DE3789687T2

DE3789687T2 - Integrierte Halbleitervorrichtung in Form einer Kopplungsanordnung zwischen einem Fotodetektor und einem Lichtwellenleiter.

Info

Publication number: DE3789687T2
Application number: DE3789687T
Authority: DE
Inventors: Marko Societe Civile S P Erman; Jean-Louis Societe Civ Gentner
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1986-07-09
Filing date: 1987-07-07
Publication date: 1994-11-03
Anticipated expiration: 2007-07-08
Also published as: FR2601505A1; JP2740169B2; JPS6387766A; EP0252565A1; EP0252565B1; FR2601505B1; CA1291556C; US4893162A; DE3789687D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Halbleiteranordnung in Form einer Kopplungsanordnung zwischen einem Photodetektor D und einem Lichtwellenleiter, wobei der Photodetektor in einem gegebenen Wellenlängenbereich funktioniert und wobei diese Anordnung auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats einer Zusammensetzung III-V Schichten der Zusammensetzung III-V aufweist, worunter:
- eine Begrenzungsschicht C&sub0; mit der Brechzahl n&sub0;,
- eine Schicht C&sub1;, die für den genannten Wellenlängenbereich transparent ist und als erste transparente Schicht bezeichnet wird, die auf der Oberfläche der Begrenzungsschicht C&sub0; vorgesehen ist und die eine Brechzahl n&sub1; aufweist, die höher ist als die Brechzahl n&sub0; der Begrenzungsschicht C&sub1;, in der ein Leiter G&sub1; vorgesehen ist, der als Hauptleiter bezeichnet wird,
- eine Schicht C&sub2;, die für den genannten Wellenlängenbereich transparent ist und als zweite transparente Schicht bezeichnet wird, die eine Brechzahl N&sub2; aufweist, die höher ist als die Brechzahl n&sub1; der ersten transparenten Schicht, wobei in der Schicht C&sub2; ein Leiter G&sub2; vorgesehen ist, der als Zwischenleiter bezeichnet wird und über eine Länge L&sub1;, die als Kopplungslänge bezeichnet wird, mit dem Hauptleiter gekoppelt ist,
- eine Schicht C&sub3;, die für den genannten Wellenlängenbereich als absorbierend bezeichnet wird und unmittelbar auf der zweiten transparenten Schicht vorgesehen ist und eine Brechzahl n&sub3; aufweist, die höher ist als die Brechzahl n&sub2; der zweiten transparenten Schicht (n&sub3; > n&sub2; > n&sub1; > n&sub0;) und die mit einer Schicht C&sub4; bedeckt ist, wobei die Schichten C&sub3; und C&sub4; entgegengesetzte Leitungstypen aufweisen und einen p-n- Übergang bilden, der das Photodetektorelement D bildet, das durch vertikale Kopplung über eine Koppellänge L&sub2; direkt mit dem Zwischenleiter G&sub2; gekoppelt ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann zum Detektieren des Ausgangssignals eines der Kanäle eines Interferometers beispielsweise vom Mach-Zehnder-Typ, oder an den Ausgangskanälen einer optischen Schaltmatrix zur Steuerung einer negativen Rückkopplung der Einstellung der Elektrodenspannung im Hinblick auf beispielsweise das Ausgleichen des unerwünschten Triftes eingesetzt werden. Diese Anordnung ist ebenfalls einsetzbar beispielsweise zum Herstellen bistabiler optischer Anordnungen.
Eine Anordnung mit einem Photodetektor ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt und zwar aus dem Patent US 4 360 246, in dem eine GaAs-Halbleiteranordnung beschrieben wird, die einen Lichtwellenleiter mit Lichteinschlußmitteln sowie einen auf der Oberfläche des Leiters vorgesehenen Detektor aufweist.
Das Gebilde des Lichtwellenleiters weist eine für Strahlung im Wellenlängenbereich von 0,6-0,9 um transparente leitende Schicht auf, die zu diesem Zweck durch nicht-dotiertes ternäres Halbleitermaterial GaAlAs gebildet ist.
Die Einschlußmittel enthalten eine unterliegende Schicht mit einer niedrigeren Brechzahl als die der Wellenleiterschicht, aus einem ternären Halbleitermaterial GaAlAs, wobei Ga und Al eine andere Konzentration haben und wobei dieses Material nicht dotiert ist. Die Einschlußmittel weisen ebenfalls einen aus Oxid, aus dielektrischem Material oder aus Halbleitermaterial bestehenden Leitstreifen auf.
Nach dem genannten US Patent ist der Detektor ein FET-Phototransistor. Dieser ist gebildet durch eine Schicht aus Halbleitermaterial GaAs, das für Wellenlängen von 0,6-0,9 um absorbierend ist, wobei diese Schicht auf der Oberfläche des Wellenleiters vorgesehen ist. Dieses GaAs-Material ist ein hoch-n&spplus;-dotiertes Material zur Bildung des aktiven Gebietes des Transistors. Es sind außerdem ohmsche Source- und Drain-Kontakte vorgesehen, ebenso wie ggf. ein Gate-Kontakt, der fluchtend zum Lichtwellenleiter vorgesehen ist. Wenn der Phototransistor ein Gate hat, bildet dieses die Verstärkung.
Durch die relativen Brechzahlen der Wellenleiterschicht und der aktiven Schicht und durch den Absorptionskoeffizienten dieser letzteren, wird das in der Lichtwellenleiterschicht fortgepflanzte Licht durch die aktive Schicht des FET-Phototransistors hindurch gehen und das Funktionieren desselben beeinflussen.
Es ist auch eine andere Anordnung aus der UK-Patentschrift Nr. GB 2 105 868 bekannt. Dieses Dokument beschreibt eine Anordnung von 7 Schichten zum Demultiplexen einer Welle, die in einem aus einem n-leitenden Halbleitermaterial bestehenden Haupt-Lichtwellenleiter fortgepflanzt wird.
