DE4119093A1 - Optischer transistor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Transistor, der optisch schaltbar ist und
mit optischen Wellenleitern(n) gekoppelt ist. Optische Wellenleiter
können sowohl in kristallinem als auch in amorphem Material hergestellt
werden. Das gleiche gilt für optische Transistoren, d. h. Transistoren,
bei denen der Basisstrom nicht durch Injektion von Ladungsträgern, son
dern durch optische Absorption von Photonen erzeugte Ladungsträger ge
steuert wird.
Die Kombination von optischen Wellenleitern mit Photodetektoren ist be
reits bekannt und auf verschiedene Weise als integrierte Optik reali
siert worden. Auch sind Wellenleiter in Form von Rippen bekannt (siehe
z. B. die EP 03 97 089 A1). Als Substrate kommen Halbleitermaterialien
und als Wellenleiter Photodetektoren an sich bekannter Art in Betracht.
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen optisch steuerbaren Transi
stor so mit einem Wellenleiter zu kombinieren, daß die Integration eines
optischen und eines elektronischen Bauelementes leichter als bisher her
stellbar ist und der Anwendungsbereich gegenüber dem Stand der Technik
zugleich größer wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kombination gemäß Hauptanspruch.
Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Ansprüchen zu
entnehmen. Hierzu gehören auch die Beschreibung und Zeichnung von Aus
führungsbeispielen.
Die wesentlichsten Vorteile der Erfindung sind wie folgt:
Durch die Kombination von Rippenwellenleiter und darauf angeordnetem op
tischen Transistor wird eine geschickte Tunnelung bzw. Transistorschal
tung im optischen Mode mit Hilfe des Wellenleiters erreicht. Die Basis
des Transistors besteht dabei aus einem Material, das einen größeren
Brechungsindex und ein kleineres Bandgap besitzt als der Wellenleiter.
Durch Ausnützen der optischen Länge des Transistors kann dieser jeweils
für verschiedene Wellenlängen sensitiv gemacht werden. So werden z. B.
bei vorgegebenem Basismaterial kurze Wellenlängen in kurzen Transistoren
absorbiert und lange Wellenlängen (d. h. kleine Energien) werden auf lan
gen optischen Wegstrecken absorbiert. Diese Lösung (siehe beispielsweise
Fig. 3) stellt eine besonders einfache Lösung für einen optischen Spek
tralanalysator dar, bei dem lediglich die verschiedenen Breiten in Rich
tung der Länge der Rippe des Wellenleiters aneinandergereiht sind (late
ral).
Weitere Vorteile der Erfindung sind in der einfachen Integration eines
optischen und elektronischen Bauelementes zu sehen, welches im Batch-
Prozeß herstellbar ist, d. h. in größerer Anzahl gleichzeitig, z. B. auf
Großsubstraten.
Weitere Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung und Zeichnung von
Ausführungsbeispielen, die nachfolgen, zu entnehmen. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Substrat mit darauf angeordnetem
Rippenwellenleiter und darüber angeordnetem Transistor,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1 mit einem einzel
nen Phototransistor und
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Anordnung ähnlich Fig. 2, jedoch mit
mehreren Phototransistoren aneinandergereiht in der Achse des
Rippenwellenleiters hintereinander (lateral).
Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, ist auf einem Substrat 1 aus Halblei
termaterial, bevorzugt kristallinem Halbleitermaterial, wie Silizium,
GaAs, InP, ein Transistor aus Germanium-Silizium (GexSi1-x), InGaAs
oder Kombinationen hiervon, wobei die Wellenleiter als Rippenwellenlei
ter, wie Fig. 1 zeigt, strukturiert sind, auf dem Substrat direkt aufge
bracht. Übereinanderfolgend können dabei Schichten aus SiO2 mit einem
Brechungsindex, z. B. 1, 46, Silizium-Oxinitrid mit einem Brechungsindex
1, 51 und wieder eine Silizium-O2-Schicht mit Brechungsindex 1, 46 an
geordnet sein. Auf der obersten Wellenleiterschicht mit der Rippe ist
seitlich hiervon eine Kollektorschicht mit jeweils gemäß Fig. 1 außen
liegendem ohmschen Kontakt aufgebracht und auf der Kollektorschicht die
Basisschicht und über der Basisschicht die Emitterschicht. Das Material,
das die Basis bestimmt, hat einen größeren Brechungsindex und ein klei
neres Bandgap als der Wellenleiter. Bevorzugt wird hier z. B. amorphes
Silizium, Germanium dotiert mit Wasserstoff, chemische Formel
a-SixGe1-x :H als Basismaterial, amorphes Silizium dotiert mit Was
serstoff, chemische Formel a-Si:H als Kollektormaterial und Emittermate
rial, z. B. a-SiyGe1-y:H mit y<x.
Im Betrieb bildet sich eine optische Mode zur Tunnelung im Bereich der
Rippe des Wellenleiters aus und von da wird in den Detektor (Basis
schicht) getunnelt. Auf diese Weise wird der Phototransistor im opti
schen Mode im Wellenleiter geschaltet und zwar auf direktem Wege entwe
der durch Energieübertragung im TM-Mode oder im TE-Mode. Die Schicht
dicke der Basisschicht als Absorber für Photonen ist abgestimmt auf die
Wellenlänge des Lichts im Wellenleiter.
Der entscheidende Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Ba
sischicht somit über den Wellenleiterrippen angeordnet ist und somit die
Photonen absorbiert, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die
erzeugten Majoritätsladungsträger dienen dabei zum Vorwärtsspannen der
Emitter-Basis-Grenzschicht. Die Ansteuerung erfolgt mit Hilfe der ohm
schen Kontakte in an sich bekannter Weise.
Abwandlungen der beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele
kann der Fachmann im Rahmen des beanspruchten Prinzips jederzeit vorneh
men.
Claims (8)
1. Optisch schaltbarer Transistor auf einem Halbleitersubstrat, auf
dem Wellenleiter in Rippenstruktur angeordnet sind, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Basis des Transistors aus einem Material besteht, das
einen größeren Brechungsindex und ein kleineres Bandgap besitzt als der
Wellenleiter.
2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schichtdicke der Basis abgestimmt ist auf die Wellenlänge des Lichtes im
Wellenleiter.
3. Transistor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß auf den Rippen der Wellenleiter aus vorgegebenem Material über die
Länge der Rippen Transistoren verschiedener Ausdehnung aneinandergereiht
sind.
4. Transistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß er von einer optischen Mode im Wellenleiter schaltbar
ist.
5. Transistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Energieübertragung im TM-Mode oder TE-Mode er
folgt.
6. Transistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß mit Wasserstoff dotiertes amorphes Silizium die Basis
und zugleich Absorberschicht für Photonen bildet.
7. Transistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die optische Mode aus einem Siliziumoxid über einem
Siliziumsubstrat besteht und daß über der(en) Siliziumoxidschicht(en)
eine amorphe Siliziumschicht als Photodektor angeordnet ist.
8. Transistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß mit Wasserstoff dotiertes amorphes Silizium die Basis
und zugleich Absorberschicht für Photonen bildet.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4119093A DE4119093A1 (de) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | Optischer transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4119093A DE4119093A1 (de) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | Optischer transistor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4119093A1 true DE4119093A1 (de) | 1992-12-17 |
Family
ID=6433625
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE4119093A Withdrawn DE4119093A1 (de) | 1991-06-10 | 1991-06-10 | Optischer transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4119093A1 (de) |
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