DE2851643A1

DE2851643A1 - Lichtaktivierte lichtemittierende vorrichtung

Info

Publication number: DE2851643A1
Application number: DE19782851643
Authority: DE
Inventors: Iii John Alexander Copeland; Andrew Gomperz Dentai; Tien Pei Lee
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1977-12-05
Filing date: 1978-11-29
Publication date: 1979-06-13
Also published as: SE7812185L; JPS5825286A; NL7811841A; CA1106482A; FR2410878A1; GB2009501B; CH638642A5; JPS5487079A; IT1100445B; IT7830470A0; SE436160B; FR2410878B1; US4152713A; BE872506A; GB2009501A; JPS5825285A; JPS593871B2

Description

Beschreibung:

Die vorliegende Erfindung betrifft lichtaktivierte lichtemittierende Vorrichtungen, ferner optische Verstärker und Regeneratoren, bei denen solche Vorrichtungen verwendet werden.

Die Verwendung von Elektrizität und Mikrowellen zur Nachrichtenübertragung ist bekannt. In jüngeren Jahren wurde vorgeschlagen, Nachrichten in optischen Faserwellenleitern zu übertragen, die einen Teil von Nachrichtenanlagen bilden und sich dadurch vorteilhaft auszeichnen, daß sie eine große Bandbreite aufweisen, im wesentlichen frei von elektromagnetischer Störung sind und hinsichtlich der Kosten interessant sind. In einigen derartigen Anlagen wandeln lichtemittierende Dioden elektrische Information in Lichtsignale um, und die optischen Fasern führen das Licht zu dessen Bestimmungsort. Am Bestimmungsort empfängt ein Photodetektor die Lichtsignale und wandelt diese in elektrische Form um.

In komplexeren Anlagen wird das vom Photodetektor abgenommene elektrische Signal mit Hilfe einer elektronischen Vorrichtung verstärkt und auf eine andere lichtemittierende Diode und von dieser auf eine optische Faser gegeben, womit

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die Distanz vergrößert wird, über welche eine optische Nachrichtenübertragung durchgeführt werden kann. Der Photodetektor, der elektronische Verstärker und die lichtemittierende Diode bilden einen optischen (Strecken-Verstärker.

Wenn die Anlage derart aufgebaut ist, daß Nachrichten oder digitale Logikinformation über jede optische Faser in Form kurzer Impulse gesendet wird, werden die Impulse auf ihrem Weg nicht nur in ihrer Stärke geschwächt, so daß eine Verstärkung erförderlich ist, sondern sie werden auch nachteiligerweise zeitlich verbreitert, und zwar durch eine Erscheinung, die als optische Dispersion bekannt ist, die ihre Ursache darin hat, daß sich die Komponenten des Lichtsignals mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fortbewegen. Diese unerwünschte Impulsverbreiterung ist bisher in einem optischen Streckenverstärker dadurch ausgeschaltet worden, daß eine elektronische Impulsgeneratorschaltung als Teil der elektronischen Vorrichtung zwischen dem. Photodetektor und der lichtemittierenden Diode des Streckenverstärkers vorgesehen worden ist. Ungünstigerweise können optische Nachrichtenübertragungssysteme, bei denen solche bekannten Streckenverstärker und Eegeneratoren verwendet werden, recht teuer werden, und folglich kann es bei vielen Anwendungen schwierig werden, mit Koaxialkabeln und anderen elektrischen Übertragungssystemen wirtschaftlich zu konkurrieren.

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Die geschilderten Probleme lassen sich erfindungsgemäß mit einer lichtaktivierten lichtemittierenden Vorrichtung mit wenigstens einem pn-übergang und mit dem Anlegen.eines Potentials dienenden Elektroden, die Lichtemission auf ein Volumen begrenzen, das nur einen Teil des pn-Übergangs umfaßt, lösen. Diese Vorrichtung umfaßt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine gerichtet empfindliche optische Anordnung, die aktivierendes Licht an einem Punkt, der wesentlich außerhalb des Teils des pn-Übergangs liegt, in den pn-übergang einkoppelt, wobei die optische Anordnung derart orientiert ist, daß lediglich ein relativ kleiner Anteil c'.es von dem Volumen emittierten Lichtes in die optische Anordnung gekoppelt wird.

Eine Vorrichtung, die gemäß einer beispielsweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, kann einen schwachen Eingangsimpuls ohne die Verwendung einer elektronischen Impuxsregeneratorschaltung der beim Stand der Technik benutzten Art regenerieren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein einziger pn-HalbleiterÜbergang elektrische Ströme erzeugen kann, wenn er in Sperrichtung vorgespannt ist und mit Strahlung in infraroten, sichtbaren und/oder ultravioletten Bereichen des Lichtspektrums beaufschlagt wird. Ein pn-Übergang kann auch Licht in diesem Spektrum aussenden, wenn er -in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Ferner

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liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde-, daß dann, wenn eine Elektrodenstruktur, die ein lichtemittierendes Volumen der Vorrichtung begrenzen kann, bei einer pn-Übergangsvorrichtung vorgesehen ist, der lichtempfindliche Teil des pn-Übergangs unter Sperrvorspannung flächenmäßig viel größer sein kann als der Teil oder der Bereich des im lichtemittierenden Volumen enthaltenden selben Übergangs der Vorrichtung, der unter Durchlaßvorspannung steht. Die Erfindung macht sich diese Prinzipien zunutze, so daß Licht, das auf den in Sperrichtung vorgespannten Übergang wesentlich außerhalb des lichtemittierenden Bereichs auftrifft, die Vorrichtung dazu triggert oder aktiviert, Licht vom relativ kleineren lichtemittierenden Bereich oder Teil desselben Zonenübergangs auszusenden. Die Vorrichtung zur Einkopplung der Aktivierungsenergie in den Zonenübergang wesentlich außerhalb des lichtemittierenden Bereichs ist gegenüber ankommendem Licht gerichtet empfindlich, und deshalb wird nur ein relativ kleiner Anteil des verstärkten oder regenerierten Lichtes vom Emissionsvolumen in die Kopplungsvorrichtung zurückgekoppelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist diese Kopplungsvorrichtung eine optische Faser, die mit ihrer Achse senkrecht zum Zonenübergang montiert ist. Somit, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung optisch in nur einer Richtung wirkend gemacht, was ein wichtiger Vorteil ist, wenn für die Anwendung bei optischen Nachrichtenübertragungssystem en viele solche Vorrichtungen verwendet werden sollen.

