DE602004013234T2

DE602004013234T2 - Elektrooptisches Element

Info

Publication number: DE602004013234T2
Application number: DE602004013234T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Kaneko
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: JP4092570B2; EP1501160B1; JP2005045049A; CN100407522C; US20050056772A1; EP1501160A3; EP1501160A2; CN1578021A; US7220952B2; US7446293B2; DE602004013234D1; US20070164195A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrooptisches Element.
Es ist eine Technik entwickelt worden (zum Beispiel JP-A-10-135568 ), die sich auf ein lichtemittierendes Element bezieht (zum Beispiel einen Halbleiterlaser mit Oberflächenemission). Wenn das lichtemittierende Element für eine optische Nachrichtenübertragung oder als Lichtquelle für verschiedene Arten von Meßfühlern benutzt wird, muß ganz allgemein eine optische Eigenschaft des ausgestrahlten Lichts, beispielsweise der Strahlungswinkel oder die Wellenlänge des Lichts gesteuert werden.
Was das genannte lichtemittierende Element betrifft, ist ein lichtdetektierender Teil auf dem lichtemittierenden Element aufgestapelt. Dieser lichtdetektierende Teil empfängt einen Teil des vom lichtemittierenden Element ausgestrahlten Lichts und stellt dabei dessen Lichtvolumen fest. Aus diesem Grund ist der Durchmesser des lichtdetektierenden Teils kleiner gemacht als der des lichtemittierenden Bereichs des lichtemittierenden Elements, so daß ein Teil des vom lichtemittierenden Element ausgestrahlten Lichts in den lichtdetektierenden Teil eingeführt werden kann.
Im vorstehend genannten lichtemittierenden Element kann der lichtdetektierende Teil als ein normales lichtempfangendes Element benutzt werden anstelle oder zusätzlich zu seiner Benutzung für die Überwachung der Lichtstärke des im lichtemittierenden Element erzeugten Lichts. Da, wie schon gesagt, der Durchmesser des lichtdetektierenden Teils insgesamt kleiner gemacht ist als der der lichtemittierenden Zone des lichtemittierenden Elements führt dies dazu, daß der Lichtempfangsbereich des lichtdetektierenden Teils zu klein ist, was eine unzureichende Empfindlichkeit verursacht.
US 2002/0185588 A1 offenbart ein elektrooptisches Element gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
JP 2000-269585 A offenbart einen Sender/Empfänger mit einem VCSEL als einem lichtemittierenden Teil und einen auf dem VCSEL ausgebildeten Lichtempfangsteil.
US 6,001,664 A offenbart ein elektrooptisches Element mit einem monolithisch integrierten VCSEL und einem Lichtdetektor für Anwendungsfälle, bei denen das VCSEL und der Lichtdetektor getrennt betrieben werden müssen, beispielsweise in Anwendungsfällen der duplex-seriellen Datenübermittlung. Die Schichten einer p-i-n Photodiode sind mit einem Standard-VCSEL-Verfahren auf Schichten aufgebaut, die ein VCSEL bilden. Die p-i-n Schichten sind in Bereichen weggeätzt, wo VCSEL zu bilden sind und verblieben, wo die Lichtdetektoren ausgebildet werden sollen. Die unter den Photodetektoren liegenden VCSEL sind nicht betriebsfähig und dienen dazu, Photonen in den Lichtdetektor zurückzuleiten, die nicht anfangs absorbiert wurden.
EP 0 760 544 A1 offenbart einen gittergekoppelten Laser als lichtemittierenden Teil, der auf einer ersten Hauptfläche eines halbisolierenden InP-Substrats gebildet ist, und eine PIN-Photodiode, die als lichtempfangender Teil auf einer zweiten Hauptfläche des halbisolierenden InP-Substrats ausgebildet ist.
Das Dokument LIU Y et al. "Chip-scale integration of VCSEL, photodetector, and microlens arrays" PROCEEDINGS OF THE SPIE, Bd. 4652, 2002, SS. 11–18, XP002341088 offenbart die Ausbildung einer Mikrolinsenanordnung auf einer integrierten VCSEL/Lichtdetektor-Anordnungen. Die Mikrolinsenanordnung ist durch Auftragen von Tröpfchen einer Linsenvorläuferflüssigkeit mit Hilfe einer Strahldrucktechnik geschaffen.
US 2002/0044582 beschreibt die Schaffung einer Linse auf der emittierenden Oberfläche eines VCSEL, bei der eine Flüssigkeit auf der emittierenden Oberfläche aufgetragen und anschließend gehärtet wird.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrooptisches Element mit einem lichtemittierenden Teil und einem lichtempfangenden Teil zu schaffen, bei dem der Wirkungsgrad des lichtempfangenden Teils verbessert ist.
Dieses Ziel wird mit einem elektrooptischen Element gemäß Anspruch 1 erreicht. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Der in diesem Text benutzte Ausdruck "optisches Glied" bedeutet ein Glied, wie eine Linse oder ein Ablenkelement, dessen Funktion es ist, eine optische Eigenschaft oder die Fortpflanzungsrichtung von Licht zu ändern. Als "optische Eigenschaft" sei beispielsweise die Wellenlänge, eine Ablenkung, der Strahlungswinkel oder dergleichen genannt. Der Ausdruck "optische Fläche" bedeutet eine Oberfläche, die Licht hindurchläßt. Die "optische Fläche" kann eine Austrittsfläche des vom elektrooptischen Element der Erfindung nach außen sich ausbreitenden Lichts oder eine Einfallsfläche des von außen zum elektrooptischen Element der Erfindung sich ausbreitenden Lichts sein. "Außen" bedeutet eine Zone, die das elektrooptische Element der Erfindung ausschließt.
Im vorliegenden Text bedeutet "lichtempfangender Zustand" einen Zustand, in dem ein lichtempfangender Teil Licht empfangen kann, gleichgültig, ob er tatsächlich Licht empfängt oder nicht.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nun unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht eines elektrooptischen Elements;
2 eine schematische Draufsicht auf das in 1 dargestellte elektrooptische Element;
3 bis 10 schematische Schnittansichten von Schritten eines Herstellungsverfahrens des in 1 gezeigten elektrooptischen Elements;
11 eine schematische Schnittansicht eines elektrooptischen Elements gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
12 eine schematische Draufsicht auf das in 11 gezeigte elektrooptische Element;
13 ein Diagramm des Reflexionsfaktors gegenüber der Wellenlänge;
14 ein schematisches Diagramm eines optischen Moduls, welches eine Benutzung des elektrooptischen Elements der Erfindung darstellt;
15 ein schematisches Diagramm, welches ein Beispiel einer Treiberschaltung für ein in 14 gezeigtes elektrooptisches Element darstellt;
16 ein schematisches Diagramm, welches eine optische Übertragungsvorrichtung als weitere Verwendung der Erfindung darstellt; und
17 ein schematisches Diagramm, welches eine Benutzung einer optischen Übertragungsvorrichtung darstellt.
Grundaufbau
1. Aufbau des elektrooptischen Elements
1 ist eine Schnittansicht, in der ein elektrooptisches Element 100 schematisch dargestellt ist. 2 ist eine Draufsicht, in der das in 1 gezeigte elektrooptische Element 100 schematisch dargestellt ist.
Wie 1 zeigt, umfaßt das elektrooptische Element 100 einen lichtemittierenden Teil 140 und einen lichtempfangenden Teil 120. Es wird ein Fall beschrieben, bei dem der lichtemittierende Teil 140 von einem Halbleiterlaser mit Oberflächenemission gebildet ist und der lichtempfangende 120 als lichtdetektierender Teil dient.
In diesem elektrooptischen Element 100 kann Laserlicht von einer optischen Fläche 108 in der Richtung ausgestrahlt werden, in der der lichtemittierende Teil 140 und der lichtempfangende Teil 120 aufeinandergestapelt sind. Ein optisches Glied 160 ist mindestens auf der optischen Fläche 108 vorgesehen. Der lichtemittierende Teil 140, der lichtempfangende Teil 120 und weitere Bauelemente werden nachfolgend beschrieben.
Lichtemittierender Teil
Der lichtemittierende Teil 140 ist auf einem Halbleitersubstrat 101 ausgebildet (in diesem Beispiel ein n-leitendes GaAs (Gallium-Arsenid) Substrat). Der lichtemittierende Teil 140 bildet einen vertikalen Resonator (nachfolgend als Oszillator beschrieben). Der lichtemittierende Teil 140 kann auch einen Halbleiterstapelkörper 130 in säulenförmiger Gestalt umfassen (nachfolgend als säulenförmiger Teil bezeichnet).
Aufgebaut ist der lichtemittierende Teil 140 beispielsweise durch die Schaffung eines mehrschichtigen Filmspiegels 102 mit verteilter Reflexion (nachfolgend als erster Spiegel bezeichnet), der 40 Paare einer n-leitenden Al_0,9Ga_0,1As (Aluminium-Gallium-Arsenid) Schicht und einer n-leitenden Al_0,15Ga_0,85As- Schicht, die abwechselnd übereinander aufgebracht sind, eine aktive Schicht 103 einschließlich einer Al_0,3Ga_0,7AS- Sperrschicht und einer GaAs-Muldenschicht, die einen Quantenmuldenaufbau aus drei Schichten umfaßt, sowie einen mehrschichtigen Filmspiegel 104 mit verteilter Reflexion, nachfolgend als zweiter Spiegel bezeichnet, der 29,5 Paare einer p-leitenden Al_0,9Ga_0,1 As-Schicht und eine p-leitende Al_0,15Ga_0,85As-Schicht umfaßt, die abwechselnd in dieser Reihenfolge übereinander aufgebracht sind. Die Zusammensetzung jeder Schicht und die Anzahl der Schichten im ersten Spiegel 102, in der aktiven Schicht 103 und dem zweiten Spiegel 104 sind nicht auf die vorstehend genannten beschränkt.
Der zweite Spiegel 104 ist p-leitend und beispielsweise mit Kohlenstoff (C) dotiert. Der erste Spiegel 102 ist n-leitend und beispielsweise mit Silizium (Si) dotiert. So ist aus dem p-leitenden zweiten Spiegel 104, der nicht dotierten aktiven Schicht und dem n-leitenden ersten Spiegel 104 eine PIN-Diode geschaffen.
Im lichtemittierenden Teil 140 ist der säulenförmige Teil 130 auf dem ersten Spiegel 102 durch Ätzen in kreisförmiger Gestalt von der Oberseite 104a des zweiten Spiegels aus gesehen, ausgebildet. Der säulenförmige Teil 130 umfaßt den zweiten Spiegel 104, die aktive Schicht 103 und einen Teil des ersten Spiegels 102. Auch wenn die ebene Gestalt (Schnittansicht) des säulenförmigen Teils 130 in diesem Beispiel kreisförmig ist, könnte stattdessen auch jede beliebige andere Gestalt benutzt werden.
In einer Zone des zweiten Spiegels 104, die der aktiven Schicht 103 zugewandt ist, ist eine Strombegrenzungsschicht 105 aus Aluminiumoxid ausgebildet. Die Strombegrenzungsschicht 105 ist in Kreisringform in einer Querschnittsebene parallel zu einer Fläche 101a des Halbleitersubstrats 101 in 1 ausgebildet. Diese Kreisringform ist konzentrisch mit dem säulenförmigen Teil 130.
Im lichtemittierenden Teil 140 ist eine erste Elektrode 107 und eine zweite Elektrode 109 gebildet. Die erste Elektrode 107 und die zweite Elektrode 109 werden zum Ansteuern des lichtemittierenden Teils 140 benutzt. Die zweite Elektrode 109 ist auf einer Oberseite 140a des lichtemittierenden Teils 140 ausgebildet. Im einzelnen ist, wie 2 zeigt, die erste Elektrode 107 und die zweite Elektrode 109 in Draufsicht von ringförmiger Gestalt. Mit anderen Worten, die erste Elektrode 107 ist so geschaffen, daß sie den säulenförmigen Teil 130 umgibt, und die zweite Elektrode 109 ist so geschaffen, daß sie den lichtempfangenden Teil 120 umgibt. Anders ausgedrückt, der säulenförmige Teil 130 ist innerhalb der ersten Elektrode 107 und der lichtempfangende Teil 120 innerhalb der zweiten Elektrode 109 gebildet.
Auch wenn die erste Elektrode 107 in diesem Beispiel auf dem ersten Spiegel 102 geschaffen ist, kann sie auch an einer Rückseite 101b des Halbleitersubstrats 101 geschaffen sein. Das gleiche gilt für das später noch beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Die erste Elektrode 107 ist beispielsweise aus gestapelten Schichten aus Gold (Au) und einer Legierung aus Au und Germanium (Ge) zusammengesetzt. Die zweite Elektrode 109 ist aus gestapelten Schichten aus Platin (Pt), Titan (Ti) und Au zusammengesetzt. Strom wird von der ersten Elektrode 107 und der zweiten Elektrode 109 in die aktive Schicht 103 injiziert. Das Material, aus dem die erste Elektrode 107 und die zweite Elektrode 109 geschaffen sind, ist nicht auf die vorstehend erwähnten Werkstoffe begrenzt. Es ist beispielsweise eine Legierung aus Au und Zink (Zn) verwendbar.
Lichtempfangender Teil
