DE60211414T2

DE60211414T2 - Halbleiterlasermodul, optisches räumliches Übertragungssystem und elektronisches Gerät

Info

Publication number: DE60211414T2
Application number: DE60211414T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Nara-shi Shimonaka
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: JP2003008131A; EP1251607A2; US20020154667A1; JP4097949B2; US20060062269A1; DE60211414D1; EP1251607A3; US6970489B2; EP1681751A1; EP1251607B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein optisches räumliches Übertragungssystem zum optischen Übertragen von Daten im freien Raum. Insbesondere betrifft die Erfindung ein optisches räumliches Übertragungssystem, dessen gerichtete Halbwertsbreite des übertragenen Lichtes groß ist und das für einen Übertragungsabstand von höchstens 10 m eine diffuse Übertragungslichtquelle verwendet; die Erfindung betrifft ebenso ein Halbleiterlasermodul für das optische räumliche Übertragungssystem sowie ein elektronisches Gerät zur Befestigung des optischen räumlichen Übertragungssystems oder des Halbleiterlasermoduls.
Beschreibung des Standes der Technik
In einem gewöhnlichen optischen räumlichen Übertragungssystem wird eine Lichtemissionsdiode (LED) als Lichtquelle für das übertragene Licht verwendet. Als repräsentatives Beispiel ist eine optische Übertragungs-/Empfangsvorrichtung der IrDA (Infrared Data Association) bekannt, siehe 21. Die optische Übertragungs-/Empfangsvorrichtung enthält eine Lichtemissionsdiode 112 mit einer Spitzenwellenlänge von 850 bis 900 nm sowie ein Lichtempfangselement 102 und wird in Datenverbindungen geringer Geschwindigkeit und kurzer Distanz eingesetzt.
Als optisches räumliches Übertragungssystem mit einer Halbleiterlaservorrichtung zur optischen Kommunikation ist ein optisches räumliches Verbindungssystem für einen menschenleeren Raum im Normalzustand bekannt. In dem optischen räumlichen Verbindungssystem wird eine Halbleiterlaservorrichtung verwendet, da diese eine bessere Lichtkomprimierung als die LED aufweist und somit ist es möglich, einen Lichtstrahl über eine große Entfernung unter Aufrechterhaltung eines Lichtflusses bei geringem Durchmesser zu übertragen. In dem optischen räumlichen Übertragungssystem gemäß JP 6-252856 ist ein Strahlwinkel auf einen engen Bereich begrenzt, um eine Datenverbindung über eine große Entfernung mit hoher Geschwin digkeit zu realisieren. In dem optischen räumlichen Übertragungssystem ist eine Übertragung über einige bis mehrere Kilometer beabsichtigt und um die Dämpfung in Luft zu vermeiden wird geraten, einen Halbleiterlaserstrahl in einem Wellenlängenbereich von 735 nm bis 759 nm, 770 nm bis 811 nm oder 838 nm bis 891 nm zu verwenden.
Eine LED ist eine nicht-kohärente Vorrichtung und weist im Allgemeinen eine Halbwertsbreite von einigen zehn nm auf. Beträgt die Spitzenwellenlänge 850 nm, so dehnt sich das Emissionsband im Bereich von ungefähr 750 bis 1000 nm aus, siehe z. B. 22. Wird deshalb ein scharfes optisches Filter in einer Übertragungs-/Empfangsvorrichtung mit LED eingesetzt, ist der herausgeschnittene Wellenlängenbereich groß, weshalb die Signalintensität reduziert wird. Deshalb kann ein enges optisches Filter nicht verwendet werden. Wird zudem eine LED eingesetzt, so wird es bei breiter werdendem Wellenlängenbereich notwendig, das wirksame empfindliche Wellenlängenband bei der Gestaltung des Lichtempfangselements zu vergrößern. Wird das wirksame empfindliche Wellenlängenband breiter gemacht, nimmt jedoch ein Hintergrundrauschlicht wie Sonnenlicht oder Fluoreszenzlicht zu, so dass das Signal-zu-Rausch (SN)-Verhältnis und die kleinste Empfangsempfindlichkeit abnehmen, weswegen die maximale Übertragungsdistanz kürzer wird.
Wird ein Lichtempfangselement in ein Harz gegossen, das schwarzen Kohlenstoff enthält, wird das Hintergrundlicht auf der Seite zu kürzeren Wellenlängen bis zu einem gewissen Grad abgeschnitten, weshalb ein geringeres Rauschen zu erwarten ist. Die Wellenlänge der LED als Übertragungslichtquelle ist jedoch naturgemäß breit und deshalb kann eine signifikante Rauschabnahme nicht erzielt werden. Zudem ist die Farbe des Halbleiterlasermoduls als Ganzes auf schwarz beschränkt, was im Hinblick auf die Erscheinung von Produkten wie Mini-Disk-Spielern in silber, weiß oder weiteren Farben nicht sehr von Vorteil ist.
In einem wie oben in JP 6-252856 beschriebenen System wird ein Halbleiterlaserstrahl im Wellenlängenbereich von 735 nm bis 759 nm, 770 nm bis 811 nm oder 838 nm bis 891 nm unter Berücksichtigung der Dämpfung in Luft verwendet. Ist die gerichtete Halbwertsbreite der Strahlung groß, wird die Lichtintensität jedoch mit zunehmender Übertragungsdistanz abrupt gedämpft. Deshalb ist die Verwendung auf kurze Entfernungen beschränkt. In diesem Falle ist es nicht erforderlich, die Dämpfung in Luft zu betrachten und die Oszillationswellenlänge der Lichtquelle wird im Hinblick auf die folgenden unterschiedlichen Gesichtspunkte festgelegt.
Ein Lichtstrahl mit einer kurzen Wellenlänge von ungefähr 735 bis 850 nm wird von einem Lichtempfangselement aus Silizium stark absorbiert und wird an der Oberfläche einer pin oder pin-Übergang-Fotodiode (PD) absorbiert, d. h. auf der Lichteintrittsseite. Deshalb ist es erforderlich, eine Schicht auf der Lichteintrittsseite wirksam dünn zu halten. Ebenso wird Hintergrundlicht mit einer im Vergleich zum oben erwähnten Laserstrahl kürzeren Wellenlänge ebenso von der Oberflächenschicht absorbiert und da diese Oberflächenschicht dünn ist, führt dies zu einem Diffusionsstrom und damit zu einer Rauschkomponente.
Die oben beschriebene Verwendung des Halbleiterlaserstrahls als Lichtquelle stellt lediglich eine Anwendung einer Halbleiterlaservorrichtung für räumliche Übertragung dar und verglichen mit einer bekannten Vorrichtung unter Einsatz einer LED ist die technische Überlegenheit nicht sonderlich groß.
Um eine größere technische Überlegenheit zu erzielen, könnte die Verwendung eines steilen optischen Filters zur Reduzierung von Hintergrundlicht möglich sein, falls eine Halbleiterlaservorrichtung als Lichtquelle verwendet wird. Die Montage eines steilen optischen Filters erhöht jedoch die Kosten der räumlichen Übertragungsvorrichtung und engt den Empfangswinkel eines Empfängers ein. Aus diesem Grund ist dies Option nicht industriell umsetzbar.
JP 06252856 beschreibt ein räumliches Kommunikationssystem für große Entfernungen mit Infrarotstrahlen mit: einem Sender, der einen Halbleiterlaser enthält; und einem Empfänger, der einen Fotodetektor enthält. Die vom System verwendeten Oszillationswellenlängenbereiche betragen 735 nm–759 nm, 770 nm–811 nm oder 838 nm–891 nm.
EP 1079550 beschreibt ein optisches räumliches Übertragungssystem mit einer Halbleiterlaservorrichtung und einem Lichtempfangselement zum Empfangen des von dem Halbleiterlaser emittierten und räumlich ausgebreiteten Halbleiterlaserstrahls und dessen Umwandlung in ein elektrisches Signal, wobei das Lichtempfangselement eine Silizium-basierte Fotodiode ist und der Halbleiterlaser Licht mit einer Oszillationswellenlänge von 980 nm emittiert.