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Eine kostengünstige elektrische Steuer- oder Ruckstell-Schaltungsanordnung wird vorteilhafterweise gemäß der Erfindung mit der in nur einer Richtung wirkenden pn-Übergangs vorrichtung kombiniert, um die elektrische Vorspannung der Vorrichtung zeitlich in einer Weise zu steuern, die für den jeweiligen Zweck der Lichtverstärkung oder Lichtregeneration geeignet ist. Eine zusätzliche Kopplungsvorrichtung, wie eine zweite optische Faser, ist mit dem begrenzten lichtemittierenden Volumen gekoppelt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine 200 χ vergrößerte Querschnitts-Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei die Darstellung zur Verdeutlichung in vertikaler Richtung um einen relativen Faktor 20 unproportional vergrößert ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 Strom-Spannung-Kennlinien mit und ohne aktivierendes Licht für die Vorrichtung nach den Figuren 1 und 2;

Fig. 4 eine 200 χ vergrößerte Querschnitts-Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit· einem Mesa-Aufbau für eine reduzierte Zonenübergangskapazität und für einen Betrieb mit größerer Bandbreite, wobei zur Verdeutlichung

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. wie in Fig. 1 die Vergrößerung in vertikaler Richtung etwa 20 χ größer ist;

Fig. 5 eine 200 χ vergrößerte Querschnitts-Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem niedrige Kapazität aufweisenden Zonenübergangsaufbau, der von Maskierungsund Diffusionsvorgängen herrührt, wobei zur Verdeutlichung wie in Fig. 1 die Vergrößerung in vertikaler Richtung etwa 20 χ größer ist;

Fig. 6 eine 200 χ vergrößerte Querschnitts-Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem mehrere Mulden für optische Fasern aufweisenden Aufbau, wobei zur Verdeutlichung wie in Fig. 1 die Vergrößerung in vertikaler Richtung etwa 20 χ größer ist ^'

Fig. 7 eine teils bildhafte, teils schematische Darstellung einer optischen Impulsregeneratoranordnung, bei der irgendeine der Vorrichtungen der Figuren 1,-4·» 5 und 6 zusammen mit einer elektrischen Rückstellsteuerschaltungsanordnung verwendet ist;

Fig» 8 graphische Darstellungen der Spannung, mit der die Vorrichtung betrieben wird, in Abhängigkeit von der Zeit, korreliert mit der empfangenen Lichtintensität, des Vorrichtungsstroms und der regenerierten Impulsintensität in Abhängigkeit von der Zeit; und

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Pig. 9 schematisch eine teils querschnittartige, teils schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Regenerators, bei dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem einzigen pn-übergang in Kombination mit einer zugeordneten Steuerschaltung benutzt wird.

Gemäß I¹Xg. 1 wird eine mit Licht aktivierte lichtemittierende Vorrichtung, die als ein einseitig gerichteter optischer Schalter 1 arbeitet, an einer Elektrode 2 mit einer Spannung Vq beaufschlagt, die gegenüber einem geerdeten, der Wärmeabfuhr dienenden Metallkühlkörper 10 negativ ist. Die Vorrichtung 1 ist ein lichtemittierender pnpn-Diodenschalter mit einem lichtempfindlichen mittleren pn-übergang 22 in Indiumgalliumarsenidphosphxd (InGaAsP). Aktivierende Lichtenergie, die in I'ig. 1 als Strahl 16 bezeichnet ist, wird im Kern 18 einer optischen Eingangsfaser 14 geführt. Die Faser 14 ist mittels eines Epoxyklebers 23 in einer Mulde 13 eine- Indiumphosphid-(InP)-Subεtrates 3 eingebettet. Die Paser 14 ist derart angeordnet, daß ihr Ende 20 das Licht des Strahls 16 über das InP-Substrat 3, eine Indiumphosphid-Pufferschicht 4 und eine p-leitende InGaAsP-Schicht 5 in einen nichtemittierenden, lichtempfindlichen Bereich 25 des Zonenübergangs 22 koppelt, der außerhalb des lichtemittierenden Bereichs 11A in der Zonenübergangsebene liegt. Ankommendes Licht 16 besitzt geeigneterweise eine Wellenlänge, die kürzer als oder gleich wie (und daher energiereicher oder energiegleich wie) diejenige Wellen-

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länge ist, die dem Bandabstand des InGaAsP entspricht, wodurch die Erzeugung von Photoleitern bewirkt wird, die zum Triggern des Einschaltens des Schalters 1 geeignet sind. Folglich tritt ein lichtaktiviertes Lichtschalten der pnpn-Vorrichtung 1 auf, und zwar durch die Injektion von Ladungsträgern an einer Stelle, die gegenüber der eigentlichen Lichtemissionszone zeitlich versetzt ist.

Wenn ein Triggern oder Zünden der Vorrichtung 1 auftritt, geht der pn-übergang 22 von einem in Sperrichtung vorgespannten hochohmigen Zustand in einen in Durchlaßrichtung vorgespannten niederohmigen Zustand über. Ein wesentlich vergrößerter Strom fließt von einem Punktkontakt 12 durch die Halbleiterschichten 7» 6, 5> 4· und 3 zur Elektrode 2. Aufgrund des Ohmschen Spannungsabfalls im Halbleiter und der geringen Breite W, geeigneterweise 50 jum, des Kontaktes .12, der von einer Siliziumdioxid-(SiCUrisolierschicht 8 umgeben ist, ist die Lichtemission auf lediglich ein relativ kleines Volumen 11 zwischen der N+ -Indiumphosphidschicht 4 und der P+ -Indiumphosphidschicht 7 in den InGaAsP-Schichten 5 und 6 begrenzt. Überdies umfaßt das lichtemittierende Volumen 11 lediglich einen kleinen, einen Durchmesser von 50 pm aufweisenden Teil oder Bereich 11A des pn-übergangs 22.

