be finden sich wieder Source- und Drainkontakte 324 und 325. Seit lich neben dem in Form einer Mesastruktur ausgebildeten Schichtstapels des polarisationsunempfindlichen Referenzlicht wandlers sind p-Kontakte 322 und 323 auf der p-Schicht 310 vor gesehen.

Im Gegensatz zu der geordneten Struktur 309 des polarisati onsempfindlichen Lichtwandlers ist die intrinsische Schicht 320 des polarisationsunempfindlichen Lichtwandlers ungeordnet, was entweder durch entsprechende lokal geänderte Wachstumsbedingun gen oder, wenn die Schichtstruktur 309 geordnet gewachsen wird, durch anschließendes Zerstören ihres Ordnungszustands durch ei ne lokale thermische Behandlung oder Implantation erzielt wird.

Wie in Fig. 4 durch Strichlierung veranschaulicht ist, ist es entweder möglich, die nebeneinanderliegenden p-Kontakte 305 und 323 mit einer Metallisierung 330 zu verbinden, oder durch einen bis in das Substrat 311 reichenden Graben 331 zwischen den bei den Kontakten zu isolieren. Der seitliche Abstand des p-Kon takts 305 von dem p-Kontakt 323 kann wiederum weniger als ein Mikrometer betragen.

Nachfolgend wird ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung des in Fig. 1 gezeigten polarisationsempfindlichen Lichtwand lers beschrieben. Zunächst wird auf der (001)-Oberfläche eines Galliumarsenidsubstrats eine AlGaInP-Schicht durch MOVPE mit einer Dicke von beispielsweise 1300 nm abgelagert. Zur Erzie lung einer p-Dotierung wird ein geeigneter Dotierstoff in diese Schicht eingelagert. Über der p-dotierten AlGaInP-Schicht wird eine intrinsische undotierte Schicht Ga_0,5In_0,5P-Schicht eben falls mittels MOVPE mit einer Dicke von beispielsweise 800 nm abgelagert. Zur Erzielung eines hohen Ordnungsgrads in der GaInP-Schicht wird die Wachstumstemperatur im wesentlichen in Abhängigkeit von der Substratorientierung in einem Bereich von 630-720°C eingestellt. Bei Einhaltung dieser Wachstumsbedingun gen weist die intrinsische GaInP-Schicht ein monoatomares Über gitter der Gruppe-III-Atome entlang der [III]_B-Kristallrichtun gen auf. Die Ausbildung der geordneten Phase für die intrinsi sche Schicht wurde bei einer Aufbringung auf die (001)- Substratoberfläche für Fehlorientierungen in der [III]_B- Kristallrichtung in einem Bereich von 0-15° nachgewiesen. Wäh rend des Aufdampfens der intrinsischen Schicht ist es vorteil haft, die Gruppe-V-Atome in einem 10- bis 130fachen Überschuß im Verhältnis zu den Gruppe-III-Atomen in die MOVPE-Vorrichtung einzubringen. In der nachfolgenden Tabelle ist für vier ver schiedene Proben die Substratorientierung und der festgestellte Ordnungsparameter η, die Energielücke ΔE_BGR und die Bandlücke E_g aufgetragen. Unter exakter Substratorientierung wird eine Auf bringung auf die (001)-Substratoberfläche ohne Fehlorientierung bzw. Verkippung verstanden. Der Ordnungsparameter η ist defi niert durch den Anteil der an den Übergitterplätzen angeordne ten Anteil der Gruppe-III-Atome zu ihrer Gesamtmenge. Die Ener gielücke ΔE_BGR bezeichnet die durch die Ausbildung der Ord nungsphase erhaltene Absenkung der Bandlückenenergie.

Die in der Tabelle angegebenen Proben wurden auf (001) Substra ten mit angegebener Verkippung gewachsen, wobei die Wachstums rate 20 nm/min und das V-/III-Verhältnis (= Zahl der Gruppe III-Moleküle durch Zahl der Gruppe-V-Moleküle, die in den Reak tor strömen) ca. 120 war.

