WO2001057977A1

WO2001057977A1 - Vcsel mit monolithisch integriertem photodetektor

Info

Publication number: WO2001057977A1
Application number: PCT/DE2001/000352
Authority: WO
Inventors: Gunther Steinle; Hans-Dietrich Wolf
Original assignee: Infineon Technologies Ag
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2001-08-09
Also published as: US6717972B2; US20030021322A1; DE50106786D1; EP1256151A1; EP1256151B1; DE10004398A1; JP2003522421A

Abstract

VCSEL mit einer aktiven Schicht (47), mit einem Photodetektor (20, 25) in einem der DBR-Gitter (15; 40, 50) und mit einer strahlungsabsorbierenden Schicht (25), die in einem Schwingungsbauch einer Lasermode angeordnet ist. Laser und Photodetektor werden über einen gemeinsamen Kontakt (35) auf einer dicken, hoch dotierten Spacer-Schicht (30) elektrisch angesteuert, die für niedrige Laserimpedanz und geringes elektrisches Übersprechen zwischen Laser und Photodetektor sorgt.

Description

Beschreibung

VCSEL mit monolithisch integriertem Photodetektor

Die vorliegende Erfindung betrifft VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) mit einem Photodetektor, der monolithisch in dem Resonator zwischen den Resonatorendspiegeln (DBR-Gitter) integriert ist, für optische Übertragungsstrek- ken für hohe Datenraten.

Die elektrischen und optischen Eigenschaften, wie z.B. Schwellenstrom und differentieller Wirkungsgrad, variieren bei Laserdioden von Bauelement zu Bauelement. Die Eigenschaften jedes Bauelementes hängen von der Temperatur ab und sind lang- und kurzzeitigen Schwankungen unterworfen. Deshalb ist es erforderlich, über ein elektrisches Rückkoppelsignal zu verfügen, das direkte Informationen über die tatsächliche optische Ausgangsleistung des Lasers liefert und verwendet werden kann, um sowohl die Gleichstromvorspannung (bias) als auch die Modulationstiefe des Laserstromes auch während der

Übertragung nachzuregeln. Die mit dem Aufbau einer Vorrichtung zur Einkopplung eines zwar geringen, aber doch bestimmten Anteils der Laserstrahlung in einen externen Photodetektor verbundenen Kosten führten zu der Entwicklung mono- lithisch integrierter Bauelemente.

Eine Reihe von VCSEL-Strukturen mit monolithisch integrierten Photodetektoren in den als Reflektor fungierenden Bragg- Gittern sind beschrieben in den Veröffentlichungen von T. Kim et al . : "A Single Transverse Mode Operation of Top Surface

Emitting Laser Diode with a Integrated photo-diode" in Proc . LEOS 1995, S. 416 - 417, Oktober 1995, von S. F. Lim et al . : "Intracavity Quantum-Well Photodetection of a Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser" in 'Proc. Int. S.C. -Laser Conf . Okto- ber 1996, Haif /Israel, S. 183 - 184, and -von J. A. Lott et al . : "Deep Red Vertical Cavity Surface Emitting Lasers With Monolithically Integrated Heterojunction Phototransistors For Output Power Control"" in Proc. Int. S.C. -Laser Conf . Oktober 1996, Haifa/Israel, S. 185 - 186. Weitere Quellen sind die Patente US 5,757,837, US 5,742,630, US 5,577,064, US 5,606,572 und US 5,136,603.

Die veröffentlichten Laserstrukturen mit integrierten Photodetektoren erfüllen nicht alle der folgenden Mindestbedingungen: einfache Herstellbarkeit ohne Ausbeuteverlust auf dem Wafer, guter Kontrast gegenüber spontaner Emission und Umge- bungslicht, um sowohl die Laserschwelle als auch den diffe- rentiellen Wirkungsgrad feststellen zu können, geringe oder keine zusätzlichen Anforderungen an die anzulegende Spannung für das Gesamtsystem, reproduzierbare und frequenzunabhängige Rückkoppeleigenschaften und nur geringe Änderung der opti- sehen und elektrischen Eigenschaften über lange Betriebszeiten (Deterioration) .