Die der Vorrichtung 1 zugeführte elektrische Energie wird in Lichtenergie umgewandelt, die in I'ig. 1 durch einen

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Strahl 17 dargestellt ist und die weitgehend vom Volumen 8 durch die InP-Pufferschicht 4 und das InP-Substrat 3 und durch ein Ende 21 einer Ausgangsfaser 15 in deren Wellenleiterkern 19 gelangt. Eine im wesentlichen vernachlässigbare Menge des vom lichtemittierenden Volumen 11 kommenden Lichtes wird in die Faser 14 zurückgekoppelt, denn das lichtemittierende Volumen 11 liegt im wesentlichen außerhalb der Aufnahmeöffnung der Faser 14. Die Faser 15 dagegen führt einen wesentlichen Anteil des vom Volumen 11 emittierten Lichtes weg. Folglich wird die Vorrichtung 1 im wesentlichen in einer Richtung wirkend gemacht, in der der Lichtstrahl 16 zum Lichtstrahl 17 verstärkt wird, jedoch nicht umgekehrt. Da die Achsen beider Fasern 14 und 15 senkrecht zur Ebene des Zonenübergangs 22 verlaufen, können diese Fasern gleichzeitig mittels Epoxy 23 in der Mulde 13 befestigt werden. Die Wärmeableitung von der Vorrichtung 1 wird leicht auf der entgegengesetzten Seite über eine Indium-(In)Lotschicht 9 erreicht.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung 1 von oben. Sieht man das lichtemittierende Volumen 11 von oben, fällt es in seiner Größe im wesentlichen mit dem kreisförmigen Bereich 11A des Zonenübergangs 22 zusammen. Das Licht 16 kann anstatt mit der optischen. Faser 14 auch durch eine andere geeignete Vorrichtung wie eine Linse in den außerhalb des lichtemittierenden

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Bereichs 11A liegenden lichtempfindlichen Bereich 25 des Zonenübergangs 22 gekoppelt werden. Der lichtemittierende Bereich-11A ist bei Vorspannung in Sperrichtung lichtempfindlich, jedoch ist eine Lichteinkopplung in diesen Bereich für einen in nur einer Richtung wirksamen Betrieb nicht vorteilhaft, und somit ist eine Vorrichtung erforderlich, mit der eine Einkopplung in den Zonenübergang 22 in die wesentlich außerhalb des lichtemittierenden Bereichs 11A liegende Zone 25 möglich ist.

Es werden nun Einzelheiten für die Herstellung der Schicht er) in der Fig. 1 angegeben. Die Vorrichtung 1 wird mittels einer Standard-Flüssigphasenexpitaxie-CLPa-JZüchtungsraethode unter Verwendung einer horizontal gleitenden Graphitbootanordnung mit aufeinanderfolgenden Schmelzen gezüchtet. Eine Beschreibung eines LPE-Verfahrens, das zur Herstellung von lichteraittierenden InGaAsP-DiOden benutzt wird, ist in grosser Ausführlichkeit beschrieben in "Small-Area, High-Radiance C.W. InGaAsP LEDs Emitting at 1.2 to 1.3 fm"t von A. G. Dentai, T. P. Lee und C. A. Burrus, Electronic Letters, Band 13, Nr. 16, 4. August 1977, Seiten 484 - 485. Die Vorrichtung nach Fig. 1 ist gegenüber den in diesem Artikel beschriebenen lichtemittierenden Dioden verbessert, und zwar dadurch, daß sowohl die versetzte Eingangsfaser 14 als auch .die Ausgangsfaser 15 in einer vergrößerten kreisförmigen oder

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vorzugsweise elliptischen oder ovalen Mulde 16 vorgesehen sind, wodurch sowohl ein Detektor als auch eine LED (lichtemittierende Diode) in der selben Vorrichtung erreicht werden. Überdies ist bei den erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Fig. 1, 4, 5 und 6 im InGaAsP ein pn-Homoübergang gezüchtet, um eine pnpn-Schalterstruktur integriert mit der Vorrichtung zu schaffen.

Bei einer beispielsweisen Version der Vorrichtung ist ein UHl-InP-Substrat 3 mit Zinn (Sn) stark N+ dotiert, und

18 zwar auf eine Ladungstragerkonzentration von etwa 3 x 10 Die InP-Pufferschicht 4 besitzt eine Dicke von 2,8 pm und ist mit Zinn (Sn) auf eine Ladungsträgerkonzentration von etwa 1 χ 10¹⁸ N+ dotiert. Die InGaAsP-Schichten 5 und 6 haben eine gemeinsame Dicke von 1,3 pn, und die p-Schicht 5 ist mit Zink auf eine Ladungstragerkonzentration von etwa 2 χ 10 dotiert. ^TIochqualitatives, aus der Flüssigphase epitaktisch gezüchtetes InGaAsP ergibt sich aus einer Züchtung in einer einen Innendurchmesser von 51 mm aufweisenden Röhre bei einer Methode mit einem mehrere Mulden aufweisenden Graphitboot, wobei die Bootraulden Bodenabmessungen von etwa 6,9 mm χ 11,2 mm und eine Muldentiefe von 10,2 mm aufweisen. Die Züchtungsteraperaturen betragen 635 ⁰C, bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 0,4 ⁰C pro Minute zum Erhalt eines Bandabstandes bei 1,2 um. Die Flüssigkeitszusammensetzung der

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InGaAsP-Sclimelzen iat", "bezogen auf 1000 Milligramm Indium, 1000 Milligramm Indium, 60,30 Milligramm Indiumarsenid

(InAs), 12,61 Milligramm Galliumarsenid (GaAs) und 9,7 Milligramm Indiumphosphid (InP). Auf dieser Grundlage werden 0,0005 (5 x 10 ) Milligramm Zink (Zn) verwendet, um eine Zinkdotierung von 0,0001 (10 ) Atom-# für die p-InGaAsP-Schmelze vorzusehen. Da das Zink in der Schmelze flüchtig ist, ist die dieses enthaltende Bootmulde vorzugsweise geschlossen, um einen Dampftransport und ein Entweichen von Zink zu verhindern. 10 Milligramm Zinn (Sn) werden in der n-InGaAsP~Schmelze für 1,0 Atom-% dieses Dotierstoffes in der Schmelze verwendet. Die resultierende η-leitende Schicht

ist auf eine Ladungsträgerkonzentration von etwa 1 χ 10 Zinn-dotiert, wodurch der pn-Homoübergang 22 zwischen den InGaAsP-Schichten 5 und 6 erzeugt wird. Y/enn auch der Ort des HomoÜberganges im InGaAsP nicht kritisch ist, zeigen Berechnungen, daß eine Optimierung konkurrierender Betrachtungen bezüglich Verstärkung, elektrischen Leckens, hoher Durchgreifspannung und des Absorptionsgrades des Ausgangslichtes die Verwendung einer Dicke von 1 um für die p-Schicht 5 und eine Dicke von 0,2 um für die n-Schicht 6 nahelegen. Mit der Optimierung braucht die Vorrichtung 1 nicht in der Nähe des Schaltschwellenwertes am "Knie" der Kennlinie betrieben zu werden.. Damit wird die Notwendigkeit einer übermäßig sorgfältig ausgelegten Vorspannungssteuerschaltungsanordnung

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in einem kommerziell verwendbaren Gerät, das die Vorrichtung benutzt, ausgeschaltet. Die InP-Schicht 7 weist eine Dicke von 3,3 pm auf und ist geeignetermaßen mit Zink auf eine Ladungsträgerkonzentration von 2 χ 10 P+ -dotiert. Auf der InP-Schicht 7 ist eine Siliciumoxidschicht 8 niedergeschlagen. Mittels einer Standardmethode wird ein kleiner Punktkontakt 12 durch die Siliciumdioxidschicht 8 hindurch geschaffen. Der Kontakt 12 wird mittels eines Indiumlotes 9 am geerdeten Kühlkörper 10 befestigt.