Über der intrinsischen Schicht wird anschließend ebenfalls durch MOVPE eine n-dotierte AlGaInP-Schicht, beispielsweise mit 300 nm Dicke, abgelagert. Anschließend wird eine Mesastruktur durch nachchemisches Rückätzen bis zur p-Schicht erzeugt. Die Flanken der Mesastruktur wurden beispielsweise mit einer Polya midschicht passiviert. Schließlich werden die hochdotierten Kontaktschichten 2 durch MOVPE unter einem hohen Dotierstoffan teil und anschließendes Abätzen des mittleren Bereichs erzeugt, und anschließend wird zur Bildung der Source- und Drainkontakte 1 und 7 auf den Kontaktschichten 2 ein Kontaktmetall abgela gert. In gleicher Weise wird auf der p-Schicht seitlich von der Mesastruktur nach Öffnung von geeigneten Fenstern in der Passi vierungsschicht 4 ein p-Kontaktmetall 5 abgelagert.

Zur Herstellung der in Fig. 3 gezeigten Struktur mit einem po larisationsunempfindlichen Referenzlichtwandler wird nach der Herstellung der Mesastruktur für den polarisationsempfindlichen Lichtwandler durch eine geeignete Maskierungstechnik der pola risationsunempfindliche Lichtwandler weiter aufgebaut durch Ab lagern der weiteren nichtgeordneten intrinsischen GaInP-Schicht 220 und der p-dotierten AlGaInP-Schicht 221. Zum nichtgeordne ten Wachstum der GaInP-Schicht 220 werden eine Substrattempera tur außerhalb des Bereichs von 580-620°C, sich während des Wachstums verändernde stöchiometrische Zusammensetzungen und/oder sich während des Wachstums verändernde Wachstumsraten verwendet.

Die Bestimmung der Mesas und der Kontaktmetallisierungen er folgt wieder durch dem Fachmann wohlbekannte Verfahren unter Verwendung geeigneter Maskierungs- und Ätztechniken.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform, die einen polarisati onsunempfindlichen Referenzlichtwandler aufweist, umfaßt zwei zunächst auf die gleiche Weise hergestellte Mesastrukturen, die anfänglich gleiche intrinsische Schichten 309 und 320 mit hoher Ordnung aufweisen. Für den polarisationsempfindlichen Referenz lichtwandler wird jedoch die Ordnung in der intrinsischen Schicht 320 durch eine die Leitfähigkeit möglichst geringfügig beeinflussende Implantation, oder durch thermische Behandlung lokal in dieser Schicht zerstört.

Nachfolgend wird das Prinzip und die Wirkungsweise des erfin dungsgemäßen polarisationsempfindlichen Lichtwandlers erläu tert.

Die Polarisationsempfindlichkeit des hier beschriebenen Halb leiterlichtwandlers beruht auf der Polarisationsaniostropie von geordneten III-/V-Halbleiterverbindungen. Der Ordnungseffekt in der intrinsischen Schicht, die als Absorptionsschicht für das in den Lichtwandler eindringende Licht wirkt, tritt bei geeig neten Wachstumsbedingungen spontan beim epitaktischen Wachstum ternärer und quarterärer Halbleitermaterialien durch metallor ganische Gasphasenepitaxie (MOVPE) ein. Wie oben erläutert wur de, tritt die Ordnung bei Einhaltung einer bestimmten Wachstum stemperatur, die von der Substratorientierung abhängt, auf. Die geordnete Phase zeigt sich für das AlGaInP/GaInP/AlGaInP- Materialsystem in einer Anordnung der Gruppe-III-Atome in Form eines monoatomoaren Übergitters entlang der [III]_B- Kristallrichtungen. Die dadurch bedingte reduzierte Symmetrie in geordneten III-/V-Halbleitermaterialien verursacht eine si gnifikante Änderung der optischen und elektrischen Eigenschaf ten des Halbleitermaterials. Dieser Ordnungseffekt tritt in vielen III-/V-Halbleitermaterialien auf, zeigt sich aber am deutlichsten in dem AlGaInP- und GaInP-Materialsystemen, das daher beispielhaft den beschriebenen Ausführungsformen als Ma terial zugrundeliegen soll. Andere geeignete Kandidaten für das Materialsystem sind GaInAs und antimonidhaltige III/V- Verbindungen.