Photodetektoren in dem Halbleiterresonator sind praktisch nicht empfindlich gegen Umgebungslicht oder Streulicht. Da die Detektoreigenschaften dieser Photodetektoren vorwiegend auf den Eigenschaften des epitaktischen Schichtwachstums beruhen, kann eine gute Ausbeute funktionsfähiger Bauelemente auch bei einer Fertigung mit großen Toleranzen erzielt werden. Um Bauelemente herzustellen, deren Photodetektoren einen guten Kontrast gegen spontane Emission liefern, kann man entweder den aktiven Detektorbereich auf eine Größe des Laserflecks reduzieren, was aber zusätzliche technische Probleme aufwirft und damit die Ausbeute reduziert (I. Y. Han, Y. H. Lee: "Oxide-apertured photodetector integrated on VCSEL" in Proc. CLEO 99, S. 176); oder die Empfindlichkeit gegenüber dem kohärenten Licht im Vergleich zur spontanen Emission kann durch einen dünnen absorbierenden Bereich an einem Schwingungsbauch der stehenden Welle erhöht werden. Indem man den Abstand dieses dünnen absorbierenden Bereiches von dem akti- ven Bereich verringert, kann der Kontrast gegen spontane

Emission weiter erhöht werden. Damit wird allerdings auch die Absorption der Laserstrahlung erhöht, so dass der differenti- eile Wirkungsgrad herabgesetzt wird, was zu sehr hohen Empfindlichkeiten des Detektors von etwa 1A/W führt.

Ein anderes Problem liegt darin, in einem integrierten Bau- element höhere Laserimpedanzen im Vergleich zu einem einzelnen VCSEL und damit Schwierigkeiten bei Verwendung einer Treiberschaltung für hochfrequente Modulation des Laserstromes zu vermeiden. Außerdem muss elektrisches Übersprechen zwischen Laser und Detektor minimiert werden, falls unverän- derte HF-Komponenten des Monitorsignales gebraucht werden, z.B. beim Justieren von Gleichstromvorspannung und Modulationstiefe .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten VCSEL mit monolithisch integriertem Photodetektor anzugeben, der einfach herstellbar ist und eine ausreichend niedrige Laserimpedanz, niedriges Übersprechen und guten Kontrast gegen spontane Emission besitzt.

Diese Aufgabe wird mit dem optoelektronischen Bauelement mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Das erfindungsgemäße Bauelement ist ein VCSEL mit einem Pho- todetektor, der in einem der als Resonatorspiegel vorgesehenen DBR-Gitter integriert ist, so dass keine mechanische Ju- stage einer externen Monitordiode erforderlich ist. Zwischen den DBR-Reflektoren befindet sich ein aktiver Bereich, der für Strahlungserzeugung vorgesehen ist . Die in dem Resonator erzeugte kohärente Strahlung wird an der Oberfläche des Bauelementes emittiert . Der Photodetektor in einem der DBR- Reflektoren umfaßt eine dünne absorbierende Schicht, die im Bereich eines Schwingungsbauches der stehenden Welle einer Lasermode angeordnet ist. Die Energiebandkante des Materials in dem dünnen absorbierenden Bereiches ist geringfügig niedriger gewählt als die Energie, die der Frequenz der emittierten Strahlung entspricht, um ein nicht reproduzierbares An- sprechen des Detektors zu verhindern, ohne jedoch den Anteil niedriger Energie der spontanen Emission zu absorbieren.

Laser und Photodetektor werden über eine gemeinsame Elektro- de, vorzugsweise ein n-Kontakt, elektrisch angesteuert. Dieser Kontakt befindet sich auf einer Spacer-Schicht, die n- leitend dotiert ist mit einer ausreichenden Dotierstoffkonzentration, um einen niedrigen ohmschen Widerstand innerhalb der Schicht zu gewährleisten und auch für einen guten ohm- sehen Metall-Halbleiter-Kontakt zu sorgen. Diese Spacer- Schicht sorgt für niedrige Laserimpedanz und geringes elektrisches Übersprechen zwischen Laser und Photodetektor.