ÜBERSICHT ÜBER DIE ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein hochempfindliches und kostengünstiges optisches räumliches Übertragungssystem unter Verwendung einer Halbleiterlaservorrichtung als Lichtquelle anzugeben, das Eigenschaften des Halbleiterlaserstrahls und des Lichtempfangselements nutzt.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein optisches räumliches Übertragungssystem angegeben mit: einer Halbleiterlaservorrichtung zur Oszillation eines Laserstrahls; und einem Lichtempfangselement zum Empfangen des von der Halbleiterlaservorrichtung emittierten und räumlich ausgebreiteten Halbleiterlaserstrahls und zum Umwandeln des Halbleiterlaserstrahls in ein elektrisches Signal; wobei das Lichtempfangselement als Silizium-basierte Fotodiode ausgebildet ist und die Halbleiterlaservorrichtung das Laserlicht mit einer Oszillationswellenlänge innerhalb eines Bereichs von 885 bis 980 nm emittiert, für welchen der Absorptionskoeffizient am Lichtempfangselement in einem Bereich von 0.007 bis 0.04 µm^–1 liegt.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein optisches räumliches Übertragungssystem angegeben mit: einer Halbleiterlaservorrichtung zur Oszillation einer Laserstrahls; und einem Lichtempfangselement zum Empfangen des von der Halbleiterlaservorrichtung emittierten und räumlich ausgebreiteten Halbleiterlaserstrahls und zum Umwandeln des Halbleiterlaserstrahls in ein elektrisches Signal; wobei das Lichtempfangselement als InP-basierte Fotodiode ausgebildet ist und die Halbleiterlaservorrichtung das Laserlicht mit einer Oszillationswellenlänge innerhalb eines Bereichs von 900 bis 945 nm emittiert, für welchen der Absorptionskoeffizient am Lichtempfangselement im Bereich von 0.001 bis 0.3 µm^–1 liegt.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein optisches räumliches Übertragungssystem angegeben mit: einer Halbleiterlaservorrichtung zur Oszillation eines Laserstrahls; und einem Lichtempfangselement zum Empfangen des von der Halbleiterlaservorrichtung emittierten und räumlich ausgebreiteten Halbleiterlaserstrahls und zum Umwandeln des Halbleiterlaserstrahls in ein elektrisches Signal; wobei das Lichtempfangselement aus einer Ge-basierten Fotodiode ausgebildet ist, und die Halbleiterlaservorrichtung das Laserlicht mit einer Oszillationswellenlänge innerhalb eines Bereichs von 1550 bis 1590 nm emittiert, für welchen der Absorptionskoeffizient am Lichtempfangselement in einem Bereich von 0.001 bis 0.06 µm^–1 liegt.
Liegt der Absorptionskoeffizient des Halbleitermaterials des Lichtempfangselements innerhalb von einem der obigen Bereiche, wird die folgende Erscheinung beobachtet.

(a) Besteht das Halbleitermaterial des Lichtempfangselements aus Silizium, ändert sich die Wellenlängenabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten moderat. In einem solchen Fall gilt:

In einem Lichtempfangselement zum Umwandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal durch eine intrinsische Halbleiterschicht mit einer auf einer Oberflächenseite angeordneten Halbleiterschicht mit Fremdatomleitfähigkeit kann das SN-Verhältnis mit einer als Lichtquelle dienenden LD (Laser Diode) zuverlässig verbessert werden, eher als mit einer LED.

(b) Besteht das Halbleitermaterial des Lichtempfangselements aus InP oder Germanium, ändert sich die Wellenlängenabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten abrupt. In einem solchen Fall gilt:

Das Lichtempfangselement aus oben beschriebenem Halbleitermaterial ist lediglich in einem engen Wellenlängenbereich empfindlich, in dem sich der Absorptionskoeffizient abrupt ändert und dieses weist keine Sensitivität gegenüber Lichtstrahlen mit einer Wellenlänge außerhalb dieses Bereichs auf. Insbesondere wird der Lichtstrahl auf der zum obigen Wellenlängenbereich kürzeren Wellenlängenseite zu stark absorbiert und deshalb erreicht der Lichtstrahl die intrinsische Halbleiterschicht nicht. Der Lichtstrahl auf der zum obigen Wellenlängenbereich längeren Wellenlängenseite wird nicht absorbiert und tritt durch die intrinsische Halbleiterschicht hindurch. Somit weist das Lichtempfangselement dieselbe Funktion auf wie ein Filter, das das Licht in dem obigen engen Wellenlängenbereich durchlässt. Falls somit eine LED mit einem im Vergleich zu obigem engen Wellenlängenbereich breiteren Emissionswellenlängenbereich verwendet wird, tragen die Lichtstrahlen mit einer zum obigen engen Wellenlängenbereich verschiedenen Wellenlänge nicht zur Signalübertragung bei und deshalb nimmt die Signallichtintensität erheblich ab. Im Gegensatz hierzu ist ein Emissionslichtstrahl einer LD von näherungsweise einer einzelnen Wellenlänge in der Lage, Licht mit der Wellenlänge innerhalb des obigen engen Wellenlängenbereichs zu emittieren. Dadurch wird die Signallichtintensität nicht erniedrigt. Folglich kann im Vergleich zur LED ein sehr hohes SN-Verhältnis sichergestellt werden.
In beiden Fällen (a) und (b) kann bei Verwendung einer Halbleiterlaservorrichtung LD ein im Vergleich zu einem bekannten optischen räumlichen Übertragungssystem mit LED größeres SN-Verhältnis erzielt werden.
Was die Halbleiterlaservorrichtung und das Lichtempfangselement anbelangt, ist es erforderlich, dass eine Halbleiterlaservorrichtung in einer und ein Lichtempfangselement in der anderen von zwei Vorrichtungen vorgesehen ist, zwischen denen die optische Übertragung durchgeführt wird.
In dem optischen räumlichen Übertragungssystem gemäß dem ersten, zweiten und dritten Aspekt der Erfindung oszilliert die Halbleiterlaservorrichtung einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge, dessen Absorptionskoeffizient am Lichtempfangselement in einem bestimmten Bereich liegt. Das räumliche optische Übertragungssystem, das den Lichtstrahl mit einer solchen Wellenlänge emittiert, die zum obigen Bereich des Absorptionskoeffi zienten der Silizium-, InP- oder Ge-basierten Fotodiode unter Einsatz einer LD führt, stellt ein SN-Verhältnis sicher, das erheblich größer als dasjenige von bekannten Systemen mit einer LED ist.
In dem optischen räumlichen Übertragungssystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung liegt die Oszillationswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung in dem Bereich von 885 bis 980 nm. Liegt die Wellenlänge des Laserstrahls, der näherungsweise einer von der Halbleiterlaservorrichtung emittierten einzelnen Wellenlänge entspricht, innerhalb des obigen Bereichs, so liegt der Absorptionskoeffizient in Silizium im Bereich von 0.007 bis 0.04 µm^–1. Liegt der Absorptionskoeffizient innerhalb dieses Bereichs und wird eine LD mit einem Lichtempfangselement aus Silizium zum Umwandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal durch eine intrinsische Halbleiterschicht aus Silizium mit einer auf der Oberflächenseite angeordneten Siliziumschicht mit Fremdatomleitfähigkeit verwendet, wird das erzielte SN-Verhältnis im Vergleich zu einer LED erheblich vergrößert.
In dem optischen räumlichen Übertragungssystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist das Lichtempfangselement aus einer InP-basierten Fotodiode aufgebaut und die Oszillationswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung liegt im Bereich von 900–945 nm. Der Absorptionskoeffizient des Lichtempfangselements aus InP liegt im Bereich von 0.001 bis 0.3 µm^–1 für Wellenlängenwerte, die innerhalb obigem Wellenlängenbereich liegen. Da die Wellenlängenabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten des InP sich in obigem Wellenlängenbereich abrupt ändert, lässt sich dieselbe Wirkung erzielen, die das Hinzufügen eines Filters mit sich bringt, das den Lichtstrahl im engen Wellenlängenbereich von 900 bis 945 nm hindurchlässt. Somit ist das SN-Verhältnis des optischen räumlichen Übertragungssystems mit LD erheblich verbessert im Vergleich zu einem bekannten System mit LED.
In dem optischen räumlichen Übertragungssystem gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist das Lichtempfangselement aus einer Ge-basierten Fotodiode ausgebildet und die Oszillationswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung kann im Bereich von 1550 bis 1590 nm liegen.
In dem optischen räumlichen Übertragungssystem des ersten oder zweiten Aspektes der Erfindung kann das Lichtempfangselement ausgehend von der Eintrittsoberflächenseite des Laserstrahls eine Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer Dicke von 5 bis 25 µm sowie eine intrinsische Halbleiterschicht mit einer Dicke von 60 bis 200 µm unterhalb der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp als auch eine unterhalb der intrinsischen Halbleiterschicht positionierte Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen.
Der Aufbau des oben beschriebenen Lichtempfangselements ist im Hinblick auf ein gutes SN-Verhältnis optimiert, sofern eine LD als Lichtquelle verwendet wird und das Lichtempfangselement aus Silizium oder Indiumphosphid ausgebildet ist.
In dem optischen räumlichen Übertragungssystem gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung ist das Lichtempfangselement aus einer Ge-basierten Fotodiode ausgebildet und kann ausgehend von einer Eintrittsoberflächenseite, von der aus der Laserstrahl eintritt, eine Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer Dicke von 20 bis 40 µm, eine intrinsische Halbleiterschicht mit einer Dicke von 60 bis 250 µm, die unterhalb der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist, sowie eine Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die unterhalb der intrinsischen Halbleiterschicht angeordnet ist, enthalten.
Der Aufbau des oben beschriebenen Lichtempfangselements ist zur Erzielung eines guten SN-Verhältnisses optimiert, sofern eine LD als Lichtquelle verwendet wird und das Lichtempfangselement aus Germanium besteht.