Der Absorptionskoeffizient α von geordnetem AlGaInP besitzt ei ne ausgeprägte Polarisationsabhängigkeit, die durch die Valenz bandaufspaltung des Leicht- und Schwerlochbandes am F-Punkt, sowie durch eine Polarisationsabhängigkeit der Valenzband- Leitungsbandübergangsmatrixelemente verursacht wird. Die Va lenzbandaufspaltung kann durch zusätzliche Verspannung der Schichten weiter vergrößert werden. Da die Ordnungsebenen im Kristall schräg (entlang der [III]_B-Kristallrichtungen) zur Wachstumsrichtung ([001]-Richtung) verlaufen, wird für in der Wachstumsebene einfallendes, linear polarisiertes Licht ein ma ximaler Unterschied in der Absorption für eine Polarisation des Lichts entlang der [011] (Θ = 0°) und der [01-1] (Θ = 90°) kri stallographischen Richtung beobachtet.

Auf den erfindungsgemäßen polarisationsempfindlichen Lichtwand ler einfallendes Licht wird hauptsächlich in der geordneten in trinsischen Schicht absorbiert, wobei Ladungsträger (Elektron- Loch) Paare erzeugt werden. Durch das in der nip-Schicht-Struk tur eingebaute und entlang der Schichten abfallende Feld werden die Ladungsträger getrennt. Durch dadurch die erhöhte Zahl der Ladungsträger in der n-Schicht bei Lichteinfall ändert sich ihr Leitwert. Dies führt zu einer sehr hohen Photoleitungsverstär kung.

Die Responsivität eines Photodetektors ist definiert als

wobei I_photo den Photostrom und P_opt die einfallende optische Leistung bezeichnen. Der externe Quantenwirkungsgrad η_ext des Photodetektors berechnet sich als

η_ext = (1-R) η_int (1-e^-α(hω).d)), (2)

der somit exponentiell vom Absorptionskoeffizienten abhängt. Weiterhin werden durch den Faktor (1-R) Reflexionsverluste an der Luft-Halbleiter-Grenzfläche, sowie durch den internen Quan tenwirkungsgrad η_int interne Verluste berücksichtigt. d bezeich net die Dicke der absorbierenden Schicht. Da der Absorptions koeffizient von geordnetem AlGaInP stark von der Polarisations richtung des einfallenden Lichts abhängt, wird durch die Glei chungen (1) und (2) klar, daß die Responsivität eines Detektors mit geordnetem Material in der absorbierenden Schicht ebenfalls polarisationsabhängig ist. Somit wird im Gegensatz zu isotrop absorbierenden Materialien der Photostrom I_photo durch die opti sche Leistung P_opt und durch die Polarisationsrichtung des ein fallenden Lichts verändert.

Mittels des in Fig. 1 gezeigten Gatekontakts 5 kann ein zusätz liches elektrisches Feld senkrecht zu den Schichten 8, 9 und 10 angelegt werden. Dadurch können einerseits die photogenerierten Ladungsträger noch effizienter getrennt werden, und anderer seits kann damit ähnlich wie bei einem Feldeffekttransistor der Leitwert G_nn im n-Kanal gesteuert werden. Die notwendige Span nung, um den n-Kanal völlig zu entleeren, wird als U thres|pn be zeichnet.