Der lichtempfangende Teil 120 ist auf dem lichtemittierenden Teil 140 ausgebildet und umfaßt die optische Fläche 108. Ein Teil der Oberseite des lichtempfangenden Teils 120 bildet die optische Fläche 108. Mindestens der obere Teil des lichtempfangenden Teils 120 ist säulenförmig.
Der lichtempfangende Teil 120 umfaßt eine erste Kontaktschicht 111, eine Lichtabsorptionsschicht 112 und eine zweite Kontaktschicht 113. Die erste Kontaktschicht 111 ist auf dem zweiten Spiegel 104 des lichtemittierenden Teils 140 ausgebildet. Die Lichtabsorptionsschicht 112 ist auf der ersten Kontaktschicht 111 ausgebildet. Die zweite Kontaktschicht 113 ist auf der Lichtabsorptionsschicht 112 ausgebildet. Was den lichtempfangenden Teil 120 betrifft, ist der Fall gezeigt, bei dem eine ebene Gestalt der ersten Kontaktschicht 111 größer ist als die der Lichtabsorptionsschicht 112 und der zweiten Kontaktschicht 113 (siehe 1 und 2). Die erste Kontaktschicht 111 kontaktiert die zweite Elektrode 109 und eine dritte Elektrode 116. Ein Teil der dritten Elektrode 116 ist auf der zweiten Elektrode 109 gebildet. Deshalb kontaktiert eine Seitenfläche der ersten Kontaktschicht 111 die zweite Elektrode 109, und die Oberseite der zweiten Elektrode 109 kontaktiert die dritte Elektrode 116.
Die erste Kontaktschicht 111 kann zum Beispiel eine n-leitende GaAs-Schicht sein. Die Lichtabsorptionsschicht 112 kann zum Beispiel eine nicht dotierte GaAs-Schicht sein. Die zweite Kontaktschicht 113 kann eine p-leitende GaAs-Schicht sein. Im einzelnen ist die erste Kontaktschicht 111 p-leitend und beispielsweise mit C dotiert. Die zweite Kontaktschicht 113 ist n-leitend und beispielsweise mit Si dotiert. So ist eine p-i-n Diode aus der n-leitenden ersten Kontaktschicht 111, der nicht dotierten Lichtabsorptionsschicht 112 und der p-leitenden Kontaktschicht 113 erhalten.
Die dritte Elektrode 116 und eine vierte Elektrode 110 sind im lichtempfangenden Teil 120 gebildet. Die dritte Elektrode 116 und die vierte Elektrode 110 werden zum Ansteuern des lichtempfangenden Teils 120 benutzt. Die dritte Elektrode 116 kann aus dem gleichen Material bestehen wie die erste Elektrode 107. Und die vierte Elektrode 110 kann aus dem gleichen Material bestehen wie die zweite Elektrode 109.
Die vierte Elektrode 110 ist auf einer Oberseite des lichtempfangenden Teils 120 (auf der zweiten Kontaktschicht 113) ausgebildet. In der vierten Elektrode 110 ist eine Öffnung 114 vorgesehen. Am Boden der Öffnung 114 befindet sich die optische Fläche 108. Durch eine Änderung der ebenen Gestalt und Größe der Öffnung 114 ändert sich folglich die Gestalt und Größe der optischen Fläche 108. Wie 1 zeigt, hat in diesem Beispiel die optische Fläche 108 kreisförmige Gestalt.
Optisches Glied
Im elektrooptischen Element 100 befindet sich das optische Glied 160 mindestens auf der optischen Fläche 108. Im einzelnen ist das optische Glied 160, wie 1 zeigt, auf der Oberseite des lichtempfangenden Teils 120 angeordnet. Es wird ein Fall beschrieben, bei dem das elektrooptische Glied 160 als Linse wirkt. In diesem Fall wird das im lichtemittierenden Teil 140 erzeugte Licht von der optischen Fläche 108 abgestrahlt und vom optischen Glied 160 gesammelt und nach außen abgegeben.
Das optische Glied 160 wird durch Härten eines flüssigen Werkstoffs geschaffen (zum Beispiel eines Vorläufers eines (ultraviolett) (UV) härtbaren Harzes oder eines duroplastischen Harzes), welches aushärten kann, wenn es Energie, wie Wärme, Licht oder dergleichen ausgesetzt wird. Zu Beispielen des UV-härtbaren Harzes gehört ein UV-härtbares Harz der Acrylart und ein Harz der Epoxyart. Als duroplastisches Harz sei als Beispiel ein duroplastisches Harz der Polyimidart oder dergleichen genannt.
Der Vorläufer des UV-härtbaren Harzes wird durch Bestrahlen mit UV-Licht in kurzer Zeit gehärtet. Das erlaubt eine Härtung ohne ein Verfahren, beispielsweise Erwärmen zu durchlaufen, bei dem der lichtemittierende Teil und/oder der lichtempfangende Teil leicht beschädigt werden könnte. Folglich ist die Schaffung des optischen Gliedes 160 unter Verwendung des Vorläufers eines UV-härtbaren Harzes geeignet, die Beeinflussung des optischen Elements zu verringern.
Im einzelnen wird das optische Glied 160 wie folgt vorgesehen (siehe 9 und 10): ein Flüssigkeitstropfen 160a aus dem flüssigen Material wird mindestens auf die optische Fläche 108 ausgestoßen (hier auf die Oberseite des lichtempfangenden Teils 120), um einen Vorläufer des optischen Gliedes 160b zu bilden. Dann wird der Vorläufer des optischen Gliedes 160b gehärtet. Ein Verfahren zur Ausbildung des optischen Gliedes 160 wird nachfolgend beschrieben.
Das optische Glied 160 hat eine Gestalt wie ein Kugelschnitt. Deshalb kann das optische Glied 160 als Linse oder Ablenkelement benutzt werden. Wenn man beispielsweise die Oberfläche des lichtempfangenden Teils 120 in Form eines Kreises vorsieht, kann die dreidimensionale Gestalt des optischen Gliedes 160 wie ein Kugelschnitt gestaltet werden. Als Alternative kann die Oberseite des lichtempfangenden Teils 120 als Oval gestaltet werden, so daß die dreidimensionale Gestalt des optischen Gliedes 160 wie ein Schnitt eines ovalen Körpers geformt werden kann.
Der Ausdruck "Kugelschnitt bedeutet hier eine Gestalt, die beim Schneiden einer Kugel mit einer Ebene entsteht. Die "Kugel" ist nicht notwendigerweise eine perfekte Kugel, sondern schließt auch eine Gestalt ähnlich einer Kugel ein.
Die Querschnittsfläche, die durch den Schnitt des optischen Gliedes 160 mit einer Ebene parallel zur optischen Fläche 108 entsteht, ist ein Kreis, und die optische Fläche 108 ist kreisförmig. Das ermöglicht es, wie in 1 und 2 gezeigt, daß der größte Durchmesser r1, der mittels des Schnitts des optischen Gliedes 160 mit einer Ebene parallel zur optischen Fläche 108 erhalten werden kann (der Durchmesser r1 der Projektion des optischen Gliedes 160 auf die optische Fläche 108), größer sein kann als der größte Durchmesser r2 der Oberseite des lichtempfangenden Teils 120 und der größte Durchmesser r3 der optischen Fläche 108, weil mindestens der obere Teil des lichtempfangenden Teils 120 säulenförmig ist.
Gesamtaufbau
Das elektrooptische Element 100 hat als Ganzes einen npnp-Aufbau, der aus dem n-leitenden ersten Spiegel 102 und dem p-leitenden zweiten Spiegel des lichtemittierenden Teils 140 sowie der n-leitenden ersten Kontaktschicht 111 und der p-leitenden zweiten Kontaktschicht 113 des lichtempfangenden Teils 120 zusammengesetzt ist. Durch Austauschen der p-leitenden und n-leitenden Schichten kann ein insgesamt pnpn-Aufbau erhalten werden. Als eine nicht in den Figuren gezeigte Alternative kann durch Auswechseln der p-leitenden und n-leitenden Schichten entweder im lichtemittierenden Teil 140 oder im lichtempfangenden Teil 120 der lichtemittierende Teil 140 und der lichtempfangende Teil 120 als Ganzes einen npn- oder pnp-Aufbau erhalten. Dies gilt ebenso für das weiter unten beschriebene Ausführungsbeispiel.
Der lichtempfangende Teil 120 hat die Aufgabe, die Ausgabe von Licht zu überwachen, welches im lichtemittierenden Teil 140 erzeugt wird. Im einzelnen wandelt der lichtempfangende Teil 120 das im lichtemittierenden Teil 140 erzeugte Licht in einen Strom um. Die Ausgabe des im lichtemittierenden Teil 140 erzeugten Lichts wird als Wert dieses Stroms erfaßt.
Genauer gesagt wird im lichtempfangenden Teil 120 ein Teil des im lichtemittierenden Teil 140 erzeugten Lichts in der Lichtabsorptionsschicht 112 absorbiert. Das absorbierte Licht verursacht eine Lichterregung in der Lichtabsorptionsschicht 112, wodurch Elektronen und Löcher entstehen. Wenn von außerhalb des Elements ein elektrisches Feld angelegt wird, werden die Elektronen zur dritten Elektrode 116 bewegt, während die Löcher zur vierten Elektrode bewegt werden. Infolgedessen fließt ein Strom von der ersten Kontaktschicht 111 zur zweiten Kontaktschicht 113.
Grundsätzlich bestimmt eine an das Licht emittierende Element 140 angelegte Vorspannung die Lichtabgabe des lichtemittierenden Teils 140. Insbesondere wenn das lichtemittierende Element 140 ein Halbleiterlaser mit Oberflächenemission ist, schwankt die Lichtabgabe des lichtemittierenden Teils 140 stark je nach der Umgebungstemperatur des lichtemittierenden Teils 140 oder der Lebensdauer des lichtemittierenden Teils 140. Deshalb muß im lichtemittierenden Teil 140 die Lichtabgabe wie folgt auf einem vorherbestimmten Wert gehalten werden: Überwachen der Lichtabgabe des lichtemittierenden Teils 140, die an den lichtemittierenden Teil 140 angelegte Spannung wird auf der Grundlage des Stromwertes gesteuert, der im lichtempfangenden Teil 120 erzeugt wird, um auf diese Weise den Wert des im lichtemittierenden Teil fließenden Stroms 140 einzustellen. Folglich wird die Lichtabgabe des lichtemittierenden Teils 140 im wesentlichen konstant gehalten. Ein Steuerungsschema, gemäß dem die Lichtabgabe des lichtemittierenden Teils 140 zu einer Einrichtung zum Anlegen von Spannung an den lichtemittierenden Teil 140 zurückgemeldet wird, kann mit Hilfe eines externen elektrischen Schaltkreises (einer nicht gezeigten Treiberschaltung) durchgeführt werden.
Zwar ist hier das elektrooptische Element 100 als Halbleiterlaser mit Oberflächenemission beschrieben worden, aber es kann jedes andere elektrooptische Element statt eines Halbleiterlasers mit Oberflächenemission benutzt werden. Anwendbar ist zum Beispiel eine Halbleiter-Lichtemissionsdiode oder dergleichen. Dies gilt auch für das nachfolgend beschriebene elektrooptische Element.
2. Betrieb des elektrooptischen Elements
Der allgemeine Betrieb des elektrooptischen Elements 100 wird nachfolgend beschrieben. Als Beispiel wird ein Ansteuerverfahren des Halbleiterlasers mit Oberflächenemission beschrieben.
An die zwischen der ersten Elektrode 107 und der zweiten Elektrode 109 gebildete PIN-Diode wird eine Durchlaßspannung angelegt. Eine Rekombination von Elektronen und Löchern geschieht in der aktiven Schicht 103 des lichtemittierenden Teils 140, wodurch aufgrund dieser Rekombination Licht erzeugt wird. Dann kommt es zu einer induzierten Emission, während das Licht vom zweiten Spiegel 104 zum ersten Spiegel 102 hin- und herwandert, wodurch die Intensität des Lichts verstärkt wird. Wenn die optische Verstärkung den optischen Verlust übersteigt, kommt es zur Laseroszillation, so daß Laserlicht von der Oberseite 104a des zweiten Spiegels 104 ausgestrahlt wird und auf die erste Kontaktschicht 111 des lichtempfangenden Teils 120 auftrifft. Im lichtempfangenden Teil 120 trifft das in die erste Kontaktschicht 111 einfallende Licht auf die Lichtabsorptionsschicht 112. Infolge der Tatsache, daß ein Teil des einfallenden Lichts in der Lichtabsorptionsschicht 112 aufgenommen wird, kommt es in der Lichtabsorptionsschicht 112 zur Lichterregung, wodurch die Elektronen und Lochpaare erzeugt werden. Durch das von außen an das optische Element angelegte elektrische Feld werden die Elektronen zur dritten Elektrode 116 und die Löcher zur vierten Elektrode 110 bewegt. Daraufhin fließt ein Strom (durch Licht induzierter Strom) von der ersten Kontaktschicht 111 zur zweiten Kontaktschicht 113. Die Lichtabgabe des lichtemittierenden Teils 140 kann erfaßt werden, indem der Wert dieses Stroms gemessen wird. Das Licht, das den lichtempfangenden Teil 120 durchlaufen hat, wird vom optischen Glied 160 abgestrahlt, in welchem der Strahlungswinkel des Lichts verkleinert wird.
3. Herstellungsverfahren des elektrooptischen Elements
Als nächstes wird unter Hinweis auf die 3 bis 10 ein Beispiel eines Herstellungsverfahrens für das elektrooptische Element 100 beschrieben. Die 3 bis 10 sind Schnittansichten, die schematisch jeweilige Verfahrensschritte des Verfahrens darstellen. Jede der Schnittansichten entspricht einer Schnittansicht in 1.