Das elektronische Gerät der Erfindung reagiert auf Daten, die optisch durch einen Raum übertragen wurden und enthält eines der oben beschrieben optischen räumlichen Übertragungssysteme.
Mit diesem Aufbau kann der Betriebskomfort und die Zuverlässigkeit des elektronischen Geräts beispielsweise mittels einer Fernbedienung erhöht werden. Da zudem ein besseres SN-Verhältnis erzielt wird, ist es nicht mehr erforderlich, das Halbleiterlasermodul mit dem Lichtempfangselement mit schwarzem Kohlenstoff oder desgleichen abzudichten, um kurze Wellenlängenkomponenten des Hintergrundrauschens herauszutrennen. Somit kann eine metallische Farbe, ein transparentes gefärbtes Harz und dergleichen verwendet werden. Dadurch kann das ästhetische Design des elektronischen Geräts verbessert werden und damit auch dessen Produktwert.
Die vorgehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung mit Bezug zu den begleitenden Abbildungen ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines optischen räumlichen Übertragungsmoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Ansicht eines Halbleiterlasermoduls in dem optischen räumlichen Übertragungsmodul von 1.
3 zeigt eine Ansicht eines Lichtempfangselements in dem optischen räumlichen Übertragungsmodul von 1.
4 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten vom Halbleitermaterial des Lichtempfangselements.
5 zeigt die Anzahl verbleibender Photonen im Lichtempfangselement aus Silizium gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
6A bis 6D zeigen den Zusammenhang zwischen dem Aufbau des Lichtempfangselements und dem SN-Verhältnis, falls eine LED als Lichtquelle verwendet wird, wobei 6A ein Beispiel mit einer mittleren Wellenlänge von 850 nm zeigt, 6B zeigt ein Beispiel mit einer mittleren Wellenlänge von 900 nm, 6C zeigt ein Beispiel einer mittleren Wellenlänge von 950 nm und 6D zeigt ein Beispiel mit der mittleren Wellenlänge von 1000 nm.
7A bis 7D zeigen den Zusammenhang zwischen dem Aufbau des Lichtempfangselements und dem SN-Verhältnis, falls eine LD als Lichtquelle verwendet wird, wobei 7A ein Beispiel mit einer Wellenlänge von 850 nm zeigt, 7B zeigt ein Beispiel mit der Wellenlänge von 900 nm, 7C zeigt ein Beispiel mit der Wellenlänge von 950 nm und 7D zeigt ein Beispiel mit der Wellenlänge von 1000 nm.
8 zeigt den Zusammenhang zwischen der (mittleren) Wellenlänge und dem optimierten SN-Verhältnis in dem Lichtempfangselement aus Silizium gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
9 zeigt die Anzahl verbleibender Photonen in dem Lichtempfangselement aus InP gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
10A bis 10D zeigen den Zusammenhang zwischen der Gesamtdicke einer p-Schicht und einer i-Schicht und dem SN-Verhältnis, falls eine InP-basierte PD als Lichtempfangselement verwendet wird und eine LED als Lichtquelle dient, wobei 10A ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 900 nm zeigt, 10B zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 920 nm, 10C zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 940 nm und 10D zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 960 nm.
11A bis 11D zeigen den Zusammenhang zwischen der Gesamtdicke einer p-Schicht und einer i-Schicht und dem SN-Verhältnis, falls eine InP-basierte PD als Lichtempfangselement und ein Halbleiterlaserelement LD als Lichtquelle verwendet werden, wobei 11A ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 900 nm zeigt, 11B zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 920 nm, 11C zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 940 nm, und 11D zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 960 nm.
12 zeigt den Zusammenhang zwischen der Spitzenwellenlänge und dem SN-Verhältnis, falls eine optimierte InP-basierte PD als Lichtemp fangselement gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
13A bis 13D zeigen den Zusammenhang zwischen der Gesamtdicke einer p-Schicht und einer i-Schicht und dem SN-Verhältnis, falls eine Ge-basierte PD als Lichtempfangselement und eine LED als Lichtquelle verwendet werden, wobei 13A ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 1520 nm zeigt, 13B zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 1540 nm, 13C zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 1560 nm, und 13D zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 1580 nm.
14A bis 14D zeigen den Zusammenhang zwischen der Gesamtdicke einer p-Schicht und einer i-Schicht und dem SN-Verhältnis, falls eine Ge-basierte PD als Lichtempfangselement und eine Halbleiterlaservorrichtung LD als Lichtquelle verwendet werden, wobei 14A ein Beispiel mit einer Spitzenwellenlänge von 1520 nm zeigt, 14B zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 1540 nm, 14C zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 1560 nm und 14D zeigt ein Beispiel mit der Spitzenwellenlänge von 1580 nm.
15 zeigt den Zusammenhang zwischen der Spitzenwellenlänge und dem SN-Verhältnis, falls eine optimierte Ge-basierte PD als Lichtempfangselement gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung verwendet wird.
16 zeigt eine Ansicht der Halbleiterlaservorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
17 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Absorptionskoeffizienten, der Energie (Wellenlänge) und der Fremdatomkonzentration in der Halbleiterlaservorrichtung von 16.
18 zeigt einen Lichtempfangsbereich eines optischen räumlichen Übertragungsmoduls mit der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
19 zeigt eine Vergrößerung eines Teils von 18.
20 zeigt eine Ansicht eines elektronischen Geräts (Mini-Disk-Spieler) gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
21 zeigt eine Querschnittsansicht eines bekannten optischen räumlichen Übertragungsmoduls.
22 zeigt ein Emissionsspektrum einer als Lichtquelle des bekannten optischen Übertragungsmoduls verwendeten LED.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der Erfindung werden mit Bezug zu den Figuren beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1 zeigt eine Querschnittsansicht des optischen räumlichen Übertragungsmoduls des optischen räumlichen Übertragungssystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. 2 zeigt eine Ansicht des Bereichs der Lichtquelle und 3 zeigt eine Ansicht des Lichtempfangselements. In dieser Ausführungsform wird eine InGaAs-basierte Halbleiterlaservorrichtung (Laserchip) 1 mit einer Oszillationswellenlänge von 890 nm als Lichtquelle verwendet und eine pin Fotodiode aus Silizium (Si) wird als Lichtempfangselement eingesetzt. Hinsichtlich des optischen räumlichen Übertragungssystems wird angenommen, dass das Gegenstück zum Übertragen/Empfangen von Signalen dasselbe, oben beschriebene optische räumliche Übertragungsmodul enthält.
In 1 ist auf einer Leiterplatte 6 eine Anordnung aus positiven und negativen Elektroden zum Ansteuern eines Halbleiterlasers ausgebildet und wie der Figur entnommen werden kann, ist ein ausgesparter Bereich 6a mit einer Tiefe von 300 µm in einem Bereich vorgesehen, in dem der Laserchip montiert wird. In dem ausgesparten Bereich 6a ist eine Laserhalterung (Halterungskomponente) 20, auf die der Laserchip 1 montiert ist, fixiert. Ein flacher Bereich 23 einer positiven Elektrode 22 der Laserhaltung 20 ist elektrisch über einen Draht 7a mit einem positiven Elektrodenbereich (nicht dargestellt) zum Ansteuern des Lasers auf der Leiterplatte 6 verbunden. Der ausgesparte Bereich 6a weist eine solche Tiefe auf, die das Aussenden eines Laserstrahls nicht hindert und eine Oberflächenrauhigkeit ist geeignet gewählt, so dass der Strahlungswinkel nicht beeinflusst wird.
Das Lichtempfangselement 2 ist ebenso auf der Leiterplatte 6 montiert und ein elektrisches Signal wird über einen Draht 7b herausgeführt. Zusätzlich ist eine IC-Schaltung 8 auf der Leiterplatte montiert zum Ansteuern des Lasers/Verarbeiten empfangener Signale.
In dem Bereich, in dem die Laserhalterung 20 im ausgesparten Bereich durch das Lot fixiert ist, wird ein flüssiges Silikonharz 9 in geeigneter Menge aufgebracht. Das Silikonharz 9 verbleibt aufgrund der Oberflächenspannung im ausgesparten Bereich und bedeckt die Laserhalterung 20 und fixiert dieselbige im ausgesparten Bereich 6a. Obwohl in dieser Ausführungsform in der Leiterplatte 6 ein ausgesparter Bereich zur Befestigung der Laserhalterung 20 vorgesehen ist, verbleibt das Silikonharz 9 aufgrund der oben beschriebenen Oberflächenspannung an der Oberfläche und in der Umgebung des Laserchips und somit ist der ausgesparte Bereich nicht immer notwendig.
Nachfolgend wird die Anordnung bei 80°C für ungefähr 5 Minuten gehalten, so dass das Harz als Gelee aushärtet. Danach wird ein transparen ter Epoxyd-basierter Harzguss 3 als Abdeckung bereitgestellt. An einer Oberseite des Laserchips wird ein Linsenbereich 4 zur Einstellung des Strahlungswinkels ausgebildet und an einer Unterseite des Lichtempfangselements wird ein Linsenbereich 5 zum Einsammeln des Signallichts als jeweils integriert gegossene Linsen ausgebildet.