Vorzugsweise wird diese Spacer-Schicht oder eine weitere Schicht zwischen dem laseraktiven Bereich und dem Photodetektor so gewählt, dass das kohärente Licht durch diese Schicht hindurch tritt, aber der Anteil hoher Energie der spontanen Emission absorbiert wird, so dass damit für die spontane Emission ein Tiefpassfilter gebildet ist. Zusammen mit der Eigenschaft des dünnen absorbierenden Bereiches, einen Hochpassfilter zu bilden, ist so insgesamt ein Bandpassfilter gebildet, dessen Durchlassbereich um die Laserstrahlungsfrequenz herum liegt und so den Kontrast gegen spontane Emission weiter erhöht .

Es folgt eine genauere Beschreibung von Beispielen des erfindungsgemäßen Bauelementes anhand der Figuren 1 bis 5.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Ausführungsbei- spiel des Bauelementes.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel .

Figur 3 zeigt ein Ersatzschaltbild für die in den Figuren 1 und 2 dargestellten BauelementStrukturen. Figur 4 zeigt ein Diagramm für eine Feldverteilung um die Spacer-Schicht .

Figur 5 zeigt ein Energiebanddiagramm einer speziellen Aus- führungsform.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes mit einem Photodetektor zwischen einem Substrat und dem strahlungserzeugen- den aktiven Bereich, während Figur 2 einen entsprechenden

Querschnitt für ein Bauelement zeigt, bei dem der Photodetektor auf der von dem Substrat abgewandten Seite des aktiven Bereiches angeordnet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 befinden sich auf einem vorzugsweise p-leitend do- tierten Substrat 12 mit einem Rückseitenkontakt 10 übereinander ein in diesem Beispiel p-leitend dotierter erster Anteil 15 eines unteren ersten DBR-Gitters, ein intrinsisch leitender Bereich 20 des Photodetektors mit einer darin angeordneten dünnen Absorptionsschicht 25, eine Spacer- Schicht 30, die hier hoch n-leitend dotiert ist, ein n-lei- tend dotierter zweiter Anteil 40 des ersten DBR-Gitters, ein laseraktiver Bereich 45 mit einer darin ausgebildeten aktiven Schicht 47 und ein p-leitend dotiertes oberes zweites DBR- Gitter. Der aktive Bereich 45, 47 ist vorzugsweise als SCH (Separate Confinement Heterostructure) ausgebildet. Auf der Spacer-Schicht 30 befindet sich in diesem Beispiel ein ringförmiger Kontakt 35, der rings um eine Mesa aus Halbleitermaterial angeordnet ist, in der sich der obere Anteil 40 des ersten DBR-Gitters, der aktive Bereich 45, 47 und das zweite DBR-Gitter 50 befinden.

Die Absorptionskante des Energiebandes ist in der absorbierenden Schicht 25 geringfügig niedriger gewählt als die Energie des kohärenten Lichtes der erzeugten Lasermode . Auf diese Weise kann die Strahlung der Lasermode sicher detektiert werden, ohne gleichzeitig den Anteil niedriger Energie in der spontanen Emission zu erfassen. Für eine Laserenergie von z.B. 1460 meV kann die Absorptionskante bei etwa 1450 meV gewählt werden. In diesem Beispiel ist die dünne Absorptionsschicht typisch etwa 7 nm dick und als InGaAs-Potentialtopf mit einem Indiumgehalt von wenigen Prozent ausgebildet. Bei der Festlegung der richtigen Absorptionskante sind der Einfluß von Excitonen und der Temperatur zu berücksichtigen. Die Absorptionskante kann z.B. mittels Transmissionsspektroskopie gemessen werden. Je geringer der Unterschied zwischen der effektiven Energiebandlücke und der Energie der Laserstrahlung ist, um so geringer ist der Anteil der absorbierten spontanen Emission im oberen Energiebereich und um so besser ist der Kontrast gegen die spontane Emission.