1.) Zunächst wird ein Halbleitermehrschichtfilm 150 epitaxial auf einer Fläche 101a des Halbleitersubstrats 101, einschließlich des n-leitenden GaAs, aufgewachsen, indem seine Zusammensetzung geändert und gesteuert wird, wie in 3 gezeigt (siehe 3). Der Halbleitermehrschichtfilm 150 besteht aus folgendem: Dem ersten Spiegel 102 einschließlich von 40 Paaren einer n-leitenden Al_0,9Ga_0,1As-Schicht und einer n-leitenden Al_0,15Ga_0,85As-Schicht, die abwechselnd aufgebracht werden; der aktiven Schicht 103 einschließlich einer Al_0,3Ga₀₇As- Sperrschicht und einer GaAs-Muldenschicht, die einen Quantenmuldenaufbau aus drei Schichten umfaßt; dem zweiten Spiegel 104 einschließlich von 29,5 Paaren einer p-leitenden Al_0,9Ga_0,1As-Schicht und einer p-leitenden Al_0,15Ga_0,85As-Schicht, die abwechselnd aufgetragen sind; der ersten Kontaktschicht 111 einschließlich des n-leitenden GaAs; und der zweiten Kontaktschicht 113 einschließlich des p-leitenden GaAs. Durch das Aufbringen dieser Schichten, eine nach der anderen, entsteht der Halbleitermehrschichtfilm 150 (siehe 3).