Wie oben beschrieben wurde, wird angenommen, dass in diesem optischen räumlichen Übertragungssystem das Gegenstück dasselbe optische räumliche Übertragungsmodul zum Übertragen und Empfangen von optischen Signalen aufweist. Das Information tragende optische Signal, das von der Lichtquelle ausgesendet wird, wird vom Empfangselement des Gegenstücks des optischen räumlichen Übertragungsmoduls empfangen und das von dem Gegenstück emittierte optische Signal wird vom oben beschriebenen Empfangselement empfangen.
Nachfolgend wird die Laserhalterung 20 mit Bezug zu 2 beschrieben. Wie der 2 entnommen werden kann, wird der Laserchip 1 auf einer L-förmigen Wärmesenke 21 Die-gebondet. Der Laserchip 1 stellt eine In-GaAs-basierte Halbleiterlaservorrichtung dar, die eine mit einem hochreflektierenden Film überzogene untere Chipoberfläche 1b aufweist. Allgemein dient der hoch-reflektierende Film ebenso als Stirnseite des Laserchips. Eine Licht aufnehmende Oberfläche der Oberseite 1a des Laserchips ist nicht überzogen und eine Reflektionsoberfläche wird durch Spaltung ausgebildet. In dieser Ausführungsform wird eine Vorbeschichtung mit Silikonharz durchgeführt, wobei der vorbeschichtete Film ebenso dem Schutz der Stirnseite des Laserchips dient. Folglich lässt sich der Schritt zum Bereitstellen einer Schutzschicht der Stirnseite, der einer der Gründe für erhöhte Kosten darstellt, auf 1/2 reduzieren. Es erübrigt sich zu erwähnen, dass sowohl die obere als auch untere Stirnseite beschichtet sein kann. In diesem Fall ist es möglich, dass das Reflektionsvermögen auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann.
In einem Bodenbereich 21b der Wärmesenke 21 ist eine positive Elektrode 22 mit einem Isolator fixiert, um eine Leitung zur Wärmesenke 21 zu verhindern. Die positive Elektrode 22 ist an eine Oberfläche 1e des Laserchips 1 mittels eines Gold-ummantelten Wolframdrahts 7e verbunden. Wie bereits beschrieben wurde, ist die Laserhalterung 20 durch Lot auf einer negativen Elektrode (nicht dargestellt) der in 1 gezeigten Leiterplatte 6 fixiert und ein flacher Bereich 23 im oberen Bereich der positiven Elektrode 22 ist an einen positiven Elektrodenbereich (nicht dargestellt) der Leiterplatte 6 über einen Draht 7a verbunden. Mit derartigen Verdrahtungen ist es möglich, den Laserchip zur Oszillation zu bringen und einen Laserstrahl 24 zu erhalten.
Nachfolgend wird die Funktion des optischen räumlichen Übertragungsmoduls dieser Ausführungsform beschrieben. Die Oszillationswellenlänge des Laserchips 1 als Lichtquelle beträgt ungefähr 890 nm und der Laserchip weist unter Berücksichtigung der Prozessgenauigkeit zum Herstellungszeitpunkt eine Oszillationswellenlängengenauigkeit innerhalb 890±lnm auf. Ebenso wird eine Schwankung der Oszillationswellenlänge aufgrund einer Temperaturveränderung auf höchstens einige nm niedrig gehalten. Dadurch kann der Chip als Lichtemissionsvorrichtung mit einer einzelnen Oszillationswellenlänge betrachtet werden.
Das Lichtempfangselement 2 aus Silizium wird nachfolgend beschrieben. 3 zeigt das Lichtempfangselement, das auf einem n-Typ Siliziumsubstrat 31 ein intrinsisches Gebiet 32 (Verarmungsschicht, i-Schicht: intrinsische Schicht) mit einer Dicke von 100 µm und ein p-Typ Gebiet 33 mit einer Dicke von 10.5 µm aufweist. Tritt ein Lichtstrahl mit kurzer Wellenlänge mit einer im Vergleich zur Energielücke von Silizium größeren Energie über die Seite der oberen p-Schicht 33 ein, wird dieser absorbiert und kann als elektrisches Signal herausgeführt werden. Eine mittlere Tiefe, in der das Licht absorbiert wird, wird als mittlere freie Weglänge λ bezeichnet und deren inverser Wert wird als Absorptionskoeffizient α bezeichnet. Verläuft ein Lichtstrahl mit einer Photonenanzahl N der Oberfläche in einem Lichtempfangselement aus Silizium, kann die Anzahl N' verbleibender Photonen in einer Tiefe x durch folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden. N' = N exp (–x/λ) = N exp (–α x) (1)
Die in der Verarmungsschicht 32 absorbierten Photonen können als elektrisches Signal herausgeführt werden. Jedoch können lediglich diejenigen in der p-Schicht oder n-Schicht absorbierten Photonen herausgeführt werden, die die Verarmungsschicht per Diffusion erreichen. Allgemein beträgt die Diffusionslänge in Silizium ungefähr 1 bis 10 µm. Deshalb ist das elektrische Signal bei Absorption der Photonen in der p oder n-Schicht verhältnismäßig gering. Da zudem die Verbreitungsrate langsam ist, kann die Modulation des optischen Signals bei hohen Geschwindigkeiten nicht folgen und somit kann kein wirksames elektrisches Signal erzielt werden. Für weitere Details sei z. B. auf Introduction to Optical Electronics (A. Yariv, veröffentlicht von Maruzen Kabushiki Kaisha, 1988) verwiesen.
4 zeigt die Wellenlängenabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten von Silizium (Si), Indium-Phosphid (InP) und Germanium (Ge) als Halbleitermaterialien der Fotodiode, die das Lichtempfangselement ausbilden. In Si findet die Emission und Absorption von Licht über indirekte Übergänge statt und folglich ist der Anstieg des Absorptionskoeffizienten von der Seite mit längeren Wellenlängen zur Seite mit kürzeren Wellenlängen moderat. Im Gegensatz hierzu weist die Bandstruktur von InP und Ge direkte oder nahezu direkte Übergänge auf und deshalb ist der oben erwähnte Anstieg des Absorptionskoeffizienten steil.
In dieser Ausführungsform wird ein Lichtempfangselement mit Si als Halbleiterfotodiodenmaterial (nachfolgend als Si Lichtempfangselement bezeichnet) verwendet. Der 4 kann entnommen werden, dass der Absorptionskoeffizient in Si bei einer Wellenlänge von 1000 nm oder höher 1/10 oder weniger beträgt als der Absorptionskoeffizient auf der Seite mit kürzeren Wellenlängen von 800 nm oder darunter. Auf der Seite mit kürzeren Wellenlängen von 800 nm und darunter ergibt sich aus Gleichung (1) oder dergleichen, dass wenigstens 63 % absorbiert werden, falls Si mit einer Dicke von 10 µm eingesetzt wird.
5 zeigt den Zusammenhang zwischen der Tiefe im Si Lichtempfangselement und der Anzahl in der Tiefe verbleibender Photonen nach Gleichung (1). Die Anzahl verbleibender Photonen in der Tiefe wird als Verhältnis zwischen der Anzahl von Photonen in dieser Tiefe und der Anzahl von Photonen an der Oberfläche (Photonenzahlverhältnis) ausgedrückt. In dieser Ausführungsform entspricht der Laserstrahl mit der Wellenlänge von 890 nm einem Absorptionskoeffizienten von 0.04 µm^–1 gemäß 4.
Basierend auf dem Absorptionskoeffizienten lässt sich der Berechnung gemäß Gleichung (1) entnehmen, dass das Licht zu 30 % in der oberen p-Schicht 33 und zu 68 % in der nachfolgenden i-Schicht 32 des Lichtempfangselements von 3 absorbiert wird. Insbesondere werden näherungsweise 68 % des in das Lichtempfangselement eingetretenen Lichtes von der i-Schicht 32 des Lichtempfangselements 2 absorbiert und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Generell ist Hintergrundlicht über den gesamten empfindlichen Wellenlängenbereich des Silizium-Lichtempfangselements verteilt und das Hintergrundlicht auf der Seite mit kürzeren Wellenlängen, bezüglich der eine starke Absorption erfolgt, wird vom Lichtempfangselement sehr effizient absorbiert und führt zu einem Rauschstrom. In dieser Ausführungsform ist die Dicke der p-Schicht 33 auf 10.5 µm erhöht. Deshalb wird, wie in 5 gezeigt ist, der Lichtstrahl auf der Seite mit kürzeren Wellenlängen bei der Wellenlänge von z. B. 780 nm und bis zu etwa 70 % von der p-Schicht der Oberflächenseite absorbiert und kann somit nicht auf einfache Weise als elektrisches Signal entnommen werden und dieser führt folglich nicht zu erheblichem Rauschen.