Die Spacer-Schicht 30 hat vorzugsweise eine Dicke von mehre- ren Wellenlängen der Laserstrahlung und ist vorzugsweise direkt über dem intrinsisch leitenden Bereich 20 des Photodetektors angeordnet. Die effektive Energiebandlücke der Spacer-Schicht 30 wird so gewählt, dass sie die kohärente Strahlung der Lasermode nicht absorbiert, aber den Anteil ho- her Energie der spontanen Emission absorbiert.

Ein oberer ringförmiger p-Kontakt 55 vervollständigt das Bauelement. Grundsätzlich kann auch ein lichtdurchlässiger oberer Kontakt aufgebracht sein, der dann die gesamte Licht- austrittsflache bedeckt. Alternativ kann auch Lichtaustritt nach unten durch das Substrat 12 hindurch vorgesehen sein. Das Substrat ist dann entsprechend aus einem für die Emissionswellenlänge durchlässigen Halbleitermaterial gebildet. Außerdem sind auch andere Laserwellenlängen, z.B. 980 nm oder 1300 nm mit einem entsprechend gewählten Halbleitermaterial der dünnen Absorptionsschicht des Photodetektors möglich. Dieses Material ist geringfügig verschieden von dem Material der aktiven Schicht, weil ein etwas niedrigerer Energiebandabstand in der absorbierenden Schicht erforderlich ist als in der aktiven Schicht. Die Vorzeichen der Dotierung (n- leitend bzw. p-leitend) können vertauscht sein. Die in obiger

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der Mesa des Photodetektors. Für die Herstellung werden bevorzugt Trockenätzverfahren angewendet.

Der auf der Spacer-Schicht 30 aufgebrachte n-Kontakt 35 muß nicht ein ringförmiger Kontakt sein. Wegen des geringen ohm- schen Widerstandes der ausreichend hoch n-leitend dotierten Spacer-Schicht 30 ist auch eine asymmetrische seitliche Ladungsträgerinjektion ohne Verschlechterung der Lasereigenschaften möglich. Der Kontakt 35 kann daher auf einer seitli- chen Oberseite der Spacer-Schicht 30 außerhalb des Bereiches der Mesa mit dem Photodetektor aufgebracht sein. Dann kann der untere Teil der Struktur mit dem laseraktiven Bereich auch als Mesa mit fast ebenso geringen Abmessungen wie die Abmessungen des Photodetektorbereiches ausgebildet sein.

Die übrigen Eigenschaften der beschriebenen Ausführungsbei- spiele können entsprechend herkömmlichen VCSEL ausgebildet sein. Gold-Metall-Legierungen sind bevorzugte Kontaktmaterialien. Bevor das Metall auf die Halbleiteroberseite aufge- bracht wird, wird diese von evtl. vorhandenen Oxiden befreit.

Um gute Metall-Halbleiter-Kontakte zu erreichen auch im Falle stark variierender Mischkristallzusammensetzungen, was z.B. bei den DBR-Gittern der Fall ist, müssen auch Inhomogenitäten der Ätztiefe berücksichtigt werden. Diese Inhomogenitäten va- riieren mit dem Materialsystem, das verwendet wird, und der Art des Ätzprozesses (Trockenätzen, Nassätzen) , hängen aber hauptsächlich von der Gleichmäßigkeit der epitaktisch gewachsenen Schichten ab. Im Fall von AlGaAs und Schwefelsäure und Wasserstoffperoxid in wäßriger Lösung als naßchemischer Ätz- lösung erreichen typische Inhomogenitäten Abweichungen von

+ 20 nm pro Mikrometer Ätztiefe. Es ist schwierig, gute und stabile ohmsche Kontakte auf Schichten mit hohem oder variierendem Aluminiumgehalt zu erreichen. Erfindungsgemäß wird das Bauelement daher mit einer dicken, homogenen und hoch n- leitend dotierten Halbleiterschicht als Spacer-Schicht 30 versehen. Bei dieser dicken Spacer-Schicht 30 sind Toleranzen der Ätztiefe akzeptabel; außerdem dient die Schicht als ge- meinsame niederohmige Kontaktschicht für Laser und Photodetektor.