Die Fasern 14 und 15 sind bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispxel mit Abstand voneinander parallel angeordnet und an einem kleinen Stück eines quadratischen Deckglases (nicht gezeigt) festgeklebt, um deren parallele Trennung v/äh™ rend des Epoxyvorgangs aufrechtzuerhalten. Die Fasern sind abgespalten, um Enden 20 und 21 mit optischer Oberflächenbeschaffenheit zu erzeugen. Die Fasern haben einen äußeren Durchmesser von 60 um, wobei die Kerne 18, 19 mit einem Durchmesser von 50 jum eine numerische Aperture von 0,6 aufweisen. Das die Fasern haltende Glas wird dann unter einem Mikroskop in einen xyz-Mikropositionierer gegeben. Der Lichtaustritt vom Volumen 11 in eine der Fasern 15 wird maximal gemacht, während er mit einem externen Photodetektor am anderen Ende der Faser 15 gemessen wird. Da der Durchmesser des Bereichs 11A etwa 50 pm beträgt, tritt im wesentlichen keine Lichtübertra-

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gung vom emittierenden Bereich in die andere Faser 14 auf. Die beiden Fasern 14 und 15 v/erden zur Vollendung der Herstellung mit Epoxy 23 an ihrem Platz in der Mulde 13 befestigt.

In Fig. 3 sind zwei Kennlinien 31 und 32 der pnpn-Halbleitervorrichtung 1 der Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Ordinate Ij-j repräsentiert die Größe des durch die Vorrichtung -gelangenden Stroms und die Abszisse V₀ repräsentiert die Größe der Spannung über der Vorrichtung zwischen der Elektrode 2 und dem Kühlkörper 10 der Fig. 1. Die Kurve 31 zeigt die S-förmige Spannung-Strom-Vorrichtungskennlinie, wenn kein Eingangslicht auf den pn-übergang 22 auftrifft. Eine äußere Schaltung, die aus einer Batterie mit einer durch ö.cn Punkt 36 dargestellten negativen Spannung V- und einem durch den Kehrwert der Neigung einer'Lastlinie 33 hergestellten Widerstandswert besteht, schneidet die Kennlinie 31 in einem Punkt 34. D. h., die Schaltung besitzt einen zulässigen Arbeitspunkt 34 bei einem hohen Wert der Vorrichtungsspannung Y-Q und einem niedrigen Wert des Vorrichtungs Stroms I^.

Wenn ein optisch aktivierender Lichtimpuls 16 in Fig. 1 auf den Zonenübergang 22 auftrifft, verschiebt sich die Kennlinie der Vorrichtung in eine Lage, wie sie durch die Kennlinie 32 gezeigt ist. Die Lastlinie 33 und die Kennlinie 32

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besitzen nur einen Schnittpunkt 35. Dieser Schnittpunkt stellt einen zulässigen Schaltungsarbeitspunkt bei einer niedrigeren Vorrichtungsspannur.g V^ und einem viel höheren Vorrichtungsstrom I_D dar. Die E'olge ist, daß die Vorrichtungsspannung von ihrem Wert beim Punkt 34 über eine Spannungsänderung AV auf die Vorrichtungsspannung entsprechend Punkt 35 abfällt. Der plötzlich erhöhte Strom I^ bewirkt sowohl, daß der Zonenübergang 22 Licht emittiert, als auch, daß die Vorrichtung eingeschaltet wird, so daß sie beim Punkt 35 bleibt, nachdem das Licht abgeschaltet ist. Wenn die Spannung 36 einen VIerb von -2,7 Volt aufwies und der Schaltungswiderstandswert R 14 Ohm betrug, wies eine Demonstration sdiode

a) einen Zustand hoher Spannung (2,7 V) und niedrigeren Stroms (0,5 mA) bei geringer Lichtabgabe (weniger als 0,01 Milliwatt) und

b) einen Zustar^ niedrigerer Spannung (1,3 V) und höheren Stroms (100 mA) bei beträchtlicher Lichtabgabe (1 Milliwatt)

auf. Ein Lichteingangssignal 16 von 3 Mikrowatt reichte aus, um zu bewirken, daß ein Lichtsignal von 100 Mikrowatt in die Ausgangsfaser 15 gekoppelt wurde (eine Verstärkung von 15 dB), und zwar beim Auftreten eines Spannungssignals ÄV von 1,4 Volt in der äußeren elektrischen Schaltung.

Die Vorrichtung 1 der Fig. 1 mit der S-förmigen Kennlinie

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nach Pig. 3 kann also als eine lichtaktivierte, lichtemittierende Verstärkervorrichtung mit einer im v/esentlichen nur in einer Richtung wirksamen optischen Charakteristik arbeiten. Wenn zusammen mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen eine komplexere elektrische Steuerschaltungsanordnung verwendet wird, müssen die Betrachtungen hinsichtlich der Lastlinie 33 durch eine Schaltungsanalyse ersetzt werden, die eine kompliziertere Verschiebung zulässiger Arbeitspunkte auf dem Kennliniendiagramm der Fig. 3 zeigt.

Bevor diese komplexeren Schaltungen besprochen werden, wird auf einige alternative Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung hingewiesen. Beispielsweise ist in Fig. 1 in der Mulde 13 freier Raum zum Ankoppeln von mehr als einer optischen Fiber 14 an den lichtempfindlichen Bereich 25 und von mehr als einer optischen Faser 15 an den lichtemittierenden Bereich HA des Zonenübergangs 22. Da das Volumen 11 in viele Richtungen abstrahlt, können auch eine oder mehrere Ausgangsfaserenden z. B. in der Ebene des Zonenübergangs 22 und senkrecht zum Ende der Faser 14 angeordnet sein. In einem solchen Fall führen die InP-Schichten 4 und 5 wirksam einen Teil des vom Volumen 11 emittierten Lichtes in einen wirksamen Bereich 11B zu einer (nicht gezeigten) randgekoppelten optischen Ausgangsfaser.