Beim Wachsen des zweiten Spiegels 104 wird mindestens eine Schicht, die der aktiven Schicht 103 nahe ist, als eine AlAs-Schicht oder eine AlGaAs-Schicht gebildet, die 95 Atom% oder mehr Al enthält. Diese Schicht wird später oxidiert, um die Strombegrenzungsschicht 105 zu werden (siehe 7). Die Trägerdichte sollte vorzugsweise hoch sein in der Nähe eines Teils des zweiten Spiegels 104, wo der zweite Spiegel 104 mindestens die zweite Elektrode 109 berührt, damit leicht eine Ohmsche Kontaktverbindung mit der zweiten Elektrode 109 hergestellt werden kann, wenn in einem späteren Verfahren die zweite Elektrode 109 ausgebildet wird. Ähnlich sollte vorzugsweise die Trägerdichte in der Nähe eines Teils der ersten Kontaktschicht 111 hoch sein, wo die erste Kontaktschicht 111 mindestens die dritte Elektrodenschicht 116 berührt, damit die Ohmsche Kontaktverbindung mit der dritten Elektrode 116 leicht hergestellt werden kann.
Die Temperatur für das epitaxiale Wachstum wird in Abhängigkeit von der Wachstumsmethode, dem Rohmaterial, der Art des Halbleitersubstrats 101, der Art und Dicke des auszubildenden Halbleitermehrschichtfilms 150 und der Trägerdichte bestimmt. Insgesamt werden 450°C bis 800°C bevorzugt. Die Verarbeitungszeit für das epitaxiale Wachsen wird unter Berücksichtung der gleichen Faktoren bestimmt, die für die Temperatur in Betracht gezogen werden. Was die Methode des epitaxialen Hufwachsens betrifft, kann eine metallorganische Dampfphasenepitaxie (MOVPE) ein molekulare Strahlepitaxie (MBE) oder eine Flüssigphasenepitaxie (LPE) angewandt werden.

2.) Als nächstes wird die zweite Kontaktschicht 113 und die Lichtabsorptionsschicht 112 zu einer vorherbestimmten Gestalt bemustert (siehe 4). Als erstes wird auf den Halbleitermehrschichtfilm 150 ein Photoresistmaterial (nicht gezeigt) aufgetragen. Das Photoresistmaterial wird mittels einer photolithographischen Methode so gemustert, daß eine Resistschicht R1 in einem vorherbestimmten Muster entsteht. Als nächstes wird die zweite Kontaktschicht 113 und die Lichtabsorptionsschicht 112 beispielsweise mittels eines Trockenätzverfahrens geätzt, wobei die Resistschicht R1 als Maske dient. Dementsprechend wird die zweite Kontaktschicht 113 und die Lichtabsorptionsschicht 112 mit der gleichen ebenen Gestalt (Gestalt in Draufsicht) wie die zweite Kontaktschicht 113 erhalten. Danach wird die Resistschicht R1 entfernt.
3.) Die erste Kontaktschicht 111 wird als nächstes zu einer vorherbestimmten Gestalt bemustert (siehe 5). Im einzelnen wird als erstes ein nicht gezeigtes Photoresistmaterial auf die erste Kontaktschicht 111 aufgetragen. Das Photoresistmaterial wird mittels der photolithographischen Methode bemustert, um eine Resistschicht R2 in einem vorherbestimmten Muster zu bilden (siehe 5).

Als nächstes wird die erste Kontaktschicht 111 beispielsweise mittels eines Trockenätzverfahrens geätzt, wobei die Resistschicht R2 als Maske dient. Dementsprechend entsteht der lichtempfangende Teil 120, wie in 7 gezeigt. Danach wird die Resistschicht R2 entfernt. Der lichtempfangene Teil 120 umfaßt die zweite Kontaktschicht 113, die Lichtabsorption 112 und die erste Kontaktschicht 111. Eine plane Gestalt der ersten Kontaktschicht 111 kann größer gemacht werden als die der zweiten Kontaktschicht 113 und der Lichtabsorptionsschicht 112.
In den vorstehend beschriebenen Verfahren wird die erste Kontaktschicht 111 nach der Bemusterung der zweiten Kontaktschicht 113 und der Lichtabsorptionsschicht 112 bemustert. Alternativ kann die zweite Kontaktschicht 113 und die Lichtabsorptionsschicht 112 nach dem Bemustern der ersten Kontaktschicht 111 bemustert werden.

4.) Als nächstes wird mittels Bemustern der lichtemittierende Teil 140 einschließlich des säulenförmigen Teils 130 ausgebildet (siehe 6). Im einzelnen wird zunächst ein nicht gezeigtes Photoresistmaterial auf den zweiten Spiegel 104 aufgetragen. Das Photoresistmaterial wird mittels der photolithographischen Methode so bemustert, daß eine Resistschicht R3 in einem vorherbestimmten Muster ausgebildet wird (siehe 6).

Als nächstes wird beispielsweise mittels des Trockenätzverfahrens der zweite Spiegel 104, die aktive Schicht 103 und ein Teil des ersten Spiegels 102 unter Verwendung der Resistschicht R3 als Maske geätzt, wodurch der säulenförmige Teil 130 entsteht, wie in 6 gezeigt. Ein Resonator, der den säulenförmigen Teil 130 (den lichtemittierenden Teil 140) enthält, wird mit den vorstehend beschriebenen Verfahren geschaffen. Es wird nämlich ein gestapelter Aufbau aus dem lichtemittierenden Teil 140 und dem lichtempfangenen Teil 120 geschaffen. Danach wird die Resistschicht R3 entfernt.
Wie gesagt, wird der lichtempfangende Teil 120 vor der Ausbildung des säulenförmigen Teils 130 geschaffen. Alternativ kann der lichtempfangende Teil 120 nach der Schaffung des säulenförmigen Teils 130 ausgebildet werden.

5.) Als nächstes wird das Halbleitersubstrat 101, auf dem der säulenförmige Teil 130 mittels der vorstehend beschriebenen Verfahren gebildet wurde, beispielsweise Wasserdampf von etwa 400°C ausgesetzt, um die Strombegrenzungsschicht 105 durch das Oxidieren der eine große Menge an Al enthaltenden Schicht im zweiten Spiegel 104 von der Seite her zu bilden (siehe 7).

Die Oxidationsgeschwindigkeit hängt von der Temperatur eines Ofens, der Zufuhrmenge von Wasserdampf und dem Al-Anteil sowie der Dicke der zu oxidierenden Schicht ab (der Schicht, die einen hohen Al-Anteil enthält, wie vorstehend beschrieben). In einem Laser mit Oberflächenemission, der die durch Oxidation geschaffene Strombegrenzungsschicht enthält, fließt Strom beim Ansteuern nur in einem Teil, im welchem die Strombegrenzungsschicht nicht ausgebildet wurde (einem Teil, wo kein Oxidation geschah). Deshalb kann man die Stromdichte steuern, indem der Bereich gesteuert wird, in welchem die Strombegrenzungsschicht 105 im Verlauf des Ausbildungsverfahrens mittels Oxidation gebildet wird.
Der Durchmesser der Strombegrenzungsschicht 105 ist vorzugsweise so eingestellt, daß ein großer Anteil des vom lichtemittierenden Teil 140 ausgestrahlten Lichts auf die erste Kontaktschicht 111 auftrifft.

6.) Als nächstes wird die zweite Elektrode 109 auf der Oberseite 104a des zweiten Spiegels 104 gebildet. Danach wird die vierte Elektrode 110 oben auf dem lichtempfangenden Teil 120 (auf der Oberseite 113a der zweiten Kontaktschicht 113) ausgebildet. (Siehe 8).

Vor der Schaffung der zweiten Elektrode 109 und der vierten Elektrode 110 wird zunächst die obere Fläche 104a des zweiten Spiegels 104 und die obere Fläche 113a der zweiten Kontaktschicht 113 mittels eines Plasmabehandlungsverfahrens oder dergleichen gesäubert, wenn das nötig ist. Hiermit kann sich ein Element mit stabilerer Charakteristik ausbilden.
Als nächstes wird beispielsweise mittels eines Vakuumniederschlagsverfahrens eine Mehrfachschicht beispielsweise aus Pt, Ti und Au (nicht gezeigt) aufgetragen. Die aufgetragene Mehrfachschicht, die eine vorherbestimmte Position ausschließt, wird mittels eines Abhebeverfahrens entfernt, um die zweite Elektrode 109 und die vierte Elektrode 110 zu bilden. Während dieses Prozesses wird ein Teil, auf dem die vorstehend beschriebenen Mehrfachschichten nicht niedergeschlagen sind, auf der oberen Seite 113a der zweiten Kontaktschicht 113 geschaffen. Dieser Teil bildet die Öffnung 114, an deren Boden sich die optische Fläche 108 befindet. Im genannten Verfahren kann auch das Trockenätzverfahren angewandt werden statt des Abhebeverfahrens. Während die zweite Elektrode 109 und die vierte Elektrode 110 sogleich bemustert werden in dem vorstehend genannten Verfahren, kann die zweite Elektrode 109 und die vierte Elektrode 110 einzeln gemustert werden.

(7.) Als nächstes wird in der gleichen Weise durch Bemustern der aufgetragenen Mehrfachschicht beispielsweise aus Au und einer Legierung aus Au und Ge die erste Elektrode 107 auf dem ersten Spiegel 102 des lichtemittierenden Teils 140 und die dritte Elektrode 116 auf der ersten Kontaktschicht 111 des lichtempfangenden Teils 120 ausgebildet (siehe 9).

Anschließend wird geglüht. Die Temperatur beim Glühen hängt vom Elektrodenmaterial ab. Was das benutzte Elektrodenmaterial betrifft, liegt die Temperatur üblicherweise bei etwa 400°C. Die erste Elektrode 107 und die dritte Elektrode 116 werden mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet (siehe 9.) Die erste Elektrode 107 und die dritte Elektrode 116 können durch gleichzeitiges oder getrenntes Bemustern geschaffen werden.
Mit den vorstehend genannten Verfahren wird das elektrooptische Element 100 einschließlich des lichtemittierenden Teils 140 und des lichtempfangenden Teils 120 erzielt.

(8.) Als nächstes wird das optische Glied 160 auf dem lichtempfangenden Teil 120 gebildet (siehe 9 und 10).