Eine n-dotierte Spacer-Schicht angrenzend an den Photodetek- tor wie in dem erfindungsgemäßen Bauelement hat verschiedene Vorteile. Parasitäre Lichtabsorption durch freie Ladungsträger ist üblicherweise in n-leitend dotiertem Halbleitermaterial niedriger als in p-leitend dotiertem (zumindest für die Mehrzahl üblicherweise verwendeter Halbleitermaterialien) . Z. B. ist im Materialsystem von AlGaAs bei 850 nm Wellenlänge die optische Absorption in p-dotiertem Material ungefähr um einen Faktor von 2,5 bis 3 höher als in n-dotiertem Material derselben Dotierstoffkonzentration. Ein weiterer Vorteil bei der Verwendung einer n-dotierten Spacer-Schicht angrenzend an den Photodetektor ist der entsprechend niedrigere ohmsche Widerstand, der mit n-leitendem Halbleitermaterial im Vergleich zu p-leitendem Material erreicht wird. Das liegt an der höheren Beweglichkeit der Elektronen als der Löcher, z.B. um einen Faktor von etwa 20 in AlGaAs. Wenn ein pin-Photodetektor ohne zusätzlichen Tunnelübergang gefordert ist (d.h. ohne p⁺- n⁺-Übergang, der sich bei Polung in Gegenrichtung wie ein ohmscher Widerstand verhält) , wird das DBR-Gitter auf ein p⁺- Substrat, vorzugsweise unter Verwendung einer Pufferschicht, die bei niedriger Temperatur hergestellt wird, aufgewachsen. Statt dessen kann ein konventioneller npn-Bipolarphoto- transistor mit Basis auf floatendem Potential und gradierter Energiebandlücke (HBPT) als Photodetektor verwendet werden, wobei an den Photodetektor eine zusätzliche Spannung angelegt wird. Dieses Bauelement kann auf einem n-Substrat aufgewach- sen werden. Alternativ kann auch eine Doppeldiodenstruktur mit gemeinsamer Anode (npn) oder gemeinsamem Tunnelkontakt (npp⁺n⁺np) als Detektor verwendet werden, wobei beide Photodioden zu Kompensationszwecken unterschiedliche Absorptionseigenschaften aufweisen können. So ist durch interne oder ex- terne Überlagerung der Photoströme eine Erhöhung des Kontrastverhältnisses möglich, wenn die detektierende Schicht (25) der ersten Photodiode in einem Schwingungsbauch und die detektierende Schicht der zweiten Photodiode im Schwingungs- knoten der stehenden Welle liegt und beide Photoströme voneinander abgezogen werden.

In Figur 3 ist ein Ersatzschaltbild für eine grundsätzliche Struktur des erfindungsgemäßen Bauelementes mit integriertem pin-Photodetektor entsprechend Figur 1 oder 2 dargestellt. Der obere Teil dieses Diagramms in Figur 3 entspricht der in- trinsischen Laserimpedanz, die in erster Linie durch den ohm- sehen Laserwiderstand R_A im Betrieb des Lasers parallel zu der effektiven Laserkapazität C bestimmt wird. Der untere Teil des Diagramms gibt die Kapazität C_D des Photodetektors parallel zur Stromquelle i_D für den Photostrom wieder. Der gemeinsame n-Kontakt hat einen Reihenwiderstand R_τ, der durch den lateralen ohmschen Widerstand in der dicken n-dotierten Spacer-Schicht 30 bestimmt wird. Wesentliche dynamische Größen sind die RC-Zeitkonstanten τ_L, τ_D des Lasers bzw. des Photodetektors. Die letztere wird beeinflusst durch den externen Messwiderstand R_M und ist gleich τ_D = C_D (R_D + R_T + R_M) . Bei kleinen vorhandenen Photodetektorbereichen kann eine kleine

Photodetektorkapazität erzielt werden, aber in diesem Fall ist der innere Widerstand R_D größer (R_D = const/C_D) , was einen zusätzlichen parasitären Spannungsabfall verursacht, der die lineare Eigenschaft des Photodetektors bei Betrieb mit klei- nen oder verschwindend geringen Detektorspannungen V_D verschlechtern kann.