Vergleichende Experimente wurden unter Verwendung der Halbleiterlaservorrichtung und der LED als Lichtemissionselemente durchgeführt. Als vergleichende Beispiele wurden 7 verschiedene LEDs mit mittleren Wellenlängen von 850, 875, 900, 925, 950, 975 und 1000 nm verwendet und als Beispiele für diese Erfindung wurden 7 verschiedene Halbleiterlaservorrichtungen mit Oszillationswellenlängen von 850, 875, 900, 925, 950, 975 und 1000 nm verwendet. Ein optimales Design wurde untersucht, indem die Dicke der p-Schicht 33 und der i-Schicht 32 der Lichtempfangselemente für entsprechende Wellenlängenbänder der Lichtemissionselemente und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SN-Verhältnis) zum Zeitpunkt des tatsächlichen Signalempfangs gemessen wurden. Die Messung wurde unter denselben Bedingungen wie bei gewöhnlicher Kommunikation durchgeführt: zur Tageszeit, in einem Raum mit einem Fenster sowie mit einer eingeschalteten Fluoreszenzlampe.
6A bis 6D zeigen die Ergebnisse bei Verwendung der LEDs. 6A bis 6D zeigen Diagramme mit der Abhängigkeit des SN-Verhältnisses von (p-Schichtdicke + i-Schichtdicke) für mittlere Wellenlängen von 850, 900, 950 und 1000 nm. Insbesondere stellt die Abszisse die Gesamtdicke der p- und i-Schichten dar und die Dicke der p-Schicht wird als Parameter variiert.
6A zeigt das Beispiel für die Wellenlänge von 850 nm, wo eine Tendenz besteht, dass das SN-Verhältnis ansteigt, falls die p-Schicht dünn ist. Der Grund hierfür ist dadurch gegeben, dass viel Licht in einem oberflächennahen Bereich des Lichtempfangselements absorbiert wird, da der Absorptionskoeffizient für Licht kürzerer Wellenlängen hoch ist. Wird die p-Schicht dünn gestaltet, wird weniger Hintergrundlicht kürzerer Wellenlängen entfernt. Um die gesamte Empfangssensitivität zu verbessern, lernt man aus 6A, dass die Dicke der i-Schicht vorzugsweise ungefähr 50 bis 100 µm betragen sollte. Wird diese dicker gestaltet, kann Rauschen aufgrund von Hintergrundlicht der Seite mit längeren Wellenlängen zunehmen.
Wie den 6B und 6C entnommen werden kann, steigt die optimale Dicke der p-Schicht und i-Schicht an und demnach auch das SN-Verhältnis, falls die mittlere Wellenlänge ansteigt. Wird die Wellenlänge weiter vergrößert, verschlechtert sich das SN-Verhältnis, siehe 6D. Der Hauptgrund hierfür liegt darin, dass die i-Schicht eine unzureichende Dicke aufweist. Wird eine i-Schicht mit einer Dicke von 300 µm oder größer verwendet, nimmt im Wesentlichen die elektrische Feldstärke in der i-Schicht ab und es bestätigt sich, dass das Signal schwach wird.
Beispiele unter Einsatz von Halbleiterlaservorrichtungen werden mit Bezug zu 7A bis 7D beschrieben. 7A bis 7D entsprechen Oszillationswellenlängen von 850, 900, 950 und 1000 nm der jeweiligen Halbleiterlaservorrichtung. Die Tendenz, die den Ergebnissen der in 7A bis 7D gezeigten Messungen zu entnehmen ist, ähnelt den Ergebnissen in 6A bis 6D. Es gilt jedoch zu beachten, dass das des SN-Verhältnis im Falle der Halbleiterlaservorrichtungen tendenziell höher liegt (7A bis 7D).
8 zeigt das maximale SN-Verhältnis für Wellenlängen-optimierte Dicken der p- und i-Schichten im Lichtempfangselement. Der 8 ist zu entnehmen, dass selbst bei verbessertem Lichtempfangselement, d. h. dessen Optimierung, das maximale SN-Verhältnis im Falle der LED ungefähr 150 beträgt. Wird insbesondere eine LED eingesetzt, so ist es unmöglich das minimale SN-Verhältnis von ungefähr 150 zu erreichen, das bei Einsatz einer Halbleiterlaservorrichtung mit Oszillationswellenlängen von 885 bis 980 nm erzielt wird. Werden insbesondere eine Halbleiterlaservorrichtung im Wellenlängenband von 885 bis 980 nm und ein Si Lichtempfangselement in einem optischen räumlichen Übertragungssystem eingesetzt, kann ein SN-Verhältnis erzielt werden, das höher ist im Vergleich zu jedem beliebigen optischen räumlichen Übertragungssystem, das eine LED in einem beliebigen Wellenlängenband und ein Si Lichtempfangselement verwendet. Das Wellenlängenband entspricht dem Bereich des Absorptionskoeffizienten von 0.007 bis 0.04 µm^–1 für Silizium aus 4. Bei Einsatz der Halbleiterlaservorrichtung dieses Wellenlängenbandes wurde festgestellt, dass die optimalen Bedingungen in Bezug auf die Dicken der entsprechenden Schichten des Lichtempfangselements dann gegeben sind, falls die p-Schicht 5 bis 25 µm und die i-Schicht 60 bis 200 µm dick ist.
Mittels der in der Erfindung verwendeten Laserhalterung 20 kann der Laserstrahl, wie bereits beschrieben wurde, vertikal zur Leiterplatte herausgeführt werden. Neben dem System mit einem solchen Aufbau wurde ein Verfahren getestet, bei dem der Lichtstrahl von einer Seitenfläche eines ausgesparten Bereichs in der Leiterplatte 6 reflektiert wird, um den Lichtstrahl über die Oberseite herauszuführen. Zufriedenstellende Strahlungsmuster konnten jedoch nicht erzielt werden, da die Glätte an den Seitenflächen des ausgesparten Bereiches unzureichend waren. Durch Verwendung einer Laserhalterung, die den Laserstrahl wie oben beschrieben vertikal zur Leiterplatte herausführt, lässt sich jedoch ein zufriedenstellendes Strahlungsmuster erzielen und ein im Vergleich zur LED höheres SN-Verhältnis erreichen.
Da zudem eine große Wärmesenke 21 verwendet wird, lässt sich ein Temperaturanstieg in der Halbleiterlaservorrichtung 1 unterdrücken. Wird die Laservorrichtung 1 direkt am ausgesparten Bereich angebracht, beträgt der thermische Widerstand 205 deg/W. Wird die Laserhalterung 20 verwendet, lässt sich der thermische Widerstand um ungefähr 1/3 reduzieren, d. h. auf 80 deg/W.
Das oben zum Abdecken des Laserchips 1 beschriebene Silikonharz 9 ist ein sogenanntes geliertes Harz, das nach dem Aushärten eine JISA Härte von 0 aufweist. Einige gummiartigen Harzmaterialien mit einer JISA Härte größer als 0 wurden ebenso getestet. Jedoch wurde festgestellt, dass die höchste Zuverlässigkeit erzielt werden kann, falls ein geliertes Harz verwendet wird.
(Zweite Ausführungsform)
Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Der Aufbau des optischen räumlichen Übertragungsmoduls der zweiten Ausführungsform gleicht dem in 1 gezeigten Aufbau. In dieser Ausführungsform ist die Oszillationswellenlänge der Halbleiterlaservorrichtung 1 auf 930 nm eingestellt. Die Oszillationswellenlänge des Laserchips 1 lässt sich durch Einstellen des Verhältnisses des Mischkristalls der aktiven Schicht aus InGaAs festlegen. Als Lichtempfangselement wurde ein Lichtempfangselement eines InP-basierten Verbindungshalbleiters verwendet. Die Dicken der p-Schicht und der i-Schicht des Lichtempfangselements wurde auf 3 µm und 15 µm eingestellt. Das SN-Verhältnis wurde unter denselben Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform gemessen und das so erhaltene SN-Verhältnis betrug 400.
Die oben beschriebene optische Übertragungsvorrichtung wird detaillierter beschrieben. Der 4 kann entnommen werden, dass ein Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von ungefähr 930 nm im InP Lichtempfangselement 2 einen Absorptionskoeffizienten von ungefähr 0.07 µm^–1 aufweist. Der Absorptionskoeffizient für den Lichtstrahl bei einer Wellenlänge von 900 nm beträgt ungefähr 1.0 µm^–1. Zudem beträgt der Absorptionskoeffizient für den Lichtstrahl auf der Seite mit längeren Wellenlängen, z. B. bei 950 nm 0.0005 µm^–1. Aus diesen Absorptionskoeffizienten und der Gleichung (1) kann das Verhältnis verbleibender Photonen in einer bestimmten Tiefe in Bezug auf Licht, das auf InP einfällt, ermittelt werden.