In Fig. 6 ist die Verschaltung des erfindungsgemäßen polarisa tionsempfindlichen Lichtwandlers 460 mit einem Lastelement ge zeigt, das als eine Diode 450 ausgeführt ist, die in Reihe mit der Gateelektrode vorgesehenen ist. Gemäß der Kirchhoff'schen Regel gilt:

Die Last dient hierbei im wesentlichen als Stromquelle und be steht beispielsweise aus einer zweiten, monolithisch integrier ten pin-Photodiode. Bei Verwendung der in Fig. 6 gezeigten Pho todiode (Referenzdiode) kann der Arbeitspunkt im pn-Kreis durch die auf die Referenzdiode auftreffende Richtleistung P ref|opt einge stellt werden. Wie in den Fig. 5a und 5b gezeigt ist, läßt sich der Arbeitspunkt im pn-Kreis nach dem Kirchoff'schen Ge setz grafisch aus dem Schnittpunkt der Photostromlinien für das Lastelement und den erfindungsgemäßen Lichtwandler bestimmen.

In Fig. 5a zeigt U 0|pn die sowohl über dem Lastelement als auch über dem erfindungsgemäßen Lichtwandler abfallende Spannung. Die Widerstandskennlinie des Lastelements entspricht der stark nichtlinearen Diodenkennlinie ("Lastline" der Referenzdiode) Bei Einstrahlung von Licht mit einer ersten Polarisationsrich tung tritt ein relativ geringer negativer Photostrom I 1|photo auf, so daß der Schnittpunkt der Lastlinie der Referenzdiode und der Stromlinie des ersten Photostroms I 1|photo bei einem Spannungswert U sw(1)|pn liegt, der kleiner als der Wert U thres|pn ist. Dadurch wird der Kanal in der n-Schicht nahezu vollständig geleert und die Leit fähigkeit G_nn fällt somit nahezu auf Null ab.

Ein nur geringfügig veränderter Photostrom I 2|photo, der durch Än derung der Polarisationsrichtung des Einfallslichts und die da mit unterschiedliche Responsivität des Photodetektors erzielt wird, führt zu einer großen Verschiebung des Schnittpunkts der Stromkurven entlang der Spannungsachsen in den Fig. 5a und 5b. Die an dem Schichtstapel des erfindungsgemäßen Lichtwand lers abfallende Spannung U 0|pn sinkt nun auf einen sehr kleinen Wert, so daß der Leitwert G_nn in der n-Kanalschicht stark erhöht wird.

In Fig. 5c ist die Veränderung des Leitwerts G_nn in Abhängigkeit von einer Änderung der Responsivität bzw. des Polarisationswin kels des Einfallslichts logarithmisch aufgetragen. Aus dieser Auftragung ist deutlich ersichtlich, daß insbesondere durch die Kombination des erfindungsgemäßen polarisationsempfindlichen Lichtwandlers mit einer Diode, vorzugsweise einer zusammen mit dem erfindungsgemäßen Lichtwandler integrierten Photodiode ohne Polarisationsabhängigkeit, ein drastischer Anstieg des Leit werts in der n-Kanalschicht bereits für eine sehr kleine Pola risationsänderung erzielt werden kann. Bei geeigneter Wahl der Spannung U 0|pn kann der Arbeitspunkt so eingestellt werden, daß der Leitwert des n-Kanals unmittelbar vor oder nach der in Fig. 5c gezeigten Schwelle liegt. In diesem Fall ist der mit einer in Reihe an den Gateanschluß angeschlossenen Lastdiode ver schaltete erfindungsgemäße polarisationsempfindliche Lichtwand ler als Polarisationsschalter zu verwenden.