Die in dieser genannten GB Patentschrift beschriebene Anordnung enthält insbesondere einen auf der Oberseite des Haupt-Lichtwellenleiters vorgesehenen zungenförmigen Zwischenteil, der aus einem n-leitenden Halbleitermaterial besteht, das eine höhere Brechzahl aufweist als die des Haupt-Lichtwellenleiters und am Ende der genannten Zunge in bezug auf die Fortpflanzungsrichtung eine durch eine Schicht aus pleitenden Halbleitermaterial bestehende Photodiode, die eine niedrigere Brechzahl hat als die Zunge und für bestimmte Wellenlängen absorbierend ist.
Der erwünschte Demultiplex-Effekt wird erhalten, wenn zur Verwirklichung der jeweiligen Schichten der Struktur Materialien verwendet werden mit jeweils zunehmender Brechzahl und mit jeweils kleiner werdendem Bandabstand, der jeweils kleiner wird, wenn die andere größer wird in der gestapelten Struktur, so daß Wellen selektiert werden als Funktion ihrer Frequenz aus den Wellen des breiten Gebietes des Haupt-Wellenleiters, und zur Fortpflanzung in einzelnen vertikal gestapelten Schichten benutzt werden.
Auf diese Weise detektiert die Photodiode nicht eine bestimmte Lichtmenge in bezug auf die Leistung des in dem Haupt-Wellenleiter fortgepflanzten Lichtes, sondern einen Teil dieser Welle, der unterhalb einer durch die Bandabstände der jeweiligen unterliegenden Schichten und den der p-leitenden Diodenschicht bestimmt wird.
Die aus der genannten GB Patentschrift bekannte Anordnung weist ebenfalls, insbesondere zwischen den unteren Schichten, die den Haupt-Wellenleiter bilden, und der Zunge, die den Zwischen-Wellenleiter bildet, eine p-dotierte Absorptionsschicht auf. Diese Schicht sorgt dafür, daß die Wellen mit verschiedenen Frequenzen besser getrennt werden, denn diese Schicht absorbiert bestimmte Frequenzen der Wellen des Haupt-Wellenleiters. Da es zwischen der Zunge und dem Haupt- Wellenleiter keine direkte Kopplung gibt, sondern da die Kopplung eine Funktion der Breite des Bandabstandes und der Brechzahl des Materials der genannten Schicht p ist, haben diese Parameter einen Effekt auf die Koppellänge derjenigen Wellen, die in Richtung von dem Haupt-Wellenleiter zu der Zunge hin allmählich schwächer werden.
Die Photodiode der Anordnung nach dem Stand der Technik eignet sich nur zum Detektieren des Vorhandenseins von Wellen in bestimmten Wellenlängenbereichen.
Andererseits eignet sich die bekannte Anordnung nicht zum Durchführen einer Detektion in einem Gebiet des Substrats, das topologisch von dem Haupt-Wellenleiter entfernt ist.
Aus dem Stand der Technik, und zwar aus der Veröffentlichung von R.TROMER in "Electronics Letters 25th April 1985, Vol. 21, No. 9", mit dem Titel: "Monolithic InGaAs Photodiode Array illuminated through an integrated waveguide" ist eine andere Koppelanordnung bekannt. Dieses Dokument beschreibt eine oben auf einem phosphordotierten 100-orientierten 220 um dicken Indiumphosphid-Substrat vom n&spplus;-Typ vorgesehene Anordnung, wobei auf einer Oberfläche derselben ein integrierter Wellenleiter vorgesehen ist und wobei auf der anderen Oberfläche eine Indium-Gallium- Arsenid-(InGaAs)-PIN-Photodiode vorgesehen ist. Die Anordnung wird in zwei Schritten hergestellt. Der erste Schritt umfaßt die Fertigung der Photodiode mit Hilfe des Flüssigphase-Epitaxialwachsprozesses einer nicht-dotierten n-leitenden Indium- Gallium-Arsenid-(InGaAs)-Schicht mit einer Dicke von 3 um, die als aktive Schicht wirksam ist, wonach zwei dünne quartäre InGaAsP-Pufferschichten und eine nachfolgende Indium-Phosphid-(InP)-Deckschicht vorgesehen werden. Die Indiumphosphid- Deckschicht dient zum Schutz der Anordnung während des zweiten epitaxialen Wachsschrittes. Während dieses zweiten epitaxialen Schrittes wird der Wellenleiter auf der gegenüber liegenden Seite des Substrats vorgesehen und zwar mittels dreier Schichten, einer ersten Schicht Indiumphosphid (InP), einer zweiten Schicht InGaAsP (λg = 1,036 um) und einer dritten Schicht Indiumphosphid (InP). Das Licht wird in die Photodiode eingekoppelt und geht durch das ganze Substrat hindurch. Dazu wird über die Schichten, die den Wellenleiter bilden, unterhalb der Photodiode in einem anisotropen Ätzvorgang dieser Schichten eine Facette gebildet. Die Fertigung der Photodiode, die vom PLANAR-Typ ist, umfaßt weiterhin die Zinkatom-(Zn)-Diffusion mit einem Durchmesser von 100 um in der Indium-Gallium-Arsenid-(InGaAs)-Schicht, die äußere Oberflächenpassivierung durch eine Plasma-niedergeschlagene Si&sub3;N&sub4;-Schicht, und die Fertigung der p- und n-Kontakte durch Titan- und Gold-(Ti-Au)-Metallisierung.