9 zeigt das Verhältnis verbleibender Photonen in Bezug auf die Anzahl einfallender Photonen, falls das Licht auf das InP Lichtempfangselement 2 einfällt, in dem die Absorptionskoeffizienten 1.0 (bei 900 nm), 0.07 (bei 930 nm) und 0.0005 µm^–1 (bei 950nm) betragen. Der 9 kann ent nommen werden, dass der Lichtstrahl mit der Wellenlänge von 910 nm oder darunter größtenteils ausschließlich von der obersten p-Schicht 33 absorbiert wird und folglich daraus kein wirksames elektrisches Signal erzielt werden kann. Genauer gesagt wird hierdurch noch nicht einmal ein Rauschen erzeugt. Der Lichtstrahl mit der Wellenlänge von 940 nm oder darüber wird nicht stark absorbiert und folglich tritt das Licht durch die p-Schicht 33 und die i-Schicht 32 und erzeugt ebenso kaum Rauschen. Insbesondere beträgt der Wellenlängenbereich des im oben beschriebenen Lichtempfangselement aufgenommenen Lichtes, das in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann, ungefähr 900 bis 950 nm. Mit anderen Worten kann das InP Lichtempfangselement als Element mit einer zusätzlichen Funktion eines optischen Filters mit einer Wellenlängenbereichbreite von 50 nm betrachtet werden.
Die Erfinder haben Halbleiterlaservorrichtungen und LEDs wie im Falle der ersten Ausführungsform präpariert und das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SN-Verhältnis) wurde zum Zeitpunkt des Empfangs im InP Lichtempfangselement gemessen. Die Spitzenwellenlänge der Laservorrichtungen und der LEDs wurde im Bereich von 860 bis 1020 nm variiert. Die Ergebnisse der Messungen der LEDs und der Halbleiterlaservorrichtungen sind in 10A bis 10D und 11A bis 11D gezeigt.
Wird die Halbleiterlaservorrichtung verwendet, beginnt das SN-Verhältnis simultan zum Anstieg der Wellenlänge anzusteigen und dieses steigt abrupt an, falls die Wellenlänge 920 nm erreicht und weist eine Spitze in der Nähe der Wellenlänge von 940 nm auf. Es ist experimentell bestätigt, dass das SN-Verhältnis nach 950 nm abrupt abfällt, falls die Wellenlänge weiter gesteigert wird. Wird im Gegensatz hierzu die LED verwendet, tendiert das SN-Verhältnis dazu, monoton anzusteigen, falls die Spitzenwellenlänge vergrößert wird.
12 zeigt das SN-Verhältnis, falls die Schichtdicke des Lichtempfangselements in Bezug zur Wellenlänge optimiert ist. In 12 ist das SN-Verhältnis der Halbleiterlaservorrichtung bezogen auf den Wellenlängenbereich von 920 bis 940 nm erheblich größer als dasjenige der LED. Es wurde bestätigt, dass bei Verwendung eines InP basierten Lichtempfangselements ein sehr hohes SN-Verhältnis erzielt werden kann, was bisher nicht mit einer Halbleiterlaservorrichtung als Lichtemissionsquelle und einer Wellenlänge innerhalb des Bereichs von 920 bis 940 nm möglich war. Liegt der Bereich des SN-Verhältnisses oberhalb von 80, was mit dem LED-System nicht erzielt werden kann, so wird festgestellt, dass geeignete Kombinationen der p- und i-Schichtdicken wie folgt sind.

(1) Die Gesamtdicke der p- und i-Schichten beträgt wenigstens 100 µm.
(2) Die Dicke der p-Schicht beträgt wenigstens 5 µm und die Dicke der i-Schicht beträgt wenigstens 50 µm.

Zudem ist aus 11C ersichtlich, dass das maximale SN-Verhältnis schon erzielt werden kann, falls die Dicke der p-Schicht 20 bis 40 µm beträgt und die Gesamtdicke der p- und i-Schicht ungefähr bei 200 µm liegt.
Wird die Oszillationswellenlänge der Laservorrichtung auf 900 bis 945 nm eingestellt, stellt dies das Übergangsgebiet dar, in dem der Absorptionskoeffizient stark variiert und der Absorptionskoeffizient für die Spitzenwellenlänge 0.001 µm^–1 beträgt und es wird möglich, ein optisches Filtern unter Verwendung des Unterschieds im Absorptionskoeffizienten durchzuführen. Wird eine LED als Lichtquelle eingesetzt, deren Licht von dem Lichtempfangselement einer solchen InP-basierten Fotodiode empfangen wird, so ist die Emission selbst bei einer mittleren Wellenlänge im Bereich von 900 bis 945 nm breit und das Licht des Wellenlängenbereichs von 900 bis 945 nm führt zu keinem elektrischen Signal. Deshalb ist die Intensität eines über das LED-Licht erzielten elektrischen Signals erheblich kleiner als die Signalintensität, die sich aus einer Lichtquelle wie einer Halbleiterlaservorrichtung mit einer Linienspektrum-ähnlichen engen Linienbreite innerhalb des Wellenlängenbereichs von 900 bis 945 nm ergibt. Da das Rauschen von Hintergrundlicht herrührt, ist dieses für beide Beispiele gleich groß. Folglich ist das SN-Verhältnis der LED erheblich kleiner. Der große Unterschied im SN-Verhältnis zwischen der LED und der LD basiert auf der Annahme, dass die Oszillationswellenlänge der LD im Bereich von 900 bis 945 nm liegt. In diesem Wellenlängenbereich beträgt der Absorptionskoeffizient 0.001 bis 0.3 µm^–1, wie sich aus dem Zusammenhang zwischen Wellenlänge und Absorptionskoeffizient von InP aus 4 ergibt.
Der Absorptionskoeffizient des Lichtempfangselements unterscheidet sich abhängig vom Material des Lichtempfangselements erheblich, wie der 4 entnommen werden kann. Eine Fotodiode mit direkten Übergängen wie etwa aus InP weist eine scharfe Absorptionskante auf und ist für eine wie in dieser Ausführungsform beschriebene Anwendung geeignet. Obwohl diese ein Lichtempfangselement mit indirekten Übergängen darstellt, weist eine Ge Photodiode eine scharfe Absorptionskante auf und kann deshalb auf ähnliche Weise wie InP verwendet werden.
Der Erfinder hat ein Experiment mit einer Ge-basierten Halbleiter PD durchgeführt, das dem Experiment mit der InP-basierten Halbleiter PD ähnelt. Die Ergebnisse des Experiments sind in 13A bis 13D und 14A bis 14D dargestellt. 15 zeigt die SN-Verhältnisse der PD Strukturen, die bezüglich Spitzenwellenlängen optimiert sind. Da die Änderungsrate des Absorptionskoeffizienten für Ge moderat im Vergleich zu InP ist, fällt das SN-Verhältnis selbst bei Einsatz einer LED mit zunehmender Wellenlänge nicht simultan monoton ab und dieses weist eine Spitze bei ungefähr 1560 bis 1580 nm auf, ähnlich einer Halbleiterlaservorrichtung. Erneut wurde bestätigt, dass die Dicke der p-Schicht zur Erzielung eines SN-Verhältnisses, das größer als das maximale SN-Verhältnis einer LED von 100 ist, auf 22 bis 40 µm und die Dicke der i-Schicht auf 60 bis 300 µm einzustellen ist.
Im Falle von Ge ergibt sich aus 4 und Gleichung (1), dass die Oszillationswellenlänge der Laservorrichtung zwischen 1.55 bis 1.59 µm liegen sollte (1550 bis 1590 nm). Ist die Wellenlänge kürzer als 1.55 µm, so ist die Absorption in der p-Schicht des Lichtempfangselements zu groß, so dass der größte Teil des Lichts absorbiert wird, bevor dieses in die i-Schicht gelangt und folglich trägt dieses Licht zu keinem Signal bei. Wird die Wellenlänge größer als 1.59 µm, wird das Licht im Wesentlichen weder von der p-Schicht noch von der i-Schicht absorbiert, sondern tritt durch diese Schichten hindurch und trägt folglich auch nicht zu einem Signal bei.
Der oben erwähnte Wellenlängenbereich entspricht auf ähnliche Weise einem Absorptionskoeffizienten von 0.001 bis 0.06 µm^–1 aus 4. Der Laserstrahl im Wellenlängenband von 1.55 µm kann über eine InP-basierte Laservorrichtung oder eine GaInNAs-basierte Laservorrichtung oszilliert werden.
Wird eine Fotodiode aus Ge oder einem Material mit direktem Übergang wie oben beschrieben verwendet, beträgt die Breite des Wellenlängenbereichs, in dem sich der Absorptionskoeffizient steil über drei bis vier Größenordnungen ändert, ungefähr 50 nm. Wird die Lichtquelle, deren Wellenlängenbreite 50 nm oder kleiner ist, in diesem Wellenlängenbereich eingesetzt, ist es möglich, das SN-Verhältnis erheblich zu verbessern. Eine Lichtquelle, deren Wellenlängenbreite höchstens 50 nm beträgt, lässt sich über eine Halbleiterlaservorrichtung (LD) realisieren, jedoch nicht über eine LED.