Der Arbeitspunkt der Last wird dabei so eingestellt, daß für die Kennlinie I 1|photo der Spannungsabfall an der pin-Struktur des polarisationsempfindlichen Lichtwandlers U sw|pn kleiner ist als die Schwellspannung U thres|pn für das Leeren des n-Kanals. Für die Kenn linie I 2|photo beträgt der Spannungsabfall U sw|pn dagegen rund 0 Volt. Wird durch kontinuierliches Drehen der Polarisationsrichtung die Responsivität der pin-Struktur des Lichtwandlers verändert, so verschiebt sich der Arbeitspunkt (Schnittpunkt der I-V- Linien) zunächst kontinuierlich langsam entlang der Lastlinie der Referenzdiode, wobei sich der Spannungsabfall U sw|pn an der pin-Struktur des polarisationsempfindlichen Lichtwandlers nur geringfügig ändert. Mit Erreichen einer kritischen Responsivi tät bzw. Polarisationsänderung ΔΘ führt eine geringfügige Ver schiebung der I-V-Linie der pin-Struktur des polarisationsemp findlichen Lichtwandlers zu einer sprunghaften Änderung des Spannungsabfalls U sw|pn, womit eine gleichzeitige Änderung des Stroms bzw. Leitwerts im n-Kanal zwischen Source und Drain um viele Größenordnungen verbunden ist. Die Empfindlichkeit des Schalters auf Polarisationsänderungen ist im Prinzip nur durch die Steigung der Kennlinien (Last, I 1|photo und I 2|photo) gegeben. Je flacher die Kennlinien verlaufen, desto empfindlicher reagiert diese Schaltung auf Änderungen der Polarisationsrichtung. Bei geeigneter Wahl des Arbeitspunkts reicht bereits eine Änderung der Polarisationsrichtung von nur wenigen Winkelgraden aus, um ein Schalten von "EIN" nach "AUS" und umgekehrt zu erzielen.

In einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 8 gezeigt ist, wird anstelle eines Lastelements in Form einer Diode ein Ohm'scher Widerstand 550 mit einer linearen Stromspannungskenn linie in Reihe zu dem Gate der pin-Struktur des polarisati onsempfindlichen Lichtwandlers 560 geschaltet. In diesem Fall wirkt die Schaltung mit dem erfindungsgemäßen polarisationsemp findlichen Lichtwandler als Polarisationsmeßvorrichtung.

In Fig. 7a und 7b ist veranschaulicht, wie die Arbeitspunkte dabei eingestellt werden. Die äußere Spannung U 0|pn liegt ungefähr bei dem Wert der Schwellwertspannung zum Entleeren des Kanals U thres|pn. Der Arbeitspunkt der Last wird so eingestellt, daß für in der 0°-Richtung polarisiertes Licht der Spannungsabfall an der nip-Struktur des polarisationsempfindlichen Lichtwandlers U sw|pn ungefähr der Schwellwertspannung U thres|pn entspricht. Für senkrecht (90°) polarisiertes Licht beträgt der Spannungsabfall über der pin-Struktur des polarisationsempfindlichen Lichtwandlers U sw|pn = 0 Volt. Der Strom im n-Kanal bzw. der Leitwert des n-Kanals än dern sich dabei proportional zu sin²θ, wobei θ den Polarisati onswinkel bezeichnet. Eine Kalibrierung ist dabei nicht erfor derlich, da in diesem Fall die Minimalwerte der Leitfähigkeit des n-Kanals mit der Polarisation von 0° übereinstimmen. In Fig. 7c sind Meßwerte des n-Kanalstroms I_nn bzw. des Kontrastverhält nisses für die in Fig. 8 gezeigte Schaltung aufgetragen, die deutlich die Proportionalität des Kanalstroms I_nn zu sin²θ zei gen.

Aufgrund der unterschiedlichen Absorption für Licht mit unter schiedlicher Polarisation ist es möglich, bei Betrieb des er findungsgemäßen polarisationsempfindlichen Lichtwandlers in Transmission, beispielsweise mit einer in Fig. 2 gezeigten Struktur, die Polarisationsebene des transmittierten Lichts ge genüber dem einfallenden Licht zu drehen. Eine derartige auf dem erfindungsgemäßen polarisationsempfindlichen Lichtwandler basierende Polarisationsdrehvorrichtung besitzt den Vorteil, daß sie in senkrechter Geometrie betreibbar ist (senkrechter Einfall/Transmission des Lichts zur Substratoberfläche), wo durch eine Anordnung in zweidimensionalen Arrays möglich ist.