Fig. 4 zeigt die Vorrichtung nach Fig. 1 in der Weise modi-

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fiziert, daß ein Mesabereich geätzt ist, um die Zonenübergangskapazität zu reduzieren und folglich zu schnelleren Schaltgeschwindigkeiten der Vorrichtung zu kommen. Wach dem Niederschlag einer Siliciumoxidschicht 45 _r jedoch vor der Festlegung und Aufbringung eines Punktkontaktes 46, wird die außerhalb des beabsichtigten Kontaktbereiches 46 der Fig. 4 liegende Zone für eine Ätzung bestimmt und anschliessend unter Bildung eines Hesabereiches weggeatzt. Die geätzte Zone v/ird anschließend mit einem Isolierlack 44 aufgefüllt. Alle Schichten der Vorrichtung 40 besitzen jedoch die gleiche Dicke wie jene der Vorrichtung 1 in Fi£. 1. Die InP-Schicht 4 der Fig. 1 und die InGaÄsP-Schichten 5 und 6 sind zu einem sehr wesentlichen Teil weggeätzt, so daß sich Mesa-InGaAsP-Schichten 41 und 42 beträchtlich kleinerer Fläche ergeben und folglich eine beträchtlich kleinere Kapazität. Die InP-Schicht 7 und die Siliciumoxidschicht 8 der Fig. 1 sind ebenfalls zu einem wesentlichen Teil weggeätzt, um Schichten 43 und 45 in Fig. 4 zu bilden. Der Punktkontakt 46 wird anschließend in üblicher Weise hergestellt.

Fig. 5 zeigt den Querschnitt einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung 50 mit verringerter Kapazität, die wieder den Kontakt 2, das InP-Substrat 3 und die InP-Pufferschicht 4 mit einer Dicke von 2,8 Mikrometer aufweist. Diesmal jedoch ist eine InGaAsP-Schicht 51, die mit Zink auf eine Ladungs-

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trägerkonzentration von 2 χ 10 p-dotiert ist, mittels Flüssigphasenepitaxie 2,7 Mikrometer dick gezüchtet. Als nächstes wird ein Bereich dieser Schicht 51 unter Verwendung einer Siliciumnitrid-(SiAN-,-) oder Siliciumoxid-(SiO2-)Maske festgelegt, und zwar mit solcher Breite, daß beide Fasern Zugriff finden, wie es dargestellt ist. Schwefeldotierstoff wird niedergeschlagen und aus einer Aluminiunisulfid-(Al₂S-Z-) Quelle wenigstens eine Stunde lang im Temperaturbereich 500 ⁰C bis -11.00 ⁰C diffundiert, um eine n-lcitersde InGaAsP-Schicht 52 bis in eine Tiefe von 1,7 Mikrometer zu bilden, die an ihrer Grenzfläche 53 mit der p-Schicht 51

17 eine Ladungsträgerkonzentration von etwa 1 χ 10 aufweist. Man vergleiche "Donor Diffusion into Gallium Arsenide from Group VI Compounds" von R. G. Frieser, Journal of the Electrochemical. Society, Band 112, Nr. 7, 1965, Seite 697. Als nächstes wird ein noch kleinerer Bereich der zuvor festgelegten InGaAsP-Schicht 52 unter Verwendung einer Siliciumnitrid- oder Siliciumoxidmaske definiert und mit Zink von einer Zinkphosphid-(Zn^Pp-)Quelle für eine Dauer zwischen 30 Minuten und einer Stunde bei 500 ⁰C diffundiert, um eine P+ -InGaAsP-Schicht 53 mit einer Dicke von 1,5 Mikrometer und einer Ladungsträgerkonzentration von 1 χ 10 zu erzeugen.· Das Ergebnis ist die Erzeugung einer lichtend.tüerenden Zone 57A, die optimal getrennt ist, und zwar durch ein Mikrometer von der Schicht 4 und durch 0,2 Mikrometer von der

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Schicht 53. Dann wird auf die herkömmliche Weise eine SiIiciumoxidschicht 54 niedergeschlagen und anschließend die Punktkontaktierung 56 durchgeführt.

Das in der Eingangsfaser 14 ankommende Licht 16 aktiviert den Zonenübergang 58, was dazu führt, daß die Vorrichtung rasch schaltet und Lichtemission vom Volumen 57 bewirkt. Das Schalten ist aufgrund der niedrigen Kapazität der Vorrichtung schnell. Das Ausgangslicht 17 wird in die Ausgangsfaser 15 gekoppelt und praktisch überhaupt nicht in die Faser 14, entsprechend der optischen einseitig gerichteten Funktion der erfindungsgemäßen Ausführungsform.

Fig. 6 zeigt eine lichtaktivierte, lichtemittierende Vorrichtung 60, die vom Aufbau her identisch zu derjenigen der Fig. 1 ist, wenn InGaAsP-Technologie verwendet wird, mit der Ausnahme, daß nicht eine sondern zwei Mulden 73 und 79 für die Fasern 71 und 72 verwendet werden, die in diesen mit Epoxy 75 und 76 festgeklebt sind. Dies ermöglicht es, daß der den Punktkontakt 68 verlassende Strom 69 nur zu beiden Sei-

2 ten der Faser 72 fließt, was zu einer verringerten I R-Joule-Erwärmung führt, daß der lichtemittierende Zonenübergangsbereich 7OA vollkommener festgelegt wird und daß derjenige Teil des Lichtes 74, der zurück in die Eingangsfaser .gekoppelt wird, vollständiger reduziert wird. Somit aktiviert

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das Eingangslicht 73■den" pn-übergang 77 einschließlich des liehtemittierenden Volumens 70, und das lichtemittierende Volumen 70 wiederum erzeugt Licht 74, das mit hohem Kopplungswirkungsgrad allein in die Ausgangsfaser 72 gelangt.

Selbstverständlich kann die Erfindung mit einer Vielzahl von Materialsystemen verwirklicht v/erden, und tatsächlich ist es lediglich erforderlich, daß im Material eine lichtaktivierbare aktive Zone \rorhanden ist, die über einen kleineren Bereich oder Teil von ihr Licht emittieren kann. Dieses Erfindungsprinzip umfaßt eine Vielzahl von Materialtechnologien, einschließlich jener der Halbleiter-pn-Zonenübergärige. Unter anderen Halbleitermaterialien zur Herstellung von pn-Zonenübergängen ist das System Galliumarsenid-(GaAs-)Λ1 uminiumgalliumarsenid (AlGaAs) vielleicht am geläufigsten. Die Vorrichtung 60 kann alternativ gemäß der folgenden Beschreibung in diesem Materialsystem hergestellt werden, wobei die Schichtdicken die gleichen wie jene in Vorrichtung 1 nach Fig. 1 sind.