Die in dem genannten Dokument beschriebene Anordnung weist gegenüber der vorliegenden Anmeldung zum Detektieren des Vorhandenseins des Signals viele Nachteile auf:
- erstens, der durch die Photodiode gebildete Detektor wird auf einer Oberfläche angeordnet, die anders ist als die Substratoberfläche, auf der der Wellenleiter angeordnet wird. Dies ist wegen der Ausrichtung des Substrats in beispielsweise einem Gehäuse oder auf jedem beliebigen anderen Trägerelement des Substrats;
- zweitens, die Tatsache, daß der Lichtstrahl durch das Substrat gehen muß, gestattet nicht die Verwendung sehr dicker, genormter halbisolierender Substrate in der Größenordnung von 330 um;
- drittens, das an der Platte reflektierte Licht wird nicht länger geleitet. Diese Anordnung verursacht Verluste, die mit der Dicke des Substrats zunehmen;
- viertens, die Tatsache, daß bei der bekannten Anordnung das reflektierte Licht nicht geleitet wird, verbietet die Aufstellung einer Anzahl Anordnungen nebeneinander. Unter diesen Umständen würde jede Anordnung einen Teil des für die benachbarten Anordnungen bestimmten Signals erhalten. Die bekannte Anordnung kann also nicht verwendet werden, beispielsweise zum Detektieren der Signale am Ausgang eines Demultiplexersystems, wobei dieser Ausgang durch viele Lichtwellenleiter gebildet wird, die Signale unterschiedlicher Wellenlängen transportieren, weil die Verwendung dieser Anordnung ein unerwünschtes Multiplexen dieser Signale herbeiführen würde;
- fünftens, das ganze von dem Lichtwellenleiter transportierte Signal muß dem Detektor übertragen werden. Dadurch wird vermieden, daß dieses Signal um diesen Detektionsvorgang herum benutzt wird, da die bekannte Anordnung nur einen einzigen Kanal hat. Folglich eignet sich diese Anordnung nicht zum Detektieren des einfachen Vorhandenseins eines Signals, beispielsweise, wenn diese Detektion ohne Anzapfung des ganzen Signals durchgeführt wird, wenn das Signal für einen anderen Vorgang bestimmt ist.
Aufgabe der Erfindung ist u. a. eine Anordnung zu schaffen, welche diese Nachteile nicht aufweist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe erfüllt durch eine Anordnung der eingangs beschriebenen Art, die das Kennzeichen aufweist, daß:
- der in der ersten transparenten Schicht C&sub1; gebildete Hauptleiter G&sub1; mit seitlichen Begrenzungsmitteln versehen ist um ein Hauptsignal mit einer ersten Intensität φ&sub1; zu transportieren,
- die zweite transparente Schicht C&sub2; unmittelbar auf der Oberfläche der ersten transparenten Schicht C&sub1; vorgesehen ist,
- der Zwischenleiter G&sub2; durch direkte vertikale Kopplung mit dem Hauptleiter G&sub1; gekoppelt ist, und daß die Länge der Kopplung L&sub1; derart ist, daß die als zweite Intensität bezeichnete Intensität φ&sub2; des vom Hauptleiter G&sub1; gelieferten und vom Zwischenleiter G&sub2; empfangenen Signals gegenüber der genannten ersten Intensität φ&sub1; des über den Hauptleiter G&sub1; transportierten Signals geringer ist,
- die Länge der Kopplung L&sub2; derart ist, daß die Intensität des vom Zwischenleiter G&sub2; gelieferten und vom Detektor empfangenen Signals der Gesamtheit der zweiten geringen Intensität φ&sub2; des über den genannten Zwischenleiter transportierten Signals,
- der Hauptleiter G&sub1; auf der anderen Seite des Kopplungsgebietes mit dem Zwischenleiter mit seitlichen Begrenzungsmitteln fortgesetzt ist um jenseits dieses Kopplungsgebietes den Transport des Hauptsignals mit einer Intensität fortzusetzen, die der ersten Intensität φ&sub1; nahezu entspricht.
Diese Anordnung kann das Kennzeichen aufweisen, daß der Zwischenleiter G&sub2; mit Reflexionsmitteln versehen ist um den Strahl φ&sub1;, den er in einer Richtung transportiert, die anders ist als die Richtung der Achse des Hauptleiters G&sub1;, abzulenken und diesen abgelenkten Strahl in Richtung des dann in einer verlängerten Zone des Substrats des Hauptleiters G&sub1; vorgesehenen Photodetektors zu transportieren.