Eine Veränderung der Polarisationanisotropie für eine Photo nenenergie nahe der Bandkante der Absorption eines Halbleiters ist durch Anlegen eines elektrischen Feldes möglich. Aufgrund der Polarisationsanisotropie der Absorption in geordnetem Mate rial erfolgt die Änderung der Absorption durch Anlegen eines elektrischen Felds polarisationsabhängig. Zum Anlegen eines elektrischen Feldes können in Fig. 9 und 10 gezeigte ineinan dergreifende Kämme 601 und 602 als Elektroden verwendet werden. Die einzelnen Finger der Kammelektroden 601 und 602 bilden Schottky-Kontakte auf einem Substrat 604 aus einem Verbindungs halbleitermaterial. Zwischen den Elektroden 601 und 602 ist der Feldlinienverlauf im Substrat mit Bezugszeichen 603 bezeichnet.

Bei Verwendung derartiger Elektrodenstrukturen kann sogar eine gegensätzliche Änderung der Absorption für zueinander senkrech te Polarisationsrichtungen erzielt werden. Das heißt, der Un terschied in der Absorption ΔΔ mit und ohne angelegtem Feld ist für ΔΔ(011) größer als 0; und für ΔΔ(01-1) kleiner als 0. Damit kann eine zusätzliche Verbesserung in der Drehung der Polarisa tionsrichtung bei transmittiertem Licht durch Anlegen eines elektrischen Feldes mit der in den Fig. 9 und 10 gezeigten Elektrodenstruktur erzielt werden.

Die Ausbildung der für diese Erfindung ausgenützten Ordnungsef fekte in der intrinsischen Schicht im Verbindungshalbleiterma terial kann sowohl durch die Wachstumsparameter beeinflußt wer den als auch nach dem Wachstum durch äußere Einflüsse, wie z. B. Ionenimplantation oder thermische Einwirkungen lokal durch ent sprechende Maskierung oder Fokussierung wieder zerstört werden. Somit ist eine monolithische Integration von polarisationsemp findlichen und polarisationsunempfindlichen Bauelementen mög lich. Dies ist sowohl in vertikaler als auch in lateraler Rich tung möglich. Bei der Integration von polarisationsabhängigen und polarisationsunabhängigen Bauelemente auf engstem Raum, wie es beispielsweise in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, kann das polarisationsunabhängige Bauelement zur Referenzierung dienen. Außerdem ist es möglich, neben den Lichtwandlerelementen auch Lichtemissionselemente in Form von senkrecht zur Oberfläche emittierenden Lasern durch ähnliche Herstellungsverfahren auf dem gleichen Chip zu integrieren.

Die vorliegende Erfindung schafft somit den wesentlichen Vor teil, daß aus der Halbleitertechnik bekannte Herstellungsver fahren zur Bildung des polarisationsempfindlichen Lichtwandlers verwendet werden können und ein bisher übliches mechanisches Anbringen und Justieren eines polarisationsempfindlichen Ele ments bei hybrider Bauweise wegfällt. Damit lassen sich die po larisationsempfindlichen Lichtwandler in großer Zahl und mit hoher Packungsdichte in Feldform auf einem einzigen Chip mit hoher Ortsauflösung herstellen.

