DE3227683C2 - Halbleiter-Fotodiode - Google Patents

Halbleiter-Fotodiode

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DE3227683C2
DE3227683C2 DE19823227683 DE3227683A DE3227683C2 DE 3227683 C2 DE3227683 C2 DE 3227683C2 DE 19823227683 DE19823227683 DE 19823227683 DE 3227683 A DE3227683 A DE 3227683A DE 3227683 C2 DE3227683 C2 DE 3227683C2
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DE19823227683
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Manfred Prof.Dr. 8000 München Börner
Reinhard Dipl.-Ing. 8070 Ingolstadt Müller
Gert Dipl.-Ing. 8000 München Trommer
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Abstract

Die Zusatzmeldung betrifft Fotodioden, deren Wirkungsweise auf der absorptionserhöhenden Wirkung von Resonatoren beruht und die entlang eines Wellenleiters hintereinander auf ein Substrat integriert sind, so daß von mehreren eingestrahlten Wellenlängen in jeweils einer Diode nur jeweils eine Wellenlänge absorbiert wird. Auf das gleiche Substrat können noch andere elektronische oder elektro-optische Elemente integriert sein.

Description

— diese Fotodiode ein Integrationsanteil eines Halbleiterkörpers eines integrierten Bauelementes ist, bei dem dieser Halbleiterkörper die Elektronik und/oder andere elektrooptische Elemente enthält,
— der Resonator so ausgebildet ist, daß seine Resonanz-Halbwertsbreite aufwerte kleiner 2 nm bemessen ist, wozu
— dieser Resonator mit Reflektoren (R\, R2) mit Reflexionsfaktoren nahe dem Wert 1 versehen ist,
— dieser Resonator für seitliche Lichtführung mit einer Wellenleiterstruktur (nu m, 113) versehen ist, die aus Bereichen des Halbleiterkörpers besteht, die Brechungsindices (m, 03) besitzen, die kleiner als der Brechungsindex (m) der Lichtausbreitungsbereiche im Halbleiterkörper der Fotodiode sind und
— der Wellenlängenbereich so bestimmt ist, daß der «Wert nur noch die Größe der «-Werte des Bereiches der Bandkante des Halbleitermaterials hat, nach Patent 32 05 461,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Halbleiter-Fotodiode mit weiteren gleichartigen Fotodioden hintereinander entlang der Wellenleiterstruktur integriert ist, wobei die Reflektoren schmalbandig sind und Reflektoren verschiedener Dioden nur in verschiedenen Wellenlängenbereichen große Reflexionsfaktoren aufweisen, wodurch jede Diode selektiv nur in einem dieser Wellenlängenbereiche erhöhte Absorption aufweist
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Weiterbildung der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Halbleiter-Fotodiode des Hauptpatentes.
Das Hauptpatent betrifft eine Halbleiter-Fotodiode, deren Lichteintrittsseite und deren der Lichteiiitrittsseite gegenüberliegende Seite jeweils Reflektoren besitzt, so daß ein optischer Resonator vorliegt, durch den ausreichende Empfangsempfindlichkeit in einem solchen vorgegebenen Wellenlängenbereich zu erreichen ist, in dem für sich genommen der Absorptionskoeffizient des Halbleitermaterials für Liehtabsorption in einem begrenzten Ortsbereich zu klein ist. Diese Fotodiode nach dem Hauptpatent ist ein Integrationsanteil eines Halbleiterkörpers eines integrierten Bauelementes, bei dem dieser Halbleiterkörper die Elektronik und/oder andere elektrooptische Elemente enthält. Der Resonator dieser Fotodiode ist so ausgebildet, daß seine Resonanz-Halbwertsbreite auf Werte kleiner 2 nm bemessen ist, wozu dieser Resonator mit Reflektoren mit Reflexionsfaktoren nahe dem Wert 1 versehen ist, dieser Resonator für seitliche Lichtführung mit einer Wellenleiterstruktur versehen ist, die aus Bereichen des Halbleiterkörpers besteht, die Brechungsindices besitzen, die kleiner als der Brechungsindex der Lichtausbreitungsbereiche im Halbleiterkörper der Fotodiode sind und der Wellenlängenbereich der Fotodiode so bestimmt ist, daß der ac-Wert nur noch die Größe der Λ-Werte des Bereiches der Bandkante des Halbleitermaterials hat
Diese Halbleiter-Fotodiode des Hauptpatentes unterscheidet sich gegenüber dem in der Patentschrift des Hauptpatentes erörterten Stand der Technik in der Weise, wie dies in der Beschreibung des Hauptpatentes näher ausgeführt ist