Die erfindungsgemäße Anordnung bietet also u. a. die nachfolgenden Vorteile:
- der (die) Wellenleiter wird (werden) auf derselben Substratoberfläche wie der Photodetektor angeordnet, was das Einkapseln erleichtert und ebenfalls die synergistische Fertigung mit anderen zugeordneten Halbleiteranordnungen; das Substrat kann eine Standarddicke haben;
- das Licht wird immer geleitet, wodurch es möglich ist, erfindungsgemäße Anordnungen auf der Oberfläche benachbarter Lichtwellenleiter anzuordnen ohne daß dabei die Gefahr vor unerwünschten Multiplexeffekten entsteht;
- die vom Photodetektor abgefangene Lichtmenge ist eine Funktion der Koppellänge, folglich: diese Lichtmenge kann klein genug sein um die Wirkung einer Anordnung zum Verarbeiten des vom Lichtwellenleiter transportierten Signals nicht zu beeinträchtigen;
- die vom Photodetektor abgefangene Lichtmenge liefert genügend Information beispielsweise zum Herbeiführen einer negativen Rückkopplung zur Einstellung auf dem Lichtwellenleiter vorgesehener Polarisationselektroden;
Die erfindungsgemäße Anordnung kann gewünschtenfalls als Schaltsystem benutzt werden.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nun weiter anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer nicht beanspruchten Koppelanordnung, worunter:
Fig. 1a eine schematische Draufsicht einer Ausführungsform einer unmittelbar mit einem Lichtwellenleiter gekoppelten Anordnung,
Fig. 1b einen Schnitt durch diese Anordnung gemäß der Linie II' in Fig. 1a;
Fig. 1c einen Schnitt durch diese Anordnung gemäß der Linie JJ' in Fig. 1a;
Fig. 1d einen Schnitt durch diese Anordnung gemäß der Linie KK' in Fig. 1a;
Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung,
worunter:
Fig. 2a eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Anordnung, die mittels eines Zwischen-Wellenleiters mit einem Lichtwellenleiter gekoppelt ist;
Fig. 2b einen Schnitt durch diese Anordnung gemäß der Linie II' in Fig. 2a;
Fig. 2c einen Schnitt durch diese Anordnung gemäß der Linie JJ' in Fig. 2a;
Fig. 2d einen Schnitt durch diese Anordnung gemäß der Linie KK' in Fig. 2a;
Fig. 3a die Abwandlungen als Funktion der Wellenlänge λ, der betreffenden Brechzahlen n&sub1;, n&sub2;, n&sub3; der binären Verbindung InP-n&supmin; (Kurve IA), der quartären Verbindung GaxIn1-x, AsyP1-y, wobei y 0.2 (Kurve IIA) und der quartären Verbindung GaxI1-x, AxyP1-y, wobei y 0.7 (Kurve IIIA);
Fig. 3b die Abwandlungen als Funktion der Wellenlänge λ, der Absorptionskoeffizienten α der binären Verbindung InP-n&supmin; (Kurve IB), der quartären Verbindung (GaxIn1-x, ASyP1-y), wobei y 0.2 (Kurve IIB) und der quartären Verbindung (GaxI1-x, AsyP1-y), wobei y 0.7 (Kurve IIIB);
Fig. 4a eine Darstellung eines integrierten Interferometers vom Mach- Zehnder-Typ mit einer erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 4b bis 4f einer Darstellung der Signalfolge in diesem Interferometer entweder als Schwankungen der Spannung oder der Intensität;
Fig. 5 eine integrierte Demultiplexer-Anordnung mit erfindungsgemäßen Anordnungen;
Fig. 6a und 6b die Kurven gleicher Intensität in Abschnitten der erfindungsgemäßen Anordnung nach Fig. 2c ganz am Anfang der Kopplung und nach einem bestimmten Koppelabstand.
Wie in Fig. 1a schematisch dargestellt mittels einer Draufsicht einer Ausführungsform, ist die erfindungsgemäße Kopplungsanordnung an einem Ende mit einem Lichtwellenleiter G&sub1; und am anderen Ende mit einem Photodetektor D verbunden.
Fig. 1b zeigt einen Schnitt gemäß der Linie II' in Fig. 1a. Wie in Fig. 1b schematisch dargestellt, weist diese Anordnung an erster Stelle eine Begrenzungsschicht C&sub0; auf einer der Oberflächen eines Halbleitersubstrats S einer Zusammensetzung III-V mit einem kompatiblen kristallinen Gitter und mit einer Brechzahl n&sub0; auf.
Auf dieser Begrenzungsschicht C&sub0; ist eine Schicht C&sub1; aus einer Halbleiterverbindung der Gruppe III-V mit einem zu dem vorhergehenden Schichten kompatiblen kristallinen Gitter und einer Brechzahl
n&sub1; > n&sub0;
In dieser Schicht C&sub1; mit einer Brechzahl n&sub1; wird ein Streifen gebildet, der einen Lichtwellenleiter bildet, beispielsweise in einem noch näher zu beschreibenden Niederschlagprozeß. Dazu wird das Material für die Schicht C&sub1; aus den transparenten Verbindungen selektiert in einem Band von Wellenlängen, beispielsweise gewählt für die in der Telekommunikation verwendeten Wellenlängen, und zwar wie folgt:
λ&sub1; = 1.3 um
oder
λ&sub2; = 1.55 um.
Fig. 1c ist ein Schnitt gemäß der Linie JJ' durch die Anordnung nach Fig. 1a. Wie auf schematische Weise in Fig. 1c dargestellt, weist diese Anordnung eine Schicht C&sub3; auf aus einer Halbleiterverbindung der Gruppe III-V, die oben auf der Schicht C&sub1; niedergeschlagen ist, mit einem zu dem vorhergehenden Schichten kompatiblen kristallinen Gitter und einer Brechzahl
n&sub3; > n&sub1; > 0.
In dieser Deckschicht C&sub3; ist ein Photodetektor D, beispielsweise in einem noch näher zu beschreibenden Niederschlagprozeß, gebildet. Dazu wird das Material, das die C&sub3;-Schicht bildet, selektiert aus den Absorptionsverbindungen in dem gewählten wirksamen Wellenlängenbereich.
Der auf der Schicht C&sub3; vorgesehene Photodetektor wird auf der Oberfläche des Wellenleiters G&sub1; niedergeschlagen und damit parallel zu der Achse über eine Koppellänge L&sub2; gekoppelt.
Unter Berücksichtigung der verschiedenen Brechzahlen der Materialien dieser Anordnung wird ein in den Lichtwellenleiter G&sub1; eingekoppeltes Signal Φ&sub1; zu einem Teil Φ&sub2;, der eine Funktion der Koppellänge L&sub2; und der Brechzahlen ist, in das Absorptionsmedium C&sub3; eintreten. Auf diese Weise wird, entsprechend der gewählten Koppellänge für die Materialien mit den gegebenen Brechzahlen, der Prozentsatz des von dem Photodetektor D empfangenen Signals Φ von vier zu nahezu hundert Prozent variieren.
Fig. 1d ist ein Schnitt gemäß der Linie KK' durch die Anordnung nach Fig. 1a. Weiterhin weist der Photodetektor eine Schicht C&sub4; auf zum Bilden beispielsweise eines pn-Übergangs zusammen mit der Schicht C&sub3;, und Elektroden E&sub1; und E&sub2;.