Claims

1. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler mit
einem ersten Schichtsystem (8) aus einem Verbindungshalbleiter material, das zur Erzielung eines ersten Leitfähigkeitstyps do tiert ist,
einem ersten und zweiten Kontakt (1, 7), die an dem ersten Schichtsystem (8) in einem Abstand zueinander zur Bestimmung eines leitenden Kanals in dem ersten Schichtsystem vorgesehen sind, wobei in Richtung auf das erste Schichtsystem zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt einfallendes Licht eine Än derung der Leitfähigkeit in dem Kanal hervorruft,
und mit einem Mittel zur Beeinflussung der Leitfähigkeitsände rung in Abhängigkeit von der Polarisation des einfallenden Lichts, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Beeinflus sung der Leitfähigkeitsänderung in Abhängigkeit von der Polari sation des einfallenden Lichts ein an dem ersten Schichtsystem (8) gegenüberliegend zu der Lichteinfallsseite vorgesehenes in trinsisches Schichtsystem (9) aus einem Verbindungshalbleiter material umfaßt, das eine monoatomare Übergitterordnungsstruk tur aufweist, und
daß auf das zweite Schichtsystem (9) ein drittes Schichtsystem (10) aus einem Verbindungshalbleitermaterial folgt, das zur Er zielung eines zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert ist.

2. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß an dem dritten Schichtsystem (10) ein dritter Kontakt(s) vorgesehen ist.

3. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schichtsy stem (8) eine gegenüber dem zweiten Schichtsystem um wenigstens eine Größenordnung geringere Absorption für das Einfallslicht aufweist.

4. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß einem der An sprüche 1, 2 oder 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das in trinsische Schichtsystem aus einem Verbindungshalbleitermateri al aufgebaut ist, dessen Bandlückenenergie geringer ist als die der Verbindungshalbleitermaterialien, die die umgebenden Schichtsysteme bilden.

5. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schichtsystem (8) einen Aluminium, Gallium, Indium und Phosphor umfassenden Verbindungshalbleiter aufweist.

6. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß einem der An sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Schichtsystem (9) einen Gallium, Indium und Phosphor umfassen den Verbindungshalbleiter aufweist.

7. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schichtsystem (10) einen Aluminium, Gallium, Indium und Phos phor umfassenden Verbindungshalbleiter aufweist.

8. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schichtsystem (8) eine n-Typ-Leitfähigkeit und das dritte Schichtsystem (10) eine p-Typ-Leitfähigkeit aufweisen.

9. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober fläche das ersten Schichtsystem (8) zwischen dem ersten und zweiten Kontakt (1, 7) mit einer Antireflexschicht (6) be schichtet ist.

10. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zwei te Schichtsystem (9) ein monoatomares GaP/InP-Übergitter ent lang der [111]_B-Kristallrichtung aufweist.

11. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das drit te, zweite und erste Schichtsystem in dieser Reihenfolge auf einem Substrat (11) vorgesehen sind.

12. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß Anspruch 11, weiter dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem dritten Schichtsystem (10) und dem Substrat (11) eine Lichtreflexions vorrichtung vorgesehen ist.

13. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß Anspruch 11, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in einem dem Kanalbereich entsprechenden Gebiet eine Durchbrechung (112) aufweist.

14. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß einem der An sprüche 1 bis 13, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der den polarisationsempfindlichen Lichtwandler bildende Aufbau eine bis zum dritten Schichtsystem reichende Mesastruktur unter Be lassung der Schichten unterhalb des ersten und zweiten Kontakts und des dazwischenliegenden Kanals bildet.

15. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter dadurch gekennzeichnet, daß ein vierter und fünfter Kontakt (301, 307) auf dem ersten Schichtsystem in einem Abstand zueinander zur Bestimmung einer zweiten Struktur mit einem zweiten leitenden Kanal in dem er sten Schichtsystem vorgesehen sind,
wobei die Schichtsysteme der den ersten und den zweiten Kanal tragenden Strukturen voneinander elektrisch getrennt sind, und
wobei das zweite Schichtsystem (320) unter dem zweiten Kanal eine gegenüber dem zweiten Schichtsystem (309) unter dem ersten Kanal geringere Ordnung aufweist
wodurch der Schichtaufbau unter dem zweiten Kanal als polarisa tionsunempfindlicher Referenzlichtwandler wirkt.

16. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß lateral neben der Struktur des po larisationsempfindlichen Lichtwandlers eine zweite elektrisch davon getrennte Struktur vorgesehen ist mit dem dritten Schichtsystem (210), dem zweiten Schichtsystem (209), das eine monoatomare Übergitterordnungsstruktur aufweist, dem ersten Schichtsystem (208), einem vierten, intrinsischen Schichtsystem (220) auf dem ersten Schichtsystem (208) und einem fünften Schichtsystem (221), das zur Erzielung des zweiten Leitfähig keitstyps dotiert ist,
und mit einem vierten und fünften Kontakt (224, 225), die an dem fünften Schichtsystem in einem Abstand zueinander zur Be stimmung eines leitenden Kanals in dem fünften Schichtsystem vorgesehen sind, wobei die zweite Struktur einen polarisati onsunempfindlichen Lichtwandler als Referenz bildet.

17. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß Anspruch 16, weiter dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten Schichtsystem an der den polarisationsunempfindlichen Lichtwandler als Refe renz bildenden Struktur ein sechster Kontakt (222, 223) vorge sehen ist.

18. Polarisationsempfindlicher Lichtwandler gemäß einem der An sprüche 15 bis 17, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der drit te und der sechste Kontakt elektrisch miteinander verbunden sind.

19. Polarisationsempfindlicher Schalter mit einem Lichtwandler gemäß einem der Ansprüche 2 bis 14, weiter dadurch gekennzeich net, daß ein Lastelement (450) mit nichtlinearer Widerstands kennlinie in Reihe mit dem dritten Kontakt vorgesehen ist.

20. Polarisationsempfindlicher Schalter gemäß Anspruch 19, da durch gekennzeichnet, daß das Lastelement (450) eine Diode ist, die in gleicher Richtung gepolt ist, wie die durch das erste, zweite und dritte Schichtsystem des polarisationsempfindlichen Lichtwandlers (460) gebildete Diode.

21. Polarisationsmeßvorrichtung mit einem polarisationsempfind lichen Lichtschalter gemäß einem der Ansprüche 2-14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lastelement (550) mit einer linearen Widerstandskennlinie in Reihe mit dem dritten Kontakt vorgese hen ist.

22. Polarisationsmeßvorrichtung gemäß Anspruch 21, weiter da durch gekennzeichnet, daß das Lastelement (550) ein Ohm'scher Widerstand ist.

23. Polarisationsdrehvorrichtung mit einem polarisationsemp findlichen Lichtwandler gemäß einem der Ansprüche 1-14, weiter dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Einprägung ei nes elektrischen Felds in der Schichtstruktur des polarisati onsempfindlichen Lichtwandlers vorgesehen ist.

24. Verfahren zur Herstellung eines polarisationsempfindlichem Lichtwandlers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 mit den fol genden Schritten:

a) epitaktisches Wachsen des dritten Schichtsystems (10) auf einem Substrat (11),
b) Wachsen des zweiten Schichtsystems (9) auf dem dritten Schichtsystem (10) durch metallorganische Gasphasenepitaxie un ter Einhaltung derartiger Wachstumsbedingungen, daß eine Anord nung der Gruppe-III-Atome in einer Übergitterstruktur erzielt wird;
c) Wachsen des ersten Schichtsystems (8) auf dem zweiten Schichtsystem (9),
d) lokales Dotieren von Kontaktschichtbereichen (2) in dem er sten Schichtsystem (8),
e) Aufdampfen von metallischen Kontakten (1, 7) auf den Kon taktschichtbereichen (2).

25. Verfahren gemäß Anspruch 23, weiter mit dem Schritt:

f) elektrisches Isolieren der Schichtstruktur außerhalb des durch die Kontaktmetallisierung (1, 7) definierten Gebiets zu rück bis zum ersten Schichtsystem (10).

26. Verfahren gemäß Anspruch 24, weiter mit dem Schritt des An bringens eines elektrischen Kontakts an das dritte Schichtsy stem.