Es wird ein Fall beschrieben, bei dem ein Teil des optischen Gliedes 160 auf der optischen Fläche 108 und ein anderer Teil des optischen Gliedes 160 auf dem lichtempfangenden Teil 120 mit der vierten Elektrode 110 geschaffen wird (siehe 1).
Zuerst wird, wenn nötig, eine Behandlung zum Einstellen eines Benetzungswinkels des optischen Gliedes 160 auf der oberen Fläche des lichtempfangenen Teils 120 durchgeführt (auf der Oberfläche der zweiten Kontaktschicht 113 und der optischen Fläche 108). Dieses Verfahren ermöglicht es, einen Vorläufer 160b des optischen Gliedes in einer vorherbestimmten Gestalt zu bekommen, wenn das flüssige Material auf die obere Seite des lichtempfangenden Teils 120 in einem nachfolgend zu beschreibenden Prozeß aufgebracht wird, womit ein optisches Glied erhalten wird, das eine vorherbestimmte Gestalt besitzt (siehe 9 und 10). Dann wird ein Flüssigkeitstropfen 160a des flüssigen Materials in Richtung zur optischen Fläche 108 beispielsweise mittels eines Tintenstrahlverfahrens ausgestoßen. Zu Beispielen für Tintenstrahlausstoßverfahren gehören erstens ein Verfahren, bei dem Bläschen in der Flüssigkeit (hier die Flüssigkeit für den Vorläufer des optischen Gliedes) durch Wärme erzeugt werden, um Druck entstehen zu lassen und die Flüssigkeit auszustoßen, und zweitens ein Verfahren, bei dem Druck mittels eines piezoelektrischen Elements zum Ausstoßen der Flüssigkeit erzeugt wird. Was die Steuerbarkeit des Drucks betrifft, ist das zweite Verfahren vorzuziehen.
Eine Ausrichtung zwischen einer Düsenposition eines Tintenstrahlkopfes und der Ausstoßposition für die Flüssigkeit erfolgt mittels eines bekannten Bilderkennungsverfahrens, das bei einem Belichtungsprozeß oder einem Inspektionsprozeß im allgemeinen Herstellungsverfahren für integrierte Halbleiterschaltungen angewandt wird. Beispielsweise wird die Ausrichtung zwischen der Stellung einer Düse 170 eines Tintenstrahlkopfes 180 und der Lage der optischen Fläche 108 so ausgeführt, wie dies in 9 dargestellt ist. Nach dem Ausrichten stößt der Tintenstrahlkopf 180 den Flüssigkeitstropfen 160a des flüssigen Materials durch Steuern der an den Tintenstrahlkopf 180 anliegenden Spannung aus. Dementsprechend wird der Vorläufer 160b des optischen Gliedes auf der oberen Fläche des lichtempfangenden Teils 120 geschaffen, wie in 9 gezeigt.
Wie aus 9 hervorgeht, wird in dem Zeitpunkt, in dem der von der Düse 170 ausgestoßene Flüssigkeitstropfen 160a auf der Oberseite des lichtempfangenden Teils 120 landet, das flüssige Material 160b durch Oberflächenspannung verformt, wodurch das flüssige Material 160b in der Mitte der oberen Fläche des lichtempfangenden Teils 120 zu liegen kommt. Die Position wird also automatisch eingestellt.
Auch in diesem Fall hat der Vorläufer 160b des optischen Gliedes (siehe 10) eine Gestalt und Größe in Übereinstimmung mit der Gestalt und Größe der oberen Fläche des lichtempfangenden Teils 120, der ausgestoßenen Menge des Flüssigkeitstropfens 160a, der Oberflächenspannung des Flüssigkeitstropfens 160a und der Oberflächenspannung zwischen der Oberseite des lichtempfangenen Teils 120 und dem Flüssigkeitstropfen 160a. Durch Steuerung dieser Faktoren kann infolgedessen die Gestalt und Größe des endgültig erhaltenen optischen Gliedes 160 gesteuert werden (siehe 1), was einen größeren Freiheitsgrad für die Auslegung der Linse bietet.
Nach Beendigung der vorstehend beschriebenen Verfahren wird, wie 10 zeigt, der Vorläufer 160b des optischen Gliedes mit einem Energiestrahl (zum Beispiel UV-Licht) gehärtet, um die Ausbildung des optischen Gliedes 160 auf der Oberseite des lichtempfangenden Teils 120 zu vollenden (siehe 1).
Die optimale Wellenlänge und die Bestrahlungsmenge des UV-Lichts hängen vom Material des Vorläufers 160b des optischen Gliedes ab. Wenn beispielsweise ein Vorläufer aus einem UV-härtbaren Harz des Acryltyps als Vorläufer 160b für das optische Glied benutzt wird, erfolgt das Härten mit UV-Licht, dessen Wellenlänge etwa 350 nm und dessen Intensität 10 mW beträgt, während einer Bestrahlungszeit von 5 Minuten. Mit den vorstehend beschriebenen Verfahren wird das elektrooptische Element 100 gemäß 1 erzielt.
4. Vorteilhafte Wirkungen
Das elektrooptische Element 100 bietet folgende günstige Wirkungen.

(A) Da das optische Glied 160 mindestens auf der optischen Fläche 108 vorgesehen ist, kann erstens das im lichtemittierenden Teil 140 erzeugte Licht nach dem Einstellen seines Strahlungswinkels nach außen abgestrahlt werden. Beispielsweise kann mittels des optischen Gliedes 160 der Strahlungswinkel des im lichtemittierenden Teil 140 erzeugten Lichts verringert werden. Dementsprechend kann das vom elektrooptischen Element 100 ausgestrahlte Licht leichter in einen optischen Wellenleiter, beispielsweise in Faseroptik oder dergleichen eingeführt werden.
(B) Zweitens läßt sich die Größe und Gestalt des optischen Gliedes 160 streng steuern. Wie schon beim 8.) Verfahren erwähnt, wird zur Ausbildung des optischen Gliedes 160 der Vorläufer 160b des optischen Gliedes auf der oberen Fläche des lichtempfangenden Teils 120 geschaffen (siehe 8 und 9). Solange das flüssige Material des Vorläufers 160b des optischen Gliedes nicht eine Seite des lichtempfangenden Teils 120 benetzt, wirkt die Oberflächenspannung des flüssigen Materials hauptsächlich auf den Vorläufer 160b des optischen Gliedes. Deshalb kann die Gestalt des Vorläufers 160b des optischen Gliedes durch Steuern der Menge des für das optische Glied 160 verwendeten flüssigen Materials (Flüssigkeitstropfen 160a) gesteuert werden. Hierdurch ist es möglich, ein optisches Glied 160 zu erhalten, dessen Gestalt strenger gesteuert ist. Infolgedessen kann ein optisches Glied 160 erhalten werden, das eine vorherbestimmte Gestalt und Größe hat.
(C) Drittens kann die Anbringungsstelle für das optische Glied 160 streng gesteuert werden. Wie schon gesagt, wird das optische Glied 160 in folgenden Schritten ausgebildet. Zunächst wird durch das Ausstoßen des Flüssigkeitstropfens 160a auf die Oberseite des lichtempfangenden Teils 120 der Vorläufer 160b des optischen Gliedes geschaffen. Dann wird der Vorläufer 160b des optischen Gliedes gehärtet (siehe 9 und 10). Im allgemeinen ist es schwer, die Position genau zu steuern, auf der die ausgestoßene Flüssigkeit landet. Mit diesem Verfahren hingegen ist es möglich, das optische Glied 160 auf der oberen Fläche des lichtempfangenden Teils 120 ohne eine Positionierung zu schaffen. Genauer gesagt kann durch einfaches Ausstoßen des Flüssigkeitstropfens 160a auf die Oberseite des lichtempfangenden Teils 120 der Vorläufer 160b des optischen Gliedes ohne Lagebestimmung erzeugt werden. Dies macht es möglich, das optische Glied 160, dessen Anbringungsort gesteuert ist, einfach und mit hoher Ausstoßrate zu erzeugen. Insbesondere wenn der Flüssigkeitstropfen 160b mittels des Tintenstrahlverfahrens ausgestoßen wird, kann er in eine genauere Position ausgestoßen werden, so daß das optische Glied 160, dessen Anbringungsort genauer gesteuert ist, einfach und mit hoher Ausstoßrate geschaffen werden kann. Bei Anwendung des Tintenstrahlverfahrens kann außerdem die Ausstoßmenge des Flüssigkeitstropfens 160b mit einer Einheit in der Größenordnung von einem Picoliter gesteuert werden, und damit ist es möglich, daß sich eine präzise Struktur exakt ausbildet.
(D) Viertens kann durch Rückmelden eines Ergebnisses eines Teils des vom lichtemittierenden Teil 140 ausgegebenen Lichts, welcher im lichtempfangenden Teil 120 der Treiberschaltung überwacht wird, die Abgabeschwankung aufgrund von Temperatur oder dergleichen korrigiert und damit eine stabile Lichtabgabe erzielt werden.