Unter diesen Umständen kann die erfindungsgemäße Anordnung in dem Fall, wo ein kleiner Signalteil Φ&sub2; abgegriffen wird, zum Detektieren des Vorhandenseins des Signals benutzt werden, wenn das Signal Φ&sub1; an sich von dem Wellenleiter G&sub1; zu einer, weil keinen Teil der Erfindung bildenden, an dieser Stelle weder dargestellten noch beschriebenen Verarbeitungsanordnung transportiert wird. In dem Fall schafft die erfindungsgemäße Anordnung zwei zum Gebrauch geeignete optische Kanäle; wobei der erste Kanal das Hauptsignal Φ&sub1; in dem Wellenleiter G&sub1;, der nachstehend als Haupt- Wellenleiter bezeichnet wird, und der zweite Kanal einen Teil Φ&sub2; des Signals zum Detektieren transportiert.
In beiden Fällen, d. h. in dem Fall nur eines einzigen Kanals oder in dem Fall zweier Kanäle, bietet aber diese Anordnung wesentliche Vorteile im Vergleich zu der bekannten Anordnung, wie dies bereits dargelegt wurde:
- der Wellenleiter sowie der Detektor sind auf derselben Fläche des Substrats angebracht;
- das Licht geht nicht durch das Substrat hindurch;
- das Licht wird immer geleitet.
Wie in Fig. 2 in Draufsicht schematisch dargestellt, ist in einer Abwandlung der Erfindung die Kopplungsanordnung einerseits mit einem als Zwischen- Wellenleiter bezeichneten Wellenleiter G&sub2; und andererseits mit einem Photodetektor D verbunden. Der Zwischen-Wellenleiter G&sub2; an sich ist parallel zu seiner Achse über eine Länge L&sub1;, die als Koppellänge bezeichnet wird, mit dem Haupt-Wellenleiter G&sub1; verbunden, der ein Signal in einem Bereich der Wellenlängen transportiert, die wie folgt selektiert sind:
λ&sub1; = 1.3 um
oder
λ&sub2; = 1.55 um
und zwar entsprechend den im Telekommunikationsbereich angewandten Normen.
Fig. 2b ist ein Schnitt gemäß der Linie II' durch die in Fig. 2a dargestellte Anordnung. In diesem Gebiet weist die Anordnung Schichten auf, welche dieselben Merkmale aufweisen wie die aus Fig. 1b.
Fig. 2c ist ein Schnitt gemäß der Linie JJ' durch die in Fig. 2a dargestellte Anordnung. Wie in Fig. 2c auf schematische Weise dargestellt, weist diese Anordnung oben auf der Schicht C&sub1; eine Schicht C&sub2; einer Gruppe III-V Halbleitermaterial mit einer kristallinen Gitterstruktur, die kompatibel ist zu den vorhergehenden Schichten, und mit der nachfolgenden Brechzahl auf:
n&sub2; > n&sub1; > n&sub0;.
In dieser Schicht C&sub2; wird der als Zwischen-Wellenleiter bezeichnete Wellenleiter G&sub2; gebildet, beispielsweise in einem nachher noch zu beschreibenden Niederschlagprozeß. Dazu wird das die Schicht C&sub2; bildende Material selektiert aus den transparenten Verbindungen in dem gewählten Bereich der Betriebswellenlängen.
Fig. 2d zeigt einen Schnitt gemäß der Linie KK' durch die Anordnung nach Fig. 2a. Wie in Fig. 2d schematisch dargestellt, weist diese Anordnung weiterhin eine Schicht C&sub3; auf, die oben auf der Schicht C&sub2; angebracht ist, aus einer Gruppe III-V Halbleitermaterial, das zu den vorhergehenden Schichten kompatibel ist und mit der nachfolgenden Brechzahl:
n&sub3; > n&sub2; > n&sub1; > n&sub0;.
In dieser Deckschicht C&sub3; wird, wie oben erwähnt, der Photodetektor D gebildet. Das Material, das die Schicht C&sub3; bildet, wird also aus den absorbierenden Verbindungen in dem gewählten Bereich von Wellenlängen gewählt. Der auf der Schicht C&sub3; angebrachte Photodetektor wird auf der Oberfläche des Zwischen-Wellenleiters G&sub2; niedergeschlagen und parallel zu der Achse über eine Koppellänge L&sub2; mit demselben gekoppelt.
Unter Berücksichtigung der verschiedenen Brechzahlen der in dieser Anordnung vorhandenen Materialien wird ein in den Haupt-Wellenleiter G&sub1; eingekoppeltes Signal Φ&sub1; über einen Teil Φ&sub2;, der eine Funktion der Koppellänge L&sub1; ist, in den Zwischen-Wellenleiter G&sub2; eintreten. Der Prozentsatz des Signals Φ&sub2;, der von dem Zwischen-Wellenleiter G&sub2; empfangen wird, kann von einigen Prozent bis zu Hundert Prozent variieren.
Aber, die größte Bedeutung dieser Ausführungsform liegt in der Möglichkeit, daß nur ein kleiner Teil Φ&sub2; des Signals Φ&sub1; entnommen werden kann, daß dieser Teil Φ&sub2; von dem Zwischen-Wellenleiter G&sub2; in Richtung des Photodetektors transportiert wird und die Koppellänge L&sub2; zwischen dem Photodetektor D und dem Zwischen- Wellenleiter G&sub2; derart gewählt worden ist, daß das ganze Signal Φ&sub2; durch den Photodetektor hindurchgeht.