Da ein Laserchip mit einer Oszillationswellenlänge von 940 nm und eine InP Photodiode in dem optischen räumlichen Übertragungsmodul dieser Ausführungsform verwendet werden, lässt sich das Rauschen erheblich verringern, verglichen mit bekannter optischer Kommunikation bei Einsatz einer LED. Zudem ist eine Kommunikation zwischen dem optischen Übertragungs-/Empfangsgerät und dem bekannten optischen Übertragungs-/Empfangsgerät oder einem aus einem Si-Lichtempfangselement ausgebildeten optischen Modul möglich.
Es ist zu berücksichtigen, dass ein Aufbau unter Verwendung eines Halbleiterlasers mit der Wellenlänge von 1550 nm und eines Ge-Lichtempfangselements eine höhere Sicherheit in Bezug auf das menschliche Auge bietet, da die Wellenlänge größer ist und folglich wird es möglich, die optische Ausgangsleistung zu erhöhen. Dies ist in IEC60825-1 beschrieben, die eine internationale Standardisierungsreferenz darstellt.
Sowohl das InP Lichtempfangselement als auch das Ge Lichtempfangselement können mit einer Lichtquelle verwendet werden, deren Wellenlängenbreite höchstens 50 nm beträgt. Als Lichtquelle mit geringer Breite wird industriell besonders eine Halbleiterlaservorrichtung bevorzugt. Die Lichtemissionsdiode weist eine zu große Emissionsbreite auf und da Wellenlängen, die von dem oben beschriebenen Bereich abweichen, zu keinem Signal beitragen, nimmt das SN-Verhältnis abrupt ab. Da in dieser Ausführungsform ein Halbleiterlaser und eine Fotodiode mit einer Lichtempfangssensitivität innerhalb eines engen Bandes verwendet werden, ist es möglich, ein optisches Filter anzugeben und somit kann ein optisches Übertragungs-/Empfangsgerät zu geringen Kosten hergestellt werden.
(Dritte Ausführungsform)
16 zeigt eine Halbleiterlaservorrichtung (Laserchip) gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung. Mit Bezug zu 16 werden die Schritte zum Ausbilden der Halbleiterlaservorrichtung beschrieben. Auf einem n-Typ GaAs Substrat 41 werden die Schichten mit den folgenden Zusammensetzungen und Dicken von einer Unterseite aus übereinander gestapelt. Die numerischen Werte in Klammern, die den Bezeichnungen der Schichten folgen, kennzeichnen die Dicke der jeweiligen Schicht.
Die Schichtfolge enthält ein n-Typ GaAs Substrat 41/n-Typ Al_0,5GaAs erste Mantelschicht 42 (1.6 µm)/n-Typ GaAs Ätzstoppschicht 43 (100 nm)/n-Typ Al_0,5GaAs zweite Mantelschicht 44 (15 µm)/Al_0,5GaAs erste Führungsschicht 45 (20 nm)/In_0,1GaAs erste Trogschicht 46 (8 nm)/Al_0,1GaAs Barrierenschicht 47 (5 nm)/In_0,1GaAs zweite Trogschicht 48 (8 nm)/Al_0,1GaAs zweite Führungsschicht 49 (20 nm).
Der Bereich bis zur Al_0,1GaAs zweiten Führungsschicht 49 dient als aktive Schicht, die eine Laseroszillation bei der Wellenlänge von 920 nm erzeugt. Abschließend werden auf der aktiven Schicht eine p-Typ Al_0,5GaAs dritte Mantelschicht 50 (3 µm) und darauf eine p-Typ As Kontaktschicht 51 (2 µm) gestapelt.
Um nachfolgend einen Wellenleiter auszubilden, wird eine Fotomaske auf der p-Typ GaAs Kontaktschicht 51 über einen gewöhnlichen Fotoprozess erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Richtung des Wellenleiters in geeigne ter Weise in der < 110>-Richtung. Danach wird die GaAs Kontaktschicht 51 unter Verwendung eines Schwefelsäure-basierten Ätzmittels geätzt. Danach werden unter Verwendung eines Flusssäure-basierten Ätzmittels die dritte Mantelschicht 50, die aktive Schicht 49, 48, 47, 46 und 45 als auch die zweite Mantelschicht 44 geätzt. Die Ätzung stoppt automatisch auf der Ätzstoppschicht 43. Hierbei weist das Schwefelsäure-basierte Ätzmittel keine Ebenenabhängigkeit auf und folglich führt dies zu einer nahezu vertikal geätzten Oberfläche. Das Flusssäure-basierte Ätzmittel weist jedoch eine Ebenenrichtungsabhängigkeit auf und deshalb wird an der Oberfläche, die vertikal zur Richtung des Wellenleiters liegt, eine {111}_A-Ebene freigelegt und ein Winkel zur Richtung des Wellenleiters beträgt ungefähr 54.7 Grad.
Die Seitenfläche des Wellenleiters kann eine Quasi-Mesastruktur oder eine Anti-Mesastruktur aufweisen, abhängig von den Ätzbedingungen. Zudem kann ebenso eine nahezu vertikale Ebene, wie in der Figur gezeigt, ausgebildet werden. Ein SiN Film 52 ist an der Seitenfläche des Wellenleiters eingebettet, so dass ein oberer Teil der Elektrodenkontaktschicht 51 aus der eingebetteten Schicht herausragt. Eine nicht gezeigte Metallelektrode wird auf der Oberseite abgeschieden und stellt eine positive Elektrode bereit. Ein nicht gezeigtes transparentes Elektrodenmaterial ist auf der Unterseite vorgesehen und stellt eine negative Elektrode bereit. Schließlich wird eine Seite in einem Bereich, in dem der Wellenleiter unterbrochen wird, zur Ausbildung einer Oberfläche 54 gespalten. Danach wird auf der Seite der Oberfläche 54 durch Gasphasenabscheidung im Vakuum ein hoch-reflektierender Film aus TiO₂, SiO₂ oder desgleichen erzeugt.
Nun wird die Funktion des Halbleiterlasers beschrieben. Fließt ein Strom von der positiven Elektrode zur negativen Elektrode, wird Licht in der aktiven Schicht angeregt und breitet sich durch den Wellenleiter hindurch aus. Der Wellenleiter weist einen Brechnungsindex von ungefähr 3.4 auf und ein SiN Film hat einen Brechungsindex von ungefähr 1.6. Deshalb wird das Licht nicht vom Wellenleiter in den SiN Film gebrochen, sondern vollständig reflektiert und auf die Seite des Substrats 41 gerichtet. Da eine Oberfläche 54 einen darauf ausgebildeten hoch-reflektierenden und aus der Gasphase abgeschiedenen Film aufweist, führt dies zur Laseroszillation, obgleich keine optische Rückkopplung von der Seite der Oberfläche 53 in die Laservorrichtung vorliegt, jedoch die Seite der Oberfläche 54 eine erhebliche optische Rückkopplung verursacht. Die aktive Schicht ist derart gestaltet, dass eine Laseroszillationswellenlänge von 920 nm erzielt wird.
17 zeigt die Energie (Wellenlängen)-Abhängigkeit des Absorptionskoeffizienten von n-Typ GaAs. In diesem Beispiel wird ein n-Typ GaAs Substrat mit einer Dosis von 2 bis 4 × 10¹⁸cm^–3 verwendet. Da die Energie von 1.35eV einer Wellenlänge von 920 nm entspricht, beträgt der Absorptionskoeffizient höchstens 10 cm^–1. Im Falle eines GaAs Substrats mit einer Dicke von 100 µm bedeutet dies gemäß Gleichung (1), dass das Transmissionsvermögen ungefähr 90 % beträgt. Falls der Absorptionskoeffizient tatsächlich ungefähr 30 cm^–1 beträgt, kann ein Transmissionsvermögen von wenigstens 70 % für das GaAs Substrat mit der Dicke von 100 µm sichergestellt werden. Beträgt deshalb die optische Energie ungefähr 1.39eV, d. h. die Wellenlänge beträgt ungefähr 890 nm oder mehr, so kann die Auswirkung dieser Erfindung im Hinblick auf den Laserchip erzielt werden.
Die Auswirkungen nach Montage der Halbleiterlaservorrichtung auf ein optisches Übertragungs-/Empfangsgerät werden nun beschrieben. 18 zeigt lediglich einen Datenübertragungsbereich (Lichtemissionsbereich) eines optischen räumlichen Übertragungsmoduls. In diesem Beispiel ist die Halbleiterlaservorrichtung 1 auf die Leiterplatte 6 mit der nach unten gerichteten positiven Elektrode (nicht dargestellt) montiert. Zur Montage wird eine Silberpaste, die nicht dargestellt ist, mit geeigneter Menge auf die Leiterplatte 6 aufgetragen, die Halbleiterlaservorrichtung 1 wird angeklebt und bei 80°C für einige Minuten ausgehärtet. Die negative Elektrode (nicht dargestellt) der Halbleiterlaservorrichtung ist über einen Draht 7a an eine Elektrode (nicht dargestellt) der Leiterplatte 6 angeschlossen. Ein oberer Teil der Halbleiterlaservorrichtung ist von einem transparenten Harz 3 umgossen, in das einen Zerstreuer 11 zur Zerstreuung des Lichtes beigemischt wurde und mit demselben Harz wird eine gegossene Linse 4 ausgebildet.