Ein N+ -Substrat 62 ist ein GaAs-Substrat mit [1003-Kristallorientierung und mit einer Silicium-(Si)Dotierung auf eine

19 Ladungsträgerkonzentration von 1 χ 10 . Eine Al_O25^Gao 75^As~

Pufferschicht 63 ist mit Tellur (Te) auf eine Ladungsträger-

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konzentration von 1 χ 10 N+ -dotiert. Eine aktive GaAs-Schicht 64 ist mit Germanium (Ge) auf eine Ladungsträgerkon-

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zentration von 1 χ 10 ' p-dotiert. Eine aktive GaAs-Schicht 65 ist mit Tellur (Te) auf eine Ladungsträgerkonzentration von

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2 χ 10 ' η-dotiert. Eine AIq p^^O j^s-Schi-eht 66 ist mit

Germanium (Ge) auf eine Ladungsträgerkonzentration von etwa

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2 χ 10 P+ -dotiert. Eine Schicht 67 "besteht wie zuvor aus Siliciumoxid, und ein Punktkontakt- 68 ist in der üblichen Weise vorgesehen. Indiumlot 9 klebt die Vorrichtung 60 auf dem Kühlkörper 10 fest, und eine Elektrode 61 und der Kühlkörper 10 sind kontaktiert. Zuro Niederschlagen der III-V-Schichten v/erden Standard-E'lüssigphasenepitaxiemethoden verwendet. Verschiedene Materialmodifikationen, wie das Hinzufügen von Antimon (Sb) oder Indium (In) zur Verringerung des Bandp.bstandes werden bei alternativen Ausführungsformen verwendet.

Fig. 7 zeigt, wie die Vorrichtung nach Fig. 1, und analog die Vorrichtungen nach den Fig. 4, 5 und 6, als Teil eines erfindungsgemäßen optischen Impulsregenerators 80 eingesetzt sind, der die Vorrichtung 1 und eine mit den Elektroden 2 und 12 der Vorrichtung 1 verbundene elektrische Rückstellsteuerschaltung 81 umfaßt. Ein verzerrter, geschwächter Impuls 90 gelangt in die Faser 14 als aktivierendes Licht 16. Durch Zusammenwirken von Vorrichtung 1 und Rückstellsteuerschaltung 81 wird ein vei&ärkter, zeitlich verkürzter regenerierter

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Impuls 97 als Ausgangslicht 17 von der Faser 15 abgegeben. Die Rückstellsteuerschaltung 81 besitzt eine Quelle 82 negativer Spannung V für die Erzeugung eines Stroms I„ in einem Widerstand 83 mit dem Widerstandswert R. Der Widerstand 83 ist seinerseits mit einem geerdeten Kondensator* 84 mit der Kapazität C verbunden und außerdem mit einer Spule 85 mit der Induktivität L. Die Spule 85 befindet sich in Reihenschaltung zur Vorrichtung 1, die über den Kühlkörper 10 geerdet ist.

Wenn.die Vorrichtung 1 vor dem Einsetzen des Impulses 90 an einer hohen Vorspannung V_ß liegt und einen niedrigen Strom I-Q führt, ist der Kondensator C auf eine relativ hohe Spannung aufgeladen, wie es in der Spannungskurve des Zeitablaufdiagramms der Fig. 8 mit einer Linie 92 dargestellt ist. Der der Linie 92 entsprechende Spannungswert ist dem Arbeitspunkt 34 in Fig. 3 äquivalent. Dann aktiviert der Impuls 90 die Vorrichtung 1, und dies bewirkt die Erzeugung eines Lichtimpulses 97 gleichzeitig mit einem plötzlichen Spannungsabfall AV, der durch den Linienabschnitt 93 angedeutet ist. Die LC-Schaltung 84, 85 in Fig. 7 beginnt zu "schwingen", wie es durch eine Stromschleife 86 und einen Spannungskurvenabschnitt 94 in Fig. 8 angedeutet ist. Dieses Schwingen bewirkt, daß die Spannung über der Vorrichtung 1 auf einen Wert abfällt, der mehr als AV niedriger als der Spannungswert 92

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liegt, und dies bringt die Vorrichtung dazu, zu ihrem Zustand hohen Widerstandswertes zurückzukehren und damit eine Beendigung des Ausgangslichtimpulses 97 zu bewirken. -

Die Vorrichtung 1 und die Steuerschaltung 81 \irirken also derart zusammen, daß ein Impuls des aktivierenden Lichtes 90 zu einer Emission der Vorrichtung führt, und zwar für eine Zeitdauer, die durch die Abschaltbedingung 95 bestimmt ist, die den Spannungskurvenabschnitt 94 beendet. Die Zeitperiode des Abschnitts 94 hat die Dauer

τ =UYlc (ι)

Der maximale Strom I und folglich die Llchtatgabe sinddurch das Verhältnis von C und L bestimmt, so daß gilt

Somit können im Entwurfsstadium C und L aus dem Spannungsabfall 4V der Vorrichtung nach dem Triggern oder Zünden, aus dem gewünschten Maximalstrom I_max und aus der Länge T des regenerierten Impulses bestimmt v/erden.

Wenn der Widerstandswert R der externen Schaltung genügend groß ist, dann liegt nach dem Hochstromimpuls eine Spannung

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über der Diode (und dem Kondensator C), die um mehr als dV kleiner ist als die Vorspannung 92. (Siehe das Ende des Kurvenabschnitts 9h). Der Kondensator C lädt sich dann (Kurvenabschnitt 95) über den Widerstand R mit einer Zeitkonstanten, die näherungsweise gleich RC ist, auf die Vorspannung 92 auf. Die Vorrichtung 1 ist gegenüber Lichteingangssignalen 90 unempfindlich, bis die Spannung über C wieder nahe bei der Vorspannung 92 liegt₀ Dies ist der Grund, wtiöv.-egon die beispielsweise 500 ^is dauernden Lichteingangs impulse, wie sie in Fig. 8 gezeigt sind, lediglich einen Aus gangs inipuls rcit einer Dauer von 60 μ& triggern. Am Ende dos 500 us dauernden Eingangslicht impulses liegt die .Spannung an der Dioda noch immer einige zehntel Volt unter dem Schwellenwert.