Die intrinsische RC-Zeitkonstante für den Laser ist gegeben durch τ_L = R_A C_L . Abgesehen davon und von anderen intrinsi- sehen Größen, wie z.B. die Laserresonanzfrequenz und die Photonenlebensdauer, ist die Gesamtlaserimpedanz (R_L + R_A) / (C_L + R_T) eine sehr wichtige Größe, die parallel zu Kapazitäten einer Treiberschaltung oder eines modularen Auf- baus auftritt und so klein wie möglich sein sollte, um die Verwendung billiger Lasertreiberschaltungen zu ermöglichen. Im Falle niedriger Frequenzen oder verschwindendem C_D gibt die Beziehung R_T(C_L + R_τ) / (R__ + R_A) den Anteil der Lasermodulationsspannung wieder (parasitäre WechselSpannung am Knoten 110), der parasitär auch am Photodetektor anliegt. Wenn ein Photodetektor mit einer stark spannungsabhängigen Empfindlichkeit verwendet wird, wie z.B. ein Phototransistor, sind ein kleiner Wert R_T und hohe anliegende Photodetektorspannungen zu bevorzugen.

Für elektrisches Übersprechen zwischen dem Laser und dem Photodetektor bei hohen Frequenzen kann eine Kopplungszeitkonstante durch τ_coup = R_T C_D definiert werden. Bei einer Modulationsfrequenz f = 1 / (2π τ_coup) wird etwa die Hälfte der parasitären WechselSpannung am Knoten 110 in den Widerstand R_D + R_M über die Photodetektorkapazität gekoppelt, und zwar dem Photostromsignal überlagert . Um die hochfrequenten Komponenten des Photostromes zu erfassen, wird ein kleiner Wert von τ_D benötigt. Aber der Spannungsabfall, der durch den Photostrom über die Widerstände R_D + R hervorgerufen wird, muß immer noch groß sein im Vergleich zu besagter parasitärer Wechselspannung, um das Übersprechen zu minimieren. Daher soll der laterale Widerstand R_T zur Erzeugung guter Modulationseigenschaften des Lasers und guter Hochfrequenzeigenschaften des Photodetektorsignales so gering wie möglich sein, auch wenn als Photodetektor eine pin-Photodiode hoher Qualität verwendet wird.

Die optische Dicke des Photodetektorbereiches einschließlich der dicken Spacer-Schicht im Vergleich zu der Laserwellenlän- ge ist ebenfalls eine wichtige Größe. Sie bestimmt, ob der

Photodetektor in dem Resonator die Laserintensität resonant beeinflusst oder nicht. Ein beliebiger Photodetektor kann eine dünne Absorptionsschicht an einer bestimmten Stelle innerhalb des Musters der stehenden Welle des kohärenten Lichtes aufweisen. Eine erste Verbesserung der Detektionsempfindlich- keit kann erzielt werden, indem nur das Maximum der Intensitätsverteilung erfasst wird. Diese Verstärkung kann mittels ω u> t DO μ¹

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des Kontrastes gegen spontane Emission führt. Der pin- Photodetektor umfaßt einen p-dotierten Bereich 125, eine in- trinsisch leitend dotierte Schicht 130, mit der die Photodetektorkapazität vermindert wird, und eine n-dotierte Schicht 150. Im Gegensatz zu herkömmlichen Potentialtopf-pin- Dioden, die an sich bekannt sind, ist hier die absorbierende Schicht 41 hoch n-leitend dotiert und in hoch n-leitend dotierte Schichten 135 und 145 eingebettet, um die optische Absorption zu vermindern. Z.B. ist für eine Reduktion der opti- sehen Absorption um mehr als einen Faktor 3 eine Dotierstoffkonzentration von mehr als 2xl0¹⁸ cm^"3 in InGaAs-Potential- töpfen mit einem Indiumgehalt von wenigen Prozent erforderlich. Der Photostrom muss aus der hoch dotierten Zone geleitet werden, um zu vermeiden, dass die Löcher 137 mit den Elektronen 147 rekombinieren. In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauelementes haben die angrenzenden hoch dotierten Schichten ein Energiebandgrading, das zu einer Reduktion der Energiebandlücke und damit in der Richtung zu der intrinsisch dotierten Schicht 130 zu einer Reduktion der Dif- ferenz zwischen dem Valenzband und dem Fermi-Niveau führt. Zusätzlich können asymmetrische Barrieren für die dünne absorbierende Schicht 140 verwendet werden, und zwar mit einer niedrigeren Barrierenhöhe in Richtung zur Schicht 135, wie in der Figur 5 dargestellt .