Diese Ausführungsform ist insbesondere interessant zum Transportieren des Teils Φ&sub2; des Signals Φ&sub1; in eine Zone des Substrats, die von dem Haupt-Wellenleiter G&sub1; entfernt ist und in dem der Photodetektor D gebildet ist. Die erfindungsgemäße Anordnung bietet auf diese Weise außer den bereits genannten Vorteilen den Vorteil gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung, daß das Signal Φ&sub1; für den Zweck, für den es ursprünglich gemeint war, verfügbar bleibt, im allgemeinen zur Übertragung codierter Information.
Dazu wird, wie oben erwähnt, der Zwischen-Wellenleiter G&sub2; zunächst mit dem Haupt-Wellenleiter G&sub1; und zwar über eine Länge L&sub1; wie in Fig. 2a dargestellt. Aber dieser Zwischen-Wellenleiter G&sub1; weist am Ende der Koppellänge L&sub1; eine Reflexionsfacette M&sub1; auf zum Reflektieren des Lichtstrahles Φ&sub2; zum Photodetektor D in einer Richtung, die von der axialen Richtung des Haupt-Wellenleiters G&sub1; abweicht.
Der Zwischen-Wellenleiter G&sub2; kann ggf. mehrere Reflexionsfacetten aufweisen zum Reflektieren des Lichtstrahles Φ&sub2; über eine komplexe Strecke zum Photodetektor D.
Wie im Schnitt nach Fig. 2d dargestellt, ist oben auf der Absorptionsschicht C&sub3; eine Schicht C&sub4; gebildet zum Verwirklichen des Photodetektors D, damit mit dieser Absorptionsschicht C&sub3; ein pn-Übergang gebildet wird, und diese Schichten haben Elektroden E&sub1; und E&sub2;.
Zur Steigerung des Wirkungsgrades der durch die Kopplung des Zwischen-Wellenleiters G&sub2; und des Photodetektors D gebildeten Anordnung kann bei dieser Abwandlung der Erfindung der Zwischen-Wellenleiter G&sub2; an seinem Ende eine Reflexionsfacette M&sub2; aufweisen, die den Lichtstrom Φ&sub2; in Richtung der Absorptionsschicht C&sub3; reflektiert.
In einer Ausführungsform der Erfindung und einer Abwandlung derselben ist das Substrat S eine binäre AIII-BV-Verbindung, wobei A das Indiumelement (In) und B das Phosphorelement (P) ist, die das Indiumphosphid (InP) bilden. Das Substrat kann mit Fe-Ionendotierung halbisolierend bleiben.
Bei dieser Ausführungsform ist die Begrenzungsschicht C&sub0; eine AIII-BV n&spplus; Verbindung, die aus Indiumphosphid (InP) bestehen kann, das einige 10¹&sup8; Verunreinigungen je cm³ enthalten kann, und die Schicht C&sub1;, die den Haupt-Wellenleiter G&sub1; bildet, ist eine AIII-BV n&supmin; Verbindung, die aus absichtlich nicht dotiertem Indiumphosphid (InP) bestehen kann. Dieses Material ist also für die untenstehende Wellenlänge transparent:
λ&sub1; = 1.3 um
wie durch die Kurve IB nach Fig. 3b dargestellt wird, welche die Absorptionskoeffizienten α als Funktion der Wellenlänge λ gibt. Andererseits weist dieses Material die in Fig. 3a durch die Kurve IA angegebene Brechzahl auf, als Funktion der Wellenlänge λ mit einem Wert n&sub1; für die Wellenlänge
λ&sub1; 1.3 um.
Das Material, das die Absorptionsschicht C&sub3; bildet, kann auf vorteilhafte Weise eine ternäre (AIIIXIII, XV) Verbindung sein, in der A Indium (In), X Gallium (Ga) und Y Arsen (As) ist, d. h. GaInAs. Dieses Material kann ebenfalls auf vorteilhafte Weise aus quartären Verbindungen der Formel (AIIIXIII, BVYV) zusammengesetzt werden, wobei A Indium (In), X Gallium (Ga), Y Arsen (As) und B Phosphor (P) ist und die Verbindung (GaxIn1-x, AsyP1-y) wobei die y-Konzentration von der Größenordnung von 0,7 oder mehr ist. Die Kurve IIIA in Fig. 3a, welche die Variationen der Brechzahl dieser quartären Verbindung als Funktion der Wellenlänge zeigt, zeigt, daß mit λ&sub1; = 1,3 um diese Brechzahl n&sub3; wesentlich höher ist als die Brechzahl n&sub1; des Wellenleiters G&sub1;. Andererseits zeigt die Kurve IIIB nach Fig. 3b, die den Absorptionskoeffizienten α dieser Verbindung als Funktion der Wellenlänge zeigt, daß mit λ&sub1; = 1,3 um diese Verbindung eine Absorption aufweist, die groß genug ist zum Durchführen der Detektionsfunktion.
Weiterhin läßt sich den Kurven nach den Fig. 3a und 3b entnehmen, daß die Brechzahl der ternären GaInAs-Verbindung höher sein wird als die Brechzahl der quartären Verbindung GaxIn1-xAsyP1-y, wobei y ≥ 0,7 ist und daß die Absorption der genannten ternären Verbindung höher sein wird als die der genannten quartären Verbindung. Auch läßt sich daraus folgern, daß die quartären Verbindungen der Formel GaxIn1-xAsyP1-y, wobei 0,7 < y ≤ 1 ist, Brechzahlen und Absorptionskoeffizienten herbeiführen werden, deren Werte zwischen denen der genannten ternären Verbindung und denen der genannten quartären Verbindung liegen. Dadurch ist es möglich, einen Satz von Verbindungen zu definieren, die auf vorteilhafte Weise verwendet werden können zum Bilden der Absorptionsschicht C&sub3; zum Verwirklichen des Detektors D. Das Material, aus dem die transparente Schicht C&sub2; besteht, zum Bilden des Zwischen-Wellenleiters G&sub2; kann auf vorteilhafte Weise eine quartäre Verbindung AIIIXIII, BVYV) sein, in der A Indium (In), X Gallium (Ga), Y Arsen (As) und B Phosphor (P) ist mit der Zusammensetzung (GaxIn1-x, AsyP1-y) ist, wobei die y- Konzentration von der Größenordnung von 0,2 ist. Die Kurve IIA nach Fig. 3a, welche die Abwandlungen der Brechzahl dieser quartären Verbindung darstellt, zeigt, daß für die Wellenlänge λ&sub1; = 1,3 um die Brechzahl n&sub2; derart ist, daß:
n&sub1; < n&sub2; < n&sub3; ist.