Um das Tastverhältnis zu erhöhen, ist es erforderlich, den externen Widerstandswert R zu reduzieren, da sowohl die Ausgangsimpulsdauer als auch die Erholungszeitkonstante proportional zu C sind (für ein feststehendes I_möv). Wenn R jedoch kleiner als ein kritischer Wert ist, der bei etwa 5>4 AV/I liegt, schwingt die Vorrichtung, nachdem sie getriggert ist, oder geht in einen stabilen Hochstromzustand über. Eine Analyse zeigt, daß das maximale Tastverhältnis T)_mn„ von den Eigenschäften der pnpn-Vorrichtung, eingeschlossen deren negativen Widerstand R, abhängt, so daß gilt

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max

Dabei ist k eine Konstante von etwa 0,5. Für einen besseren Annäherungsgrad ist k die Zahl der RC-Zeitkonstanten für die Wiedererlangung einer angemessenen Empfindlichkeit, geteilt durch ZT{. Für eine verwendete Vorrichtung ist FLj = 300/X ,

I_nv = 0,05 A und AV = 1,4 V, so daß D_mav & 0,16 ist. Typi in ax liidx

sehe Komjjonentenv/erte sind R = 180 0hm, C = 10 uF und L = 2 nil für eine Impulslänge von 500 μα und ein Tastverhältnis von 16 %.

Der anfängliche Spannungsabfall 9i5 nach dem Triggern erscheint plötzlich. Eine Analyse und Experimente bei höheren Frequenzen zeigen, daß dieser Abfall eine Zeitkonstante aufweist, die näherungsweise durch das Produkt der Zonenübergangskapazität der Vorrichtung und den negativen Widerstand R.XV gegeben ist. Für eine beispielsweise Vorrichtung der in Fig. 1 gezeigten Art sind R_n = 300 Ohm, Cj etwa 200 pF und R_nCj etwa 60 nS. Diese Zeitkonstanten begrenzen den Betrieb der beispieleweiscn Vorrichtung auf etwa 1 MHz. Da sich der mittlere np-Übergang über den gesamten, 400 jum messenden Chip in der Vorrichtung erstreckt, während der optisch akti.ve Bereich lediglich einen Durchmesser von 50 um aufweist, kann diese Kapazität mit einem Aufbau, wie dem in Fig. 4 oder 5 gezeigten, stark verringert werden.

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Hit Anklemmleitungen, die eine pnpn-LED-Vorrichtung 1 an eine Stromquelle anschließen, v/erden elektrische Schwimfingen bei 100 'MHz beobachtet, die wahrscheinlich auf der Streuinduktivität beruhen, die mit der Zonenübergr.ngskapazität in Resonanz tritt. Dies zeigt, daß die grundsätzliche IU-polartransistorwirkung bis zu der durch die Minoritätsladungsträgerlebenszeit bestimmten Frequenz.v/irksarn ist. Die LIvO-Reaktion wird als 60 bis 90 IiHz genossen.

Während der Rückflanke des Impulses 90 ist die Vorrichtungen spannung V₀ auf der Ladekurve 95 der Fig. β zu ni vtiric., vs.\ ein Schalten der Vorrichtung 1 2αι erlauben. Folglich isb der Vorrichtungsstrom Ij. vmhrend der Laclukurve 9^lJ> niedrig. V/enii später ein zweiter Licht impuls 90' ankommt-, wird er cbcnCall.'., als ein Impuls 97' regeneriert, und die Vorrichtunijsüpc.nnunr; V^ folgt dem Muster 93', 94', 95'. V.'enn das Vorha?iclennoi:-i des Eingangsimpulses 90 einer binären "EINS" entspricht, darm wird ein kurzer binärer "EINS"-Impuls 97 regeneriert. Wenn jedoch ein Eingangsimpuls nicht vorhanden ist, wird die Vorrichtung 1 nicht getriggert und bleibt die Vorrichtungsspannung V₀ auf dem hohen Wert 92".

Einige Rückstellschaltungen, die der Schaltung 81 etwas ähnlich sind, zeigt das General Electric SCR Manual, 5. Ausgabe, Seiten 128 und 439. Die vorliegende Erfindung erkennt jedoch,

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daß die Vorrichtung 1 in Kombination mit einer RLC~Rücks LeIl-schaltung 81 als ein einseitig gerichteter optischer Regenerator wirken kann, der Ausgangsimpulse 97 erzeugt, die kürzer als Eingangsirapulae 90 sind, und daß ßie nichb nur als eiu gewöhnlicher geschalteter SCR oder eine llchtaktiviorte, elektrische monostabile Schaltung wirkt.

Fig. 9 zeigt eine optische Regeneratorkcmbination 130 mit einer nur in einer Richtung wirkendem Vorrichtung 140, d:U; nur einen einzigen pn-übergang 151 in der liehttktiviertan lichtemittierenden Vorrichtung gemäß Erf Indmrr au^veist. 11;" Vorrichtung 140 bildet zusammen π it ihrer Steuerschaltung 1';'·"■ den erfindungsgemäßen optischen Regenerator 130, oor zur V ·.--· Wendung in optischen ITachfichtenUbertragungnr.yf-tenr-n t.nd/ oder in optischem Logikanordnungen geeignet irrt.

Eine Batterie 131, ein Widerstand 132, ein Kondenstor 133 und eine Spule 134 bilden eine RCL-Abschaltschaltung ähnlich der nach Fig. 7 zum Betreiben einer SCR-äciuivalenten Siliciuntransistorschaltung aus den Transistoren 135 und VjG und den Widerständen 137 und 138. Wenn sich die Schaltung 135, 136, 137 und 138 in einem Zustand hoher Impedanz befindet, gelangt ein schwacher, verzerrter Impuls 90 über die Eingangsfaser 141 in die Vorrichtung 140, und I'hotonen 152 treffen auf den pn-Ubergang 151 auf, der in Sperrichtung vorgespannt ist und als Photodetektor wirkt. Die Ladungsträger, die in der Vor-

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richtung 140 im nicht emittier enden, empfindlichen Bereich des Zonenübergangs 151 erzeugt werden, erhöhen den Strom im Basis-Emitter-Übergang der Transistoren 135 und 136, was ein Einschalten der die Elemente 135, 136, 137 und 138 benutzenden Schaltung bewirkt. Die Spannung am Kollektor des Transistors 135 steigt an, und die Spannung am Kollektor des Transistors 136 fällt ab, was bewirkt, daß der Zonenübergang 151 in Durchlaßvorspannung kommt und ein Strom über den Kühlkörper 150 und die Elektrode 145 durch den Zonenübergang 151 fließt. Als Folge davon werden Photonen 153 vom lichtemittierenden Volumen 154 in die Aur>ge.rL£yfeccr 142 emittiert. Aufgrund des kleinen Metal Ipmiktkont.akt es 149 umfaßt das Volumen 154 lediglich einen begrenzten Bereich des Zone.·!- Übergangs 151. Allerhöchstens ein relativ kleiner Anteil der durch den Strahl 153 dargestellten Photonen gelangt in die Eingangsfaser 151, was die Vorrichtung vorteilhafterweise in nur einer Richtung wirkend macht. Die LC-Schaltung 133, 13^ beginnt zu "schwingen", was zu einer baldigen Abschaltung der Schaltung 135, 136, 137 und 138 und der Lichtemission von der Vorrichtung 140 führt. Infolgedessen ist die Regeneration des Impulses 90 als Impuls 97 erfolgreich vollendet. Der Kondensator 133 wird von der Batterie 131 über den 'Widerstand 132 erneut aufgeladen, und der Regenerator ist bald zur Regenerierung eines weiteren Eingangslichtimpulses 90 bereit.