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Elektronendichte in der dünnen absorbierenden Schicht 140 dadurch zu ändern, dass eine Photodetektorspannung angelegt wird in der Weise, dass die Verarmungszone in die absorbierende Schicht hinein reicht. Auf diese Weise kann der Absorptionsgrad durch die angelegte Spannung moduliert werden. Mittels geeigneter Anpassung der Dotierstoffkonzentration und der Dicke der Schicht 135 sowie der Schicht 130 können die Modulationstiefe und die DC-Vorspannung geändert werden.

Claims

Patentansprüche

1. Optoelektronisches Bauelement als VCSEL mit einer für Strahlungserzeugung vorgesehenen aktiven Schicht (47) zwi- sehen DBR-Gittern (15; 40, 50) als Reflektoren und einem mit einer Strahlungsabsorbierenden Schicht (25) versehenen Photo- detektor innerhalb eines der DBR-Gitter, wobei die strah- lungsabsorbierende Schicht (25) so angeordnet ist, dass sie mit einem Schwingungsbauch einer Lasermode der erzeugten Strahlung überlappt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s eine dicke und hoch dotierte Spacer-Schicht (30) zwischen der aktiven Schicht (47) und der absorbierenden Schicht (25) vorhanden ist.

2. Bauelement nach Anspruch 1, bei dem die Strahlungsabsorbierende Schicht (25) eine Energiebandkante aufweist, die geringfügig niedriger ist als die Photonenenergie der Lasermode .

3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Photodetektor (20, 25) und die Spacer-Schicht (30) bezüglich der Lasermode eine nicht-resonante optische Dicke haben, so dass eine elektrische Feldverteilung der Strahlung innerhalb der DBR-Gitter (15; 40, 50) unverändert bleibt .

4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Spacer-Schicht (30) eine Energiebandkante auf- weist, die geringfügig höher ist als die Photonenenergie der Lasermode.

5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Spacer-Schicht (30) hoch n-leitend dotiert ist und mindestens eine Halbleiterschicht an die absorbierende Schicht (25) angrenzt und hoch n-leitend dotiert ist.

6. Bauelement nach Anspruch 5, bei dem mindestens eine an die absorbierende Schicht (25) angrenzende Halbleiterschicht eine Gradierung in der Energiebandlücke aufweist, so dass in einem zu der absorbierenden Schicht benachbarten Bereich die Energiebandlücke in Richtung zu der Spacer-Schicht (30) hin anwächst.

7. Bauelement nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Strahlungsabsorbierende Schicht (25) innerhalb einer Verarmungsschicht oder nahe an einem n-dotierten Randbereich einer VerarmungsSchicht liegt und

Mittel vorhanden sind, mit denen eine elektrische Spannung angelegt werden kann, um die Absorption in der absorbierenden Schicht (25) zu verändern.

8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Photodetektor eine pin-Photodiode ist.

9 . Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Photodetektor ein Phototransistor aus der Gruppe von bipolarem Phototransistor und heterobipolarem Phototransistor ist.

10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Photodetektor aus zwei Photodioden besteht, die eine gemeinsame Anode (npn) oder eine gemeinsame Kathode (pnp) aufweisen.

11. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Photodetektor aus zwei Photodioden besteht, die einen gemeinsamen Tunnelkontakt (npp⁺n⁺np) aufweisen.