Andererseits zeigt die Kurve IIB nach Fig. 3b, welche die Abwandlungen des Absorptionskoeffizienten dieser quartären Verbindung darstellt, daß diese Verbindung für die Wellenlänge λ = 1,3 um transparent ist.
Aus den Kurven nach den Fig. 3a und 3b läßt sich weiterhin schließen, daß andere quartären Verbindungen zum Bilden der transparenten Schicht C&sub2; gewählt werden können, wenn für Y = 0,2 gewählt wird, aber derart, daß die Beziehung:
n&sub1; < n&sub2; < n&sub3;
für die Brechzahlen erfüllt wird und daß die Absorptionskoeffizienten einem für die selektierte Betriebs-Wellenlänge transparenten Gebiet entsprechen. Die nachfolgende Beziehung kann, beispielsweise erzielt werden: 0,1 ≤ y < 0,7. Wenn zum Schluß die andere Wellenlängennorm λ&sub2; = 1,55 um angewandt werden muß, ermöglichen die Kurven nach Fig. 3 eine Selektion der Verbindungen einer Formel, angepaßt an die genannten Anforderungen zum Bilden der Schichten C&sub1;, C&sub2;, C&sub3;.
Die Schicht C&sub4; zum Bilden eines pn-Übergangs mit der Schicht C&sub3; zum Verwirklichen des Photodetektors D, kann auf vorteilhafte Weise durch Ionendiffusion wie Zn oder Cd in eine Zone der C&sub3;-Schicht auf deren Oberfläche eine Elektrode vorgesehen wird mit einem Kontakt E&sub1; durch Anwendung aller bisher bekannter Mittel, beispielsweise mit Hilfe einer Mehrfachschicht Ti-Pt-Au. Die Wirkung des Photodetektors erfordert eine zweite Elektrode E&sub2;, die in einer Zone gefertigt werden kann, in der die Schicht C&sub0; sichtbar wird, indem diese Zone beispielsweise durch Abätzung der Deckschichten freigelegt wird, und auf der beispielsweise eine Mehrfachschicht Au-Ge- Ni angebracht wird.
Es ist ebenfalls möglich, die erfindungsgemäße Anordnung unmittelbar auf einem Substrat anzubringen, dessen Zusammensetzung der für die Begrenzungsschicht C&sub0; beschriebenen Zusammensetzung entspricht. In dem Fall ist es möglich, den zweiten Kontakt E&sub2; des Detektors auf der Rückfläche des Substrats anzubringen.

Erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Zum Gebrauch dieses ersten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung wird die erfindungsgemäße Anordnung in denjenigen Fällen verwendet, in denen die Koppellängen derart sind, daß nur ein geringfügiger Teil des Signals im Photodetektor D erhalten wird, während der größere Teil des Signals in dem Wellenleiter G&sub1; weiter fortgepflanzt wird.
Diese erste Anwendung der Erfindung ist in Fig. 4a dargestellt. Diese Fig. 4a zeigt ein Interferometer vom Mach-Zehnder-Typ, das entsprechend einer in der Europäischen Patentschrift Nr. 0 179 507 beschriebenen Technik vollständig und monolithisch auf einem kristallinen Halbleitersubstrat S integriert ist. Dieses Interferometer weist einen Lichtwellenleiter GEE auf, in den ein monochromes Lichtsignal ΦE mit einer Wellenlänge von beispielsweise λ&sub1; = 1,33 um injiziert wird.
Dieser Lichtstrahl Φ&sub2; stößt auf eine halbreflektierende Platte M&sub1;&sub0;, die diesen Lichtstrahl Φ&sub2; in zwei Strahlen gleicher Amplitude Φ&sub1;&sub1; und Φ&sub1;&sub2; aufteilt. Bevor die Strahlen Φ&sub1;&sub1; und Φ&sub1;&sub2; durch die halbreflektierende Platte M&sub2;&sub0; wieder kombiniert werden, ist die in den Zweigen B&sub1;&sub1; und B&sub1;&sub2; durch Φ&sub1;&sub1; und Φ&sub1;&sub2; zurückgelegte optische Strecke dieselbe. Diese Strecken in den Zweigen B&sub1;&sub1; und B&sub1;&sub2; werden einer Reflexion an einem total reflektierenden Spiegel M&sub1;&sub1; bzw. M&sub1;&sub2; ausgesetzt, auch aber dem Effekt eines elektrischen Feldes durch ein der zwei Elektroden K&sub1;&sub1; oder K&sub1;&sub2;, wobei zu diesem Zweck zwischen einer dieser Elektroden, beispielsweise K&sub1;&sub2; und einer Erdungselektrode, beispielsweise auf dem Substrat, eine Potentialdifferenz zugeführt wird und wobei die andere Elektrode, beispielsweise K&sub1;&sub1;, nur zum Symmetrisieren der Anordnung vorgesehen und folglich mit Erde verbunden ist.
Fig. 4b zeigt die Schwankungen der der Elektrode K&sub1;&sub2; zugeführten Spannung V&sub1; als Funktion der Zeit t. Fig. 4c zeigt die Schwankungen der optischen Intensität IQ als Funktion der Zeit, wobei diese Schwankungen durch die Schwankungen der Spannung V&sub1; eingeführt werden.