Wie bereits beschrieben wurde, breitet sich das vom Wellenleiter reflektierte Licht durch das Harz 3 aus und die Ausbreitungsmitte hiervon weicht geringfügig von dem Winkel von oben ab. Wie bereits beschrieben wurde, ist es allgemein üblich Übertragungs-/Empfangsmodule vom Integraltyp zu verwenden, die einander gegenüberstehen. Deshalb wird bevorzugt, dass der über die gegossene Linse 4 emittierte Lichtstrahl sich nach oben ausbreitet. Die gegossene Linse dieses Beispiels ist derart gestaltet, dass das von oben einfallende Licht auf eine reflektierende Oberfläche der Halbleiterlaservorrichtung 1 fokussiert wird. Deshalb wird der optische Strahl in der gegenüberliegenden Richtung, d. h. der schräg von der Umgebung des Brennpunktes emittierte Strahl in den darüber liegenden Raum emittiert. Da nun der Zerstreuer vorliegt, wird aus dem in den Raum abgestrahlten Strahl tatsächlich ein Strahl mit einer bestimmten Aufweitung nach oben. Der Aufweitungswinkel wird von der Dichte des Zerstreuers bestimmt und der Aufweitungswinkel stimmt in der Iongitudinalen und lateralen Richtung über ein. Eine derartige Lichtemission und ein solcher Lichteintritt sind im Hinblick auf einen Lichtemissionsbereich des optischen Übertragungs-/Empfangsmoduls bevorzugt. Als Lichtempfangsbereich wird ein wie in der ersten Ausführungsform beschriebenes Lichtempfangselement verwendet. Wird die Halbleiterlaservorrichtung dieser Ausführungsform und das Lichtempfangselement aus InP, die mit Bezug zur zweiten Ausführungsform beschrieben wurden, verwendet, so ist es nicht erforderlich ein Gussharz als optisches Filter, etwa schwarzen Kohlenstoff, zu verwenden, was bereits im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform beschrieben wurde. Deshalb wird in diesem Beispiel zur Erzielung eines besseren Designs ein lichtundurchlässiges Harz mit einem Zerstreuer als Gussharz verwendet.
Die Auswirkung dieser Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Durch Einsatz der Laservorrichtung dieser Ausführungsform wird es möglich, den von der Oberseite nach oben emittierten Laserstrahl herauszuführen ohne eine spezielle Wärmesenke zu verwenden. Da das GaAs Substrat eine niedrigere thermische Leitfähigkeit aufweist als Metall, ist es wünschenswert, dass der Abstand zwischen dem Laseremissionsbereich als hauptsächlichem Wärmeerzeugungsbereich und der Leiterplatte 6 kurz ist. In diesem Beispiel kann die Absorption des GaAs Substrats minimiert werden, indem die Wellenlänge auf 890 nm oder darüber eingestellt wird. Somit wird ein Die-Bonden des Laseremissionsbereichs nach unten zur Leiterplatte 6 gerichtet, d. h. eine Montage vom sogenannten Junction-Down-Typ möglich.
In 19 beträgt die Dicke des eingebetteten SiN Films ungefähr 20 µm bezogen auf die Halbleiterlaservorrichtung 1 dieses Beispiels, wobei der Film eine Seitenfläche des pn-Übergangs bedeckt. Selbst falls die zum Zeitpunkt des Die-Bondens verwendete Silberpaste 10 nach oben steigt, kann ein Leckstrom vermieden werden, falls der Aufstieg höchstens 20 µm beträgt. Zudem kann auf das optische Filter verzichtet werden, was eine Auswahl eines Gussharzes ermöglicht. Zudem weist der SiN Film eine Schutzfunktion bezüglich einer Stirnfläche auf und somit kann ein höchst zuverlässiger Laserchip mit einem einfachen Verfahren realisiert werden.
(Vierte Ausführungsform)
Die vierte Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug zu 20 beschrieben. 20 zeigt eine Ansicht eines Mini-Disk-Spielers 60, in dem das optische räumliche Übertragungsmodul 62 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung angebracht ist, sowie eine Fernbedienung 61. Der Mini-Disk-Spieler 60 ist auf der gesamten Oberfläche mit silbrigem Aluminium ausgekleidet. Das Gussharz der dritten Ausführungsform ist lichtun durchlässig und folglich kann eine gute Farbbalance zum Silbergehäuse erzielt werden, wodurch der Produktwert des gesamten Systems ansteigt. Diese Ausführungsform stellt ein optisches Übertragungs-/Empfangsmodul bereit, das zur Verbesserung des Designs auf die Produktfarbe abgestimmt ist. Zudem ist es bei Verwendung des optischen räumlichen Übertragungssystems dieser Erfindung zum ersten Mal möglich, ein transparentes Gussharz vorzusehen.
Obwohl diese Erfindung detailliert beschrieben und veranschaulicht wurde, ist zu erkennen, dass diese Beschreibung lediglich der Veranschaulichung und als Beispiel dient und nicht beschränkend zu betrachten ist, wobei der Schutzbereich der Erfindung einzig durch die beigefügten Patentansprüche begrenzt wird.

Claims

Optisches räumliches Übertragungssystem mit: einer Halbleiterlaservorrichtung (1) zur Oszillation eines Laserstrahls; und einem Lichtempfangselement (2) zum Empfangen des von der Halbleiterlaservorrichtung emittierten und räumlich ausgebreiteten Halbleiterlaserstrahls und Umwandeln des Halbleiterlaserstrahls in ein elektrisches Signal; wobei das Lichtempfangselement als Silizium-basierte Fotodiode ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlaservorrichtung das Laserlicht mit einer Oszillationswellenlänge innerhalb eines Bereichs von 885 bis 980 nm emittiert, für welchen der Absorptionskoeffizient am Lichtempfangselement in einem Bereich von 0.007 bis 0.04 µm^–1 liegt.
Optisches räumliches Übertragungssystem mit: einer Halbleiterlaservorrichtung (1) zur Oszillation eines Laserstrahls; und einem Lichtempfangselement (2) zum Empfangen des von der Halbleiterlaservorrichtung emittierten und räumlich ausgebreiteten Halbleiterlaserstrahls und Umwandeln des Halbleiterlaserstrahls in ein elektrisches Signal; wobei das Lichtempfangselement als InP-basierte Fotodiode ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlaservorrichtung das Laserlicht mit einer Oszillationswellenlänge innerhalb eines Bereichs von 900 bis 945 nm emittiert, für welchen der Absorptionskoeffizient am Lichtempfangselement im Bereich von 0.001 bis 0.3 µm^–1 liegt.
Optisches räumliches Übertragungssystem mit: einer Halbleiterlaservorrichtung (1) zur Oszillation eines Laserstrahls; und einem Lichtempfangselement (2) zum Empfangen des von der Halbleiterlaservorrichtung emittierten und räumlich ausgebreiteten Halbleiterlaserstrahls und Umwandeln des Halbleiterlaserstrahls in ein elektrisches Signal; wobei das Lichtempfangselement aus einer Ge-basierten Fotodiode ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterlaservorrichtung das Laserlicht mit einer Oszillationswellenlänge innerhalb eines Bereichs von 1550 bis 1590 nm emittiert, für welchen der Absorptionskoeffizient am Lichtempfangselement in einem Bereich von 0.001 bis 0.06 µm^–1 liegt.
Optisches räumliches Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterlaservorrichtung eine Quelle divergierenden Lichtes ist, von der ein sich ausdehnender Laserstrahl emittiert wird, wobei die Lichtintensität mit einem Abstand von der Lichtquelle abgeschwächt ist.
Optisches räumliches Übertragungssystem nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterlaservorrichtung eine Zerstreueinrichtung zum Zerstreuen des ausgestrahlten Laserstrahls enthält.
Optisches räumliches Übertragungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei das aus einer Si-basierten oder InP-basierten Fotodiode bestehende Lichtempfangselement ausgehend von einer Eingangsoberflächenseite, von der aus der Laserstrahl eintritt, eine Halbleiterschicht (33) von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer Dicke von 5 bis 25 µm, eine intrinsische Halbleiterschicht (32) mit einer Dicke von 60 bis 200 µm, die unterhalb der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist, und eine zweite Halbleiterschicht (31) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die unterhalb der intrinsischen Halbleiterschicht angeordnet ist, enthält.
Optisches räumliches Übertragungssystem nach Anspruch 3, wobei das aus einer Ge-basierten Fotodiode bestehende Lichtempfangselement ausgehend von einer Eintrittsoberflächenseite, von der aus der Laserstrahl eintritt, eine Halbleiterschicht (33) von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer Dicke von 20 bis 40 µm, eine intrinsische Halbleiterschicht (32) mit einer Dicke von 60 bis 250 µm, die unterhalb der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist, und eine Halbleiterschicht (31) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, die unterhalb der intrinsischen Halbleiterschicht angeordnet ist, enthält.
Optisches räumliches Übertragungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Daten durch Licht räumlich ausgestrahlt werden.