Ausführungsbeispiel der Erfindung
1. Aufbau des elektrooptischen Elements
11 ist eine Schnittansicht, in der ein elektrooptisches Element 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt ist. 12 ist eine Draufsicht, die das in 11 gezeigte elektrooptische Element 300 schematisch zeigt. Für dieses Ausführungsbeispiel wird ebenso wie für das vorstehend beschriebene elektrooptische Element 100 ein Fall beschrieben, bei dem der lichtemittierende Teil 240 ein Halbleiterlaser mit Oberflächenemission ist und der lichtempfangende Teil 220 als lichtdetektierender Teil wirkt.
Das elektrooptische Element 300 gemäß dem Ausführungsbeispiel umfaßt den gleichen Aufbau wie das schon beschriebene elektrooptische Element 100. Aus diesem Grund sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht erneut im einzelnen beschrieben.
In dem elektrooptischen Element 300 hat der lichtempfangende Teil 120 zusätzlich die Aufgabe, Licht zu absorbieren, das nach dem Durchlaufen des optischen Gliedes 160 von außen her in die optische Fläche 108 einfällt, und dieses in einen Strom umzuwandeln. Eine optische Dicke d ist durch die folgende Formel 1 wiedergegeben, in der λ eine Sollwellenlänge des lichtemittierenden Teils ist: d = mλ2 (1)(m: natürliche Zahl größer als oder gleich eins).
Im elektrooptischen Element 300 des Ausführungsbeispiels ist die optische Dicke d des lichtempfangenden Teils 120 die Summe aus jeder optischen Dicke der ersten Kontaktschicht 111, der Lichtabsorptionsschicht 112 und der zweiten Kontaktschicht 113, wie in 11 gezeigt. Da die optische Dicke ein Wert ist, der durch Multiplizieren der tatsächlichen Filmdicke einer Schicht mit dem Brechungsindex berechnet wird, ist beispielsweise im Fall einer Schicht, bei der die optische Dicke λ/4, der Brechungsindex n 2,0 und die Lichtwellenlänge λ ist, die tatsächliche Filmdicke der Schicht gleich (optische Dicke)/(Brechungsindex n). Deshalb gilt: (λ/4)/2,0 ist = 0,125λ. Bei diesem Ausführungsbeispiel bedeutet "Dicke" die tatsächliche Dicke der Schicht.
Wenn die optische Dicke d des lichtempfangenden Teils 120 so gesetzt wird, daß sie der oben angegebenen Formel (1) genügt, kann Licht einer spezifizierten Wellenlänge in der Lichtabsorptionsschicht 112 des lichtempfangenden Teils 120 wirksam absorbiert werden.
Für das elektrooptische Element 300 des Ausführungsbeispiels zeigt 13 das Reflexionsvermögen (durchgezogene Linie) des lichtempfangenden Teils 120 für Licht, welches von der optischen Fläche 108 auf den lichtempfangenden Teil 120 auftrifft, und das Reflexionsvermögen (gestrichelte Linie) des zweiten Spiegels 104 für Licht, das von der aktiven Schicht 103 auf den zweiten Spiegel 104 auftrifft. Die Sollwellenlänge λ ist 850 nm. Die optische Dicke d des lichtempfangenden Teils 120 ist 2λ. Der zweite Spiegel 104 des lichtemittierenden Teils 140 besteht aus 29,5 Paaren einer gleitenden Al_0,9Ga_0,1As-Schicht, deren optische Dicke λ/4 beträgt, und einer p-leitenden Al_0,15Ga_0,85As-Schicht, deren optische Dicke λ/4 beträgt, die abwechselnd eine nach der anderen aufgetragen sind.
Wenn, unter Hinweis auf 13 Licht der Sollwellenlänge λ von der aktiven Schicht 103 auf den zweiten Spiegel 104 trifft, ist der Reflexionsgrad des Lichts nahezu 100%. Wenn andererseits Licht der Sollwellenlänge λ von der optischen Fläche 108 auf den lichtempfangenden Teil 120 trifft, ist der Reflexionsgrad des Lichtes nahezu 0%. Es wird also beim Auftreffen von Licht der Sollwellenlänge λ auf den lichtempfangenden Teil 120 von der optischen Fläche 108 der größte Teil des Lichts im lichtempfangenden Teil 120 absorbiert.
Aus den oben genannten Ergebnissen folgt gemäß dem elektrooptischen Element 300, daß bei einer Einstellung der optischen Dicke d des lichtempfangenden Teils 120 so, daß die Formel (1) erfüllt ist, das Licht in der Lichtabsorptionsschicht 112 wirksam absorbiert werden kann, ohne daß der Aufbau des lichtemittierenden Teils 140 geändert werden muß. Das von außen auf die optische Fläche 108 treffende Licht kann also wirksam in die Lichtabsorptionsschicht 112 des lichtempfangenden Teils 120 eingeleitet werden.
2. Betrieb des elektrooptischen Elements
Im elektrooptischen Element 300 des Ausführungsbeispiels absorbiert der lichtempfangende Teil 120 das Licht von außen und wandelt es in Strom um, wie schon gesagt. In diesem Fall trifft das Licht von außen auf das optische Glied 160. Dann fällt das Licht von der optischen Fläche 108 auf den lichtempfangenden Teil 120. Das Licht wird von der Lichtabsorptionsschicht 112 absorbiert und in Strom umgewandelt. Mit dem hier erhaltenen Wert kann eine Lichtmenge erfaßt werden, die von außen eingedrungen ist. Andererseits läuft das im lichtemittierenden Teil 140 erzeugte Licht durch den lichtempfangenden Teil 120 hindurch. Das Licht wird dann vom optischen Glied 160 abgestrahlt, in welchem sein Strahlungswinkel verkleinert wird. Weitere Operationen als die hier genannten sind die gleichen wie für das elektrooptische Element 100 beschrieben und werden deshalb hier nicht näher erläutert.
3. Günstige Auswirkung
Das elektrooptische Element 300 und das Verfahren zu seiner Herstellung gemäß dem Ausführungsbeispiel haben im wesentlichen die gleiche vorteilhafte Wirkung wie die des elektrooptischen Elements 100 und dessen Herstellungsverfahren.
Gemäß dem elektrooptischen Element 300 des Ausführungsbeispiels absorbiert zusätzlich der lichtempfangende Teil 120 das Licht von außen und wandelt es in Strom um. Da das optische Glied 160 auf der optischen Fläche 108 ausgebildet ist, kann in diesem Fall ein weiter Bereich an Licht in die optische Fläche 108 einfallen. Das optische Glied 160 wird wie folgt gebildet. Zunächst wird der Flüssigkeitstropfen auf die obere Fläche des lichtempfangenden Teils 120 ausgestoßen und der Vorläufer 160b des optischen Gliedes gebildet. Dann wird der Vorläufer 160b des optischen Gliedes gehärtet. Dies macht es möglich, wie in 11 und 12 gezeigt, daß der größte Durchmesser, nämlich der Durchmesser r1 des Querschnitts des optischen Gliedes 160 größer sein kann als der Durchmesser r2 der Oberseite des lichtempfangenden Teils 120. Hierdurch kann der Durchmesser des optischen Gliedes 160 größer gemacht werden, was den Einfall eines größeren Bereichs an Licht auf die optische Fläche 108 erlaubt.
Im elektrooptischen Element 300 des Ausführungsbeispiels haben die im lichtemittierenden Teil 140 gebildete erste Elektrode 107 und zweite Elektrode 109 eine ringförmige Gestalt in der Ebene (siehe 12). Wenn der lichtemittierende Teil 140 ein Halbleiterlaser mit Oberflächenemission ist, haben die erste Elektrode 107 und die zweite Elektrode 109 diese ringförmige ebene Gestalt, und deswegen kann Strom im lichtemittierenden Teil 140 gleichmäßig fließen. Schnittansichten der ersten Elektrode 107 und der zweiten Elektrode 109, des säulenförmigen Teils 130 und des lichtempfangenden Teils 120 verhalten sich andererseits wie konzentrische Kreise. Genauer gesagt, ist der säulenförmige Teil 130 und die zweite Elektrode 109 im Innern der ersten Elektrode 107 ausgebildet und der lichtempfangende Teil 120 ist im Innern der zweiten Elektrode 109 ausgebildet. Deshalb ist, wie 11 zeigt, die optische Fläche 108, die auf der oberen Fläche des lichtempfangenden Teils 120 ausgebildet ist, kleiner als die Querschnittsfläche des lichtemittierenden Teils 140. Folglich ist es schwierig, das Licht von außen durch die optische Fläche 108 einzuleiten. Aber da im elektrooptischen Element 300 des Ausführungsbeispiels auf der optischen Fläche 108 das optische Glied 160 vorgesehen ist, kann Licht von außen wirksam durch die optische Fläche 108 eingeleitet werden. Obwohl also die erste Elektrode 107 und die zweite Elektrode 109 in der Ebene eine ringförmige Gestalt haben, kann Licht wirksam durch die optische Fläche 108 eingeleitet werden.
Beispiele der Benutzung des elektrooptischen Elements
14 ist ein Diagramm, in dem ein optisches Modul 500 gemäß einem ersten Beispiel schematisch dargestellt ist. Das optische Modul 500 umfaßt ein erstes elektrooptisches Element 400a und ein zweites elektrooptisches Element 400b (beide hier als elektrooptisches Element 400 bezeichnet, soweit es um eine beiden eigene Struktur oder Funktion geht), einen Halbleiterchip 20 und einen optischen Wellenleiter (Faseroptik 30). Im elektrooptischen Element 400 hat ein lichtempfangender Teil 320 eine erste Funktion, das vom lichtemittierenden Teil 340 auf eine optische Fläche 308 auftreffende Licht in Strom umzuwandeln und zweite Funktion, das von einem optischen Glied 360 auf eine optische Fläche 308 auftreffende Licht in Strom umzuwandeln, und zwar in der gleichen Weise wie beim elektrooptischen Element 300 des Ausführungsbeispiels.
Im optischen Modul 500 wird das elektrooptische Element 300 des Ausführungsbeispiels als elektrooptisches Element 400 benutzt, und es kann die gleiche vorteilhafte Wirkung erzielt werden wie mit dem elektrooptischen Element 400. Das gilt in gleicher Weise für die nachfolgend angegebenen Beispiele unter Hinweis auf die 16 und 17.
1. Aufbau des elektrooptischen Elements
Im optischen Modul 500 ist das erste elektrooptische Element 400a und das zweite elektrooptische Element 400b so angeordnet, daß sie einer Stirnfläche 30a beziehungsweise einer Stirnfläche 30b des optischen Wellenleiters 30 zugewandt sind, wie aus 14 hervorgeht. Der Aufbau des ersten und zweiten elektrooptischen Elements 400 ist gleich. Das erste und zweite elektrooptische Element 400 umfaßt den lichtemittierenden Teil 340 und den lichtempfangenden Teil 320. Jede den lichtemittierenden Teil 340 und den lichtempfangenden Teil 320 bildende Schicht hat nahezu den gleichen Aufbau wie im lichtemittierenden Teil 140 und im lichtempfangenden Teil 120 des in 1 gezeigten elektrooptischen Elements 100, eine Ausnahme bildet nur die Positionierung der Elektrode. In 14 haben die einzelnen Schichten des lichtemittierenden Teils 340 und des lichtempfangenden Teils 320 keine Bezugszeichen.
In dem in 14 dargestellten elektrooptischen Element 400 bewirken eine erste Elektrode 307 und eine zweite Elektrode 309 das Ansteuern des lichtemittierenden Teils 340. Die zweite Elektrode 309 und die vierte Elektrode 310 bewirken das Ansteuern des lichtempfangenden Teils 320. Eine Öffnung 314 ist in einem Teil einer Zone der vierten Elektrode 310 gebildet, die sich am lichtempfangenden Teil 320 befindet. Der Boden der Öffnung 314 ist eine optische Fläche 308.
Ein optisches Glied 360 ist auf der optischen Fläche 308 gebildet. Das optische Glied 360 ist aus dem gleichen Material gemacht und kann in der gleichen Weise ausgebildet werden wie das optische Glied 160 des in 1 gezeigten elektrooptischen Elements 100. Was die erste Elektrode 307 bis einschließlich der vierten Elektrode 310 betrifft, ist ein Teil jeder derselben auf einer Isolierschicht 306 ausgebildet. Die Isolierschicht 306 ist vorzugsweise ein Harz, beispielsweise ein Harz der Polyimidart, ein Harz der Fluorkarbonart, ein Harz der Acrylart, ein Harz der Epoxyart oder dergleichen oder ein Isoliermaterial, wie Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumnitridoxid oder dergleichen.
Jedes der elektrooptischen Elemente, das erste elektrooptische Element 400a und das zweite elektrooptische Element 400b wirkt als lichtempfangendes Element oder als lichtemittierendes Element. Das optische Modul 500 ermöglicht eine Nachrichtenübermittlung in zwei Richtungen. Wenn das erste elektrooptische Element 400a als lichtemittierendes Element wirkt und das zweite elektrooptische Element 400b als lichtempfangendes Element, wird das im lichtemittierenden Teil 340 des ersten elektrooptischen Elements 400 erzeugte Licht von der optischen Fläche 308 ausgestrahlt und fällt in das optische Glied 360 ein. Dann wird das Licht vom optischen Glied 360, in dem das Licht gesammelt wird, abgestrahlt und fällt in die Stirnfläche 30a der Faseroptik 30 ein. Das hier einfallende Licht wird durch die Faseroptik so weitergetragen, daß es von der Stirnfläche 30b austritt. Anschließend fällt das Licht auf die optische Fläche 308 des zweiten elektrooptischen Elements 400b auf, nachdem es das optische Glied 360 durchlaufen hat. Danach wird das Licht im lichtempfangenden Teil 320 des zweiten elektrooptischen Elements 400b absorbiert.