Der Erfindung des vorliegenden Zusatzpatentes liegt die Aufgabe zugrunde, die hohe Frequenzselektivität und die günstige Integrierbarkeit einer Fotoduüe nach dem Hauptpatent für einen Frequenz-Demultiplexer zu nutzen.
Diese Aufgabe wird mit einer Halbleiter-Fotodiode gelöst, die die Merkmale des Patentanspruches der vorliegenden Erfindung aufweist
Bei der Halbleiter-Fotodiode der vorliegenden Erfindung sind Fotodioden nach dem Hauptpatent entlang des Wellenleiters hintereinander gereiht angeordnet
Eine schichtweise hintereinandergereihte, in einem Halbleiterkörper integrierte Anordnung von Fotodioden als Demultiplexer ist aus der US-PS 42 97 720 bekannt Die Frequenzselektivität dieser Dioden beruht jedoch auf dem unterschiedlichen Bandabstand der jeweiligen Schichten.
Der Erfindung haben folgende Gedankengänge zugrundegelegen: In der optischen Nachrichtentechnik ist es üblich, daß über einen einzigen Wellenleier (Glasfaser) Information auf mehrere Trägerfrequenzen übertragen werden soll. Auf der Empfängerseite müssen diese Trägerfrequenzen getrennt und in elektrische Signale verwandelt werden. Für diese Aufgabe des Trennens und Empfangens mehrerer Signale mit unterschiedüchen Trägerfrequenzen können besonders vorteilhaft nach dem Hauptpatet ausgebildete Dioden mit Resonatorstruktur verwendet werden. Erfindungsgemäß ist die Anwendung solcher Dioden nach dem Hauptpatent derart, daß zwei oder mehrere solcher Dioden mit Resonatorstruktur hintereiander entlang eines Wellenleiters auf ein Substrat integriert sind, wobei die Reflektoren schmalbandig sind und die Reflektoren verschiedener Dioden nur in verschiedenen Wellenlängenbereichen große Reflexionsfaktoren aufweisen, wociurch jede Diode selektiv nur in einem dieser Wellenlängenbereiche erhöhte Adsorption aufweist
Die Wirkungsweise dieser erfindungsgemäßen Anordnung beruht auf der prinzipiell an sich bekannterweise stark absorptionserhöhenden Wirkung von optisehen Resonatoren, und zwar im Wellenlängenbereich kleine Absorptionskoeffizienten gemäß dem Hauptpatent mit sehr hoher Frequenzselektivität. Sind z. B. vier Dioden, die bei den Wellenlängen Ai, A2, A3 und A4 Signale aufnehmen sollen, hintereinander geschaltet, so
6ö wird Licht der Wellenlänge λ 4 zum allergrößten Teil in derjenigen Fotodiode absorbiert, die aufgrund ihrer auf diese Wellenlänge optimierten Reflektoren Resonanz mit hoher Güte aufweist. In den anderen Dioden, die für die Bereiche λ 1, A 2 bzw. A 3 optimiert sind, wird hingegen keine nennenswerte Intensität der Wellenlänge A4 wegen des sehr kleinen Absorptionskoeffizienten cc absorbiert. Die analoge Überlegung gilt für jede der drei andern Wellenlängen A 1, A 2, A 3.
Reflektoren mit genügend schmalbandigem Reflexionsfaktor sind z. B. GitterspiegeL
Eine vorteilhafte Anwendung sind beispielsweise Dioden aus Silizium, betrieben im Wellenlängenbereich
von 1 μπι bis knapp über 1,1 μπι.
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Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Halbleiter-Fotodiode,
    deren Lichteintrittsseite und deren der Lichteintrittsseite gegenüberliegende Seite jeweils Reflektoren besitzt, so daß ein optischer Resonator vorliegt, durch den ausreichende EmpfangsempFindlichkeit in einem solchen vorgegebenen Wellenlängenbereich zu erreichen ist, in dem der Absorptionskoeffizient des Halbleitermaterials für die Lichtabsorption in einem begrenzten Ortsbereich zu klein ist, wobei
DE19823227683 1982-02-16 1982-07-24 Halbleiter-Fotodiode Expired DE3227683C2 (de)

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DE3205461A DE3205461C2 (de) 1982-02-16 1982-02-16 Halbleiter-Fotodiode
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DE3227683A1 DE3227683A1 (de) 1984-02-02
DE3227683C2 true DE3227683C2 (de) 1986-09-11

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DE4004398A1 (de) * 1990-02-13 1991-08-14 Siemens Ag Wellenlaengenselektiver photodetektor

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DE3227683A1 (de) 1984-02-02

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