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Die Vorrichtung 140 umfaßt optische Eingangs- und Au fasorn 141 und 142, die mittels Epoxy 143 in einer Hulde eines durc]i ßilicium-(S3.-)Dotierung n~leitenden GaAs-Substra« tes 146 festgeklebt sind. Eine p-lsitende Schicht 147 aus GaAs ist mittels einer Standardmethode durch Diffundieren von 7AnK (Zn) in das Substrat 146 gebildet. Der Punktkontakt 149 ii?t von einer Si 1 iciunoxid-(S 1O₀-)Isolierung umgeben und auf dam Kühlkörper 1i?0 befestigt. Siehe beispielsv/eise "Siii.'.'ill -Area High-Current-]Oe]isity GnAs JJlcct,rolui_:unci£5cen1. I lodes and a Method of Operation for Improved Degradation Characteiibtic;;' von C. A. Burrus und R. V/. Daws on, Applied Plrysics Letters, Band 17, IJr. 3, 1970, Seiten 97 - 99.

Der Kc^/!!norator 130 bietet den Vorteil, daß er die Verwendung von Siliciu::itransistoren 1315 und 136 mit einem sehr niedrigen fJtrom.'jcl-wollenv.'Grt für Vcrstärkungseinschaltung erlaubt, war; den Regenerator 130 empfindlicher gegenüber Licht macht. Der wirtschaftliche Vorteil des Regenerators 130 im Vergleich zum Regenerator 80 nach Fig. 7 hängt von einem Kostenvergleich zwischen denjenigen Kosten, welche der Einsatz der Zusatzschaltung 135, 136, 137, 138 verursacht, und der Einsparungen ab, die sich durch einen vergrößerten Regeneratorabstand in einem Fasersystem ergeben und dadurch, daß man die Vorrichtung 140 mit ihren weniger Schichten vorsieht.

Wie in Verbindung mit den zuvor beschriebenen Vorrichtungen

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erwährrt v/or&on Ist, kann die Vorrichtung 1Λ-0 /;Gei£;jjotcrv;eiso auch mit AlGaAs, InGaAaP und anderen Materialien hergestellt v/erden, v/ehn dies Entvairfsbebrachtun^on vorr.cUi-ei'oen. Mo s a-J lösungen oder Lösungen mit begrenztem diffmidiorbem Zorion-üborgang zur Herabne tzun;· dor Vorrichtu.nf;s]capc'.sltät sind au- \?endbar, Eirie !■iehri'achnuldonCaserkoppluiU'; ist bonul^byr, und auf Wunach v/orden ii ohrero E i.ngangfi- und Auc^a^^iiTa^^fA ,^c-eignet mit dem ZonanUbarganf- 151 Kt-lvoppoli;.

Ili/ku

9 OHB? A / 0.6-8 5

Leerseife

Claims

BLUMBACH . WESF.R · BEReEN · KRAMER ZWIRNER - HIRSCH · BREHM

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult P.jdedcestraße 43 8000 München 60 Telefon (039)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Päientconsuli Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121)562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult

Western Electric Company, Incorporated, Broadway -

New York, New York 10038 -.
U.S.A.

Lichtaktivierte lichtemittierende Vorrichtung

Patentansprüche:

MV) Lichtaktivierte lichtemittierende Vorrichtung (1) mit wenigstens einem pn-übergang (22) und mit wenigstens einer dem,Anlegen eines Potentials (Vp) dienenden Elektrodenanordnung (2 und 10), die Lichtemission (17) auf ein Volumen. (11 ) begrenzt, das nur einen Teil (HA) des pn-Übergangs (22) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß

eine richtungsabhängig .erfindliche optisclie Anordnung (14) vorgesehen ist, die aktivierendes Licht (16) an einem Punkt (25)

München: R. Kramer Dipl.-Ing. · W.Weser Oipl.-Phys. Dr. rer. nat. · P. Hirsch Dipl.-Ing. · H.P. Brehm Dipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbadi Dipl.-Ing. ■ P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-V/.-lng.

-■'"■■"90.9824/0686" ■

ORIGINAL

der wesentlich außerhalb des Teils (11A) des pn-Ubergangs (22) liegt, in den pn-übergang (22) einkoppelt, und daß die optische Anordnung (14·) derart orientiert ist, daß lediglich ein relativ kleiner Anteil des von dem Volumen (11) emittierten Lichtes (17) in die optische Anordnung gekoppelt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

die optische Anordnung eine optische Faser (14-) aufvreist mit einem Ende (20), das an einer Obej?f lache (13) eier lichtemittier er> den Vorrichtung (1) befestigt ist.
3. Vom-chtung nach Antipruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß

eine zweite optische Faser (15) vorgesehen ist, deren Ende (21) an der Vorrichtung derart befestigt ist, daß es die maximale Menge der Lichtemission (17) von dem lediglich den Teil (11A) des pn-Ubergangs (22) umschließenden Volumen (11) empfängt.
4-. Vorrichtung nach Anspruch 3»

dadurch gekennzeichnet, daß

das Licht (17)» das von dem Volumen (11) emittiert wird, das lediglich den Teil (11A) des pn-Übergangs (22) umfaßt, gegenüber einem Impuls aktivierenden Lichtes eine begrenzte Zeitdauer aufweist, so daß die lichtemittierende Vorrichtung

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-y-

als ein optischer Impulsgenerator arbeitet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß

eine Steuerschaltung vorgesehen ist, die mit der Elektrodenanordnung (2, 10) verbunden ist und eine Potentialquelle (82) aufweist, die über ein Widerstandselement (83) und ein induktives Element (85) mit einer Elektrode (2) der Elektrodenanordnung verbunden ist, ferner ein kapazitives Element (84), das einen Endes mit einem Verbindungspunkt zwischen Widerstandselement und induktivem Element und anderen Endes mit einer zweiten Elektrode (10) der Elektrodenanordnung verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch'5,
dadurch gekennzeichnet, daß

das induktive Element (13^) ^mit der einen Elektrode (145) über eine Transistorschaltung verbunden ist, die einem gesteuerten Siliziumgleichrichter (SCR) äquivalent ist und ein Paar komplementärer Transistoren (135» 136) aufweist.

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