Wenn alternativ das erste elektrooptische Element 400a als lichtempfangendes Element und das zweite elektrooptische Element 400b als lichtemittierendes Element wirkt, wird das im lichtemittierenden Teil 340 des ersten elektrooptischen Elements 400b erzeugte Licht von der optischen Fläche 308 abgestrahlt und fällt in das optische Glied 360 ein.
Vom optischen Glied 360, in dem das Licht gebündelt wird, wird es dann abgestrahlt und fällt in die Stirnfläche 30b der Faseroptik 30 ein. Das einfallende Licht wird durch die Faseroptik 30 übertragen und tritt an der Stirnfläche 30a aus. Anschließend fällt das Licht in die optische Fläche 308 des zweiten elektrooptischen Elements 400a ein, nachdem es das optische Glied 360 durchlaufen hat. Das Licht wird danach im lichtempfangenden Teil 320 des zweiten elektrooptischen Elements 400a absorbiert.
Die relative Stellung des ersten elektrooptischen Elements 400a gegenüber der Stirnfläche 30a der Faseroptik 30 ist festgelegt. Die relative Stellung des ersten elektrooptischen Elements 400b gegenüber der Stirnfläche 30b der Faseroptik ist festgelegt. Die optische Fläche 308 des ersten elektrooptischen Elements 400a ist der Stirnfläche 30a der Faseroptik 30 zugewandt. Die optische Fläche 308 des ersten elektrooptischen Elements 400b ist der Stirnfläche 30b der Faseroptik 30 zugewandt. Der Halbleiterchip 20 ist vorgesehen, um das jeweilige elektrooptische Element 400 anzusteuern. Im einzelnen umfaßt der Halbleiterchip 20 eine Schaltung zum Ansteuern des elektrooptischen Elements 400. Auf dem Halbleiterchip 20 ist jedes der mit einer inneren Schaltung elektrisch verbundenen Verdrahtungsmuster 24, 34, 64 vielfach vorgesehen. Der Halbleiterchip 20 und das elektrooptische Element 400 sind elektrisch miteinander verbunden. Zum Beispiel ist die erste Elektrode 307 und das Verdrahtungsmuster 24 mittels Lot 26 elektrisch verbunden. Auch die zweite Elektrode 309 und das Verdrahtungsmuster 64 sind mittels Lot 26 elektrisch verbunden. Zusätzlich ist die vierte Elektrode 310 und das Verdrahtungsmuster 34 mittels Lot 26 elektrisch verbunden.
Im elektrooptischen Element 400 kann der Halbleiterchip 20 seitenrichtig angebracht sein. Folglich verbindet das Lot nicht nur das elektrooptische Element 400 elektrisch mit dem Halbleiterchip 20, sondern fixiert sie auch aneinander. Hinsichtlich der oben beschriebenen Verbindung zwischen den Elektroden und dem Verdrahtungsmuster kann statt des Lots 26 auch ein Draht oder ein leitfähiger Klebestoff verwendet werden.
Mit Hilfe eines Harzes 56 kann, wie in 14 gezeigt, auch ein Zwischenraum zwischen dem elektrooptischen Element 400 dem Halbleiterchip 200 fixiert werden. Dabei hat das Harz 56 die Aufgabe, einen Verbindungszustand zwischen dem elektrooptischen Element 400 und dem Halbleiterchip 20 beizubehalten. Da hierbei verhindert wird, daß das optische Glied 360 mit Harz 56 bedeckt wird, kann die Brechzahldifferenz zwischen dem optischen Glied 311 und seiner Umgebung aufrechterhalten werden, wodurch die lichtbündelnde Funktion des optischen Gliedes 360 sichergestellt ist.
Im Halbleiterchip 20 ist ein Loch 28 (beispielsweise ein Durchgangsloch) vorgesehen. In dieses Loch 28 ist die Faseroptik 30 eingesetzt. Das Loch 28 erstreckt sich durch den Halbleiterchip 20 von der die Verdrahtungsmuster 24, 34, 64 aufweisenden Oberfläche zur entgegengesetzten Oberfläche unter Vermeidung der inneren Schaltung. An mindestens einer der Öffnungskanten des Lochs kann eine nicht gezeigte Abschrägung vorgesehen sein. Das Vorsehen dieser Abschrägung erleichtert das Einsetzen der Faseroptik in das Loch 28.
2. Ansteuerverfahren für das optische Modul
Das Verfahren zum Ansteuern des in 14 gezeigten optischen Moduls 500 wird unter Hinweis auf die 15 beschrieben. In 15 ist ein Beispiel einer Treiberschaltung (ein Hauptteil) für die in 14 gezeigten elektrooptischen Elemente 400 schematisch dargestellt.
In dem in 14 gezeigten optischen Modul 500 wird eine Steuerung durchgeführt, um Lichtsendung und Lichtempfang im Time-Sharing Betrieb auszutauschen. Wenn, wie schon erwähnt, das erste elektrooptische Element 400a als lichtemittierendes Element wirkt, erfolgt die Steuerung so, daß das zweite elektrooptische Element 400b das im ersten lichtemittierenden Element 400a erzeugte Licht empfängt. Wenn das zweite elektrooptische Element 400b als lichtemittierendes Element wirkt, wird die Steuerung so durchgeführt, daß das erste elektrooptische Element 400a das im zweiten lichtemittierenden Element 400b erzeugte Licht empfängt. Der Time-Sharing Betrieb wird mittels eines Taktes 54 und eines Taktes 55 gesteuert, die in eine integrierte Treiberschaltung 40 beziehungsweise einen Umschaltkreis 42 eingegeben werden.
Die Treiberschaltung für das elektrooptische Element 400 umfaßt die integrierte Treiberschaltung 40, den Umschaltkreis 42 und einen Transimpedanz-Verstärker (TIA) 44, wie in 15 gezeigt. Die in 15 dargestellte Treiberschaltung ist für jedes elektrooptische Element 400 vorgesehen. Zusätzlich kann im elektrooptischen Element 400 eine Vorspannung für den lichtemittierenden Teil 340 und den lichtempfangenden Teil 320 in der gleichen Richtung angelegt werden. Die integrierte Treiberschaltung ist mit einer Elektrode des lichtemittierenden Teils 340 des elektrooptischen Elements 400 elektrisch verbunden. Der Umschaltkreis 42 ist mit einer Elektrode des lichtempfangenden Teils 320 des elektrooptischen Elements 400 elektrisch verbunden. Andererseits ist eine weitere Elektrode des lichtemittierenden Teils 340 und eine weitere Elektrode des lichtempfangenden Teils 320 geerdet, wie aus 15 hervorgeht. Zusätzlich ist eine Vorspannung in Sperrichtung an die eine Elektrode des lichtempfangenden Teils 320 angelegt. Der TIA 44 ist mit dem Umschaltkreis 42 elektrisch verbunden.
Die integrierte Treiberschaltung 40 ist vorgesehen, um den lichtemittierenden Teil 340 des elektrooptischen Elements 400 anzusteuern. Im einzelnen wird das im lichtemittierenden Teil 340 erzeugte Licht abgestrahlt, während ein Sendesignal 58 in die integrierte Treiberschaltung 40 eingegeben wird. Der lichtempfangende Teil 320 kann die Abgabe des im lichtemittierenden Teil 340 erzeugten Lichts überwachen, wenn der lichtemittierende Teil 340 in Betrieb ist. Unter Hinweis auf 15 soll ein Verfahren zum Ansteuern des optischen Moduls näher erläutert werden.
Wenn das Sendesignal 58 in die integrierte Treiberschaltung 40 eingegeben wird, beginnt diese mit dem Ansteuern des lichtemittierenden Teils 340. Während das Sendesignal 58 in die integrierte Schaltung 40 eingegeben wird, wird vom lichtempfangenden Teil 320 die Abgabe des im lichtemittierenden Teil 340 erzeugten Lichts erfaßt. Die erfaßte Lichtabgabe wird vom Umschaltkreis 42 als eine APC-Eingabe 52 in die integrierte Treiberschaltung 40 eingegeben. Während das Sendesignal 58 nicht in die integrierte Schaltung 40 eingeben wird, fällt andererseits das aus der Stirnfläche 30a der Faseroptik 30 austretende Licht in die optische Fläche 108 des elektrooptischen Elements 400 ein, nachdem es das optische Glied 160 durchlaufen hat. Im einzelnen ist, während das Sendesignal 58 nicht in das elektrooptische Element 400 eingegeben wird, der Umschaltkreis 42 auf die TIA 44 Seite (siehe 15) geschaltet. Der TIA 44 hat eine Funktion zum Verstärken des Empfangssignals 50. Wie schon gesagt, kann im optischen Modul 500 das erste elektrooptische Element 400a und das zweite elektrooptische Element 400b im Time-Sharing Betrieb derartig gesteuert werden, daß, wenn das erste elektrooptische Element 400a sich im lichtemittierenden Zustand befindet, das zweite elektrooptische Element 400b sich in einem lichtempfangenden Zustand befindet, und daß, wenn sich das erste elektrooptische Element 400a im lichtempfangenden Zustand befindet, das zweite elektrooptische Element 400b sich in einem lichtemittierenden Zustand befindet.
16 stellt eine optische Übertragungsvorrichtung als weiteres Beispiel der Anwendung der Erfindung dar. Eine optische Übertragungsvorrichtung 90 verbindet elektronische Geräte 92, beispielsweise einen Rechner, einen Bildschirm, einen Speicher, einen Drucker oder dergleichen. Die elektronischen Geräte 92 können Informationsübermittlungsgeräte sein. Das optische Übertragungsgerät 90 kann einen Stecker 96 an beiden Enden eines Kabels 94 umfassen. Das Kabel 94 schließt die Faseroptik 30 ein. (Siehe 14). Der Stecker 96 schließt das elektrooptische Element 400 (400a) (400b), und den Halbleiterchip 20 ein. Diese Elemente sind daher in 16 nicht sichtbar. Der Zustand der Befestigung zwischen der Faseroptik und dem elektrooptischen Element 400 ist der gleiche wie schon beschrieben.
Die elektrooptischen Elemente 400a und 400b sind jeweils an einem der Endteile der Faseroptik 30 vorgesehen. Wenn das elektrooptische Element 40a, das an einem Ende der Faseroptik 30 vorgesehen ist, als lichtempfangendes Element dient, wird nach dem Umwandeln eines Lichtsignals in ein elektrisches Signal im lichtempfangenden Teil 120 des elektrooptischen Elements 400a das elektrische Signal in das elektronische Gerät 92 eingegeben. Hierbei wirkt das am anderen Endteil der Faseroptik 30 vorgesehene elektrooptische Element 400b als lichtemittierendes Element. So wird das vom elektronischen Gerät 92 ausgegebene elektrische Signal im lichtemittierenden Teil 140 des elektrooptischen Elements 400b in ein optisches Signal umgewandelt. Das optische Signal wird durch die Faseroptik 30 übertragen und in das als lichtempfangendes Element wirkende elektrooptische Element 400a eingegeben. Wie schon gesagt, kann mit der optischen Übertragungsvorrichtung 90 eine Übermittlung zwischen den elektronischen Geräten 92 mit Hilfe des Lichtsignals erzielt werden. 17 veranschaulicht eine Benutzung einer optischen Übertragungsvorrichtung. Die optische Übertragungsvorrichtung 90 ist zwischen elektronischen Geräten 80 angeschlossen. Als elektronische Geräte seien beispielsweise folgende genannt: ein Flüssigkristallanzeigemonitor oder eine digitale Kathodenstrahlröhre (kann im Finanzwesen, für Versandhandel, Gesundheitsdienste, Erziehung verwendet werden), ein Flüssigkristallprojektor, ein Plasmabildschirm (PDP) ein digitales Fernsehgerät, eine Registrierkasse für Einzelhändler (für Kassenplätze – POS), ein Videorekorder, ein Rundfunkgerät, ein Spielgerät, ein Drucker oder dergleichen.
In dem elektrooptischen Element des vorstehend genannten Ausführungsbeispiels wurde ein Fall beschrieben, bei dem der lichtemittierende Teil einen säulenförmigen Teil umfaßt. Selbst wenn eine Vielzahl säulenförmiger Teile im lichtemittierenden Teil vorgesehen sind, hat dies aber keinen nachteiligen Einfluß auf das Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch wenn mehrere elektrooptische Elemente in einer Anordnung vorgesehen sind, hat dies die gleiche Wirkung.
Ferner können im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel in den Halbleiterschichten die gleitenden und die n-leitenden ausgetauscht werden. Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde eine Beschreibung von AlGaAs entsprechend der Schwingungswellenlänge gegeben, es kann aber auch ein anderes Materialsystem benutzt werden, anwendbar ist beispielsweise ein Halbleitermaterial wie ein GaInP (Gallium-Indium-Phosphit) System, ein ZnSSe (Zink-Schwefel-Selenid) System, ein InGaN (Indium-Gallium-Nitrid) System, ein AlGaN (Aluminium-Gallium-Nitrid) System, ein InGaAs (Indium-Gallium-Arsenid) System, ein GaInAs (Gallium-Indium-Arsenid) System, ein GaAsSb (Gallium-Arsenid-Antimon) System.

Claims

Elektrooptisches Element, aufweisend: einen lichtemittierenden Teil (140; 340), der einen ersten Spiegel (102), eine auf dem ersten Spiegel vorgesehene, aktive Schicht (103) und einen auf der aktiven Schicht (103) vorgesehenen, zweiten Spiegel (104) umfaßt; einen lichtempfangenden Teil (120; 320), der eine erste Kontaktschicht (111), eine auf der ersten Kontaktschicht (111) vorgesehene Lichtabsorptionsschicht (112), eine zweite, auf der Lichtabsorptionsschicht (112) vorgesehene Kontaktschicht (113) sowie eine optische Oberfläche (108; 308) umfaßt, die Licht durch den auf dem lichtemittierenden Teil (140; 340) vorgesehenen lichtempfangenden Teil (120; 320) hindurchläßt, wobei Licht mindestens in einer Richtung ausgestrahlt wird, in der der lichtemittierende Teil (140; 340) und der lichtempfangende Teil (120; 320) aufeinandergestapelt sind; und ein optisches Glied (160; 360), welches die Funktion hat, eine optische Eigenschaft oder die Richtung der Lichtfortpflanzung zu ändern und welches mindestens auf der optischen Oberfläche (108; 308) vorgesehen ist, wobei der größte Durchmesser der Projektion des optischen Gliedes (160; 360) auf die Oberseite des lichtempfangenden Teils (120; 320) größer ist als der größte Durchmesser der Oberseite des lichtempfangenden Teils (120; 320), wobei die Oberseite des lichtempfangenden Teils eine das optische Glied enthaltende Fläche des lichtempfangenden Teils (120; 320) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Dicke d des lichtempfangenden Teils (120; 320) d = mλ/2 ist, worin λ die Sollwellenlänge des lichtemittierenden Teils (140; 340) und m eine natürliche Zahl größer als oder gleich Eins ist.
Element nach Anspruch 1, bei dem mindestens der obere Teil des lichtempfangenden Teils (120; 320) säulenförmige Gestalt hat.
Element nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die von einer Ebene parallel zur optischen Oberfläche (108; 308) des optischen Gliedes (160; 360) geschnittene Querschnittsfläche mindestens entweder ein Kreis oder eine Ellipse ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das optische Glied (160; 360) von einem Vorläufer eines ultraviolett härtbaren Harzes oder eines duroplastischen Harz gebildet ist.
Element nach Anspruch 4, bei dem das optische Glied (160; 360) von einem ultraviolett härtbaren Harz der Acrylart oder einem Harz der Epoxyart oder einem durch Wärme hartbaren Harz der Polyimidart gebildet ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der lichtempfangende Teil (120; 320) einen Teil des vom lichtemittierenden Teil (140; 340) ausgestrahlten Lichts in einen Strom umwandeln kann.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der lichtempfangende Teil (120; 320) das vom optischen Glied (160; 360) auf die optische Oberfläche (108; 308) einfallende Licht in einen Strom umwandeln kann.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der lichtemittierende Teil (140; 240; 340) ein Halbleiterlaser mit Oberflächenemission ist.
Element nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das optische Glied (160; 360) als Linse wirkt.