Fig. 4d zeigt die Form des Signals Q, das den Lichtstrahl Φ&sub1; in dem Ausgangszweig G&sub1; codiert, wobei das Signal Q das Komplement des Signals Q ist, das den Lichtstrahl Φ'&sub1; in dem Ausgangszweig G'&sub1; codiert. Fig. 4e zeigt die Schwankungen der optischen Intensität IQ der Signale Q und Q in den Ausgangszweigen G&sub1; und G'&sub1; als Funktion der Phasendrehung ΔΦ. Zum Schluß zeigt Fig. 4f die Schwankungen des Absorptionskoeffizienten
TE=Imax/IE = I(Q)/I(Q)
als Funktion des Phasendrehungsfehlers δΦ zwischen IQ und IQ
Der Vergleich der Fig. 4e und 4f zeigt, daß wenn zwischen IQ und IQ eine geringfügige zusätzliche Phasendrehung δΦ auftritt, die theoretisch entgegengesetzte Phasen aufweisen müßten, der Absorptionskoeffizient TE sehr schnell abnimmt und im wesentlichen wird es nicht länger möglich sein, daß es Absorption gibt. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß die Elektroden K&sub1;&sub1; oder K&sub1;&sub2; beispielsweise Polarisationsspannungen als Funktion von Temperaturschwankungen ableiten.
Wenn eine erfindungsgemäße Anordnung in einen der Ausgangszweige des Interferometers eingefügt wird, kann darin detektiert werden, ob es darin Absorption gibt oder nicht, oder auf einfachere Weise, ob ein Maximum erreicht wird oder nicht und mittels einer (nicht dargestellten) Anordnung 10 kann der Wert der Spannung(en) an der (den) Elektrode(n) K&sub1;&sub1; (und K&sub1;&sub2;) korrigiert werden.

Zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung

Aus dem Stand der Technik, und zwar aus der Veröffentlichung durch Alain CARENCO in EIE (21, rue d'Assas, Paris), ist ein bistabiles optisches Element bekannt mit zwei auf einem Halbleitersubstrat integrierten und seitlich mittels Elektroden gekoppelten Lichtwellenleitern sowie mit einem nicht integrierten Signaldetektor.
Eine Verbesserung dieses bistabilen Elementes läßt sich dadurch erhalten, wenn der Detektor erfindungsgemäß gefertigt wird.

Drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung

Die erfindungsgemäße Anordnung ist verwendbar in denjenigen Fällen, in denen die Koppellängen derart sind, daß das ganze Eingangssignal vom Detektor empfangen wird, daß demultiplexte Signale nicht vertikal sondern horizontal von dem Wellenleiterausgang angezapft werden.
Diese Anwendung ist in Fig. 5 dargestellt. Diese Fig. 5 zeigt in Draufsicht monolithisch integriert auf einem Halbleitersubstrat zwei oder mehrere Wellenleiter G¹&sub1;, G²&sub1; usw., die je monochrome Lichtstrahlen mit der Wellenlänge λ&sub1; bzw. λ&sub2; usw. transportieren.
Diese Lichtstrahlen können von einem einzigen Eingangs-Wellenleiter GE herrühren, der ein multiplextes Signal ΦE transportiert, das demultiplext werden kann, weil die Signale mit den Wellenlängen λ&sub1;, λ&sub2; usw. durch Kopplung auf selektive Weise durch die jeweiligen Wellenleiter G¹&sub1; bzw. G²&sub1; gehen, und weil die Brechzahl der Wellenleiter G&sub1;, G&sub2; genau zur Förderung der Fortpflanzung mit diesen Wellenlängen ausgelegt sind.
Durch die Integration einerseits und die selektive Kopplung andererseits befinden sich die Wellenleiter G¹&sub1;, G²&sub1; nahe beieinander auf dem Substrat. Photodetektoren D&sub1;, D&sub2; usw., die erfindungsgemäß auf den Wellenleitern G¹&sub1;, G²&sub1; vorgesehen sind, ermöglichen eine Detektion der betreffenden transportierten Signale ohne die Gefahr von erneuertem Multiplexen.
Dieses Ergebnis hätte nicht mit Hilfe der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung erreicht werden können, weil ein neues Multiplexen der Signale zwischen den Wellenleitern und den Detektoren auftreten würde beim Durchgang durch das Substrat, einfach weil die Signale nicht länger geleitet werden beim Durchgang durch das Substrat.

Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Anordnung

Ein günstiges erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren wird nachstehend als Beispiel vollständig beschrieben.
Dieses Verfahren umfaßt die nachfolgenden Verfahrensschritte: das epitaxiale Anwachsen aus der Dampf-Phase (VPE) oder das epitaxiale Anwachsen aus der Flüssigkeits-Phase (LPE), wobei das erste Verfahren jedoch bevorzugt wird.
Die erste Schicht C&sub0;, die Begrenzungsschicht, wird auf einem monokristallin orientierten Substrat S niedergeschlagen. Danach wird in der Schicht C&sub0; in einem anisotropen Ätzverfahren eine Rille 1 vorgesehen, so daß diese Rille durch Kristallfacetten gebildete Längsseitenwände aufweist (Fig. 1b und 2b).
Danach wird die Schicht C&sub1; auf der Schicht C&sub0; niedergeschlagen, vorzugsweise in einem VPE-Wachsverfahren. Die Zuwachsrate auf den Längsseiten der Rille kann bei diesem Verfahren höher sein als die oben auf der Oberfläche der Schicht C&sub0;. Deswegen wird, durch das VPE-Anwachsen, die obere Fläche der Schicht C&sub1; vom PLANAR-Typ. Ein derartiges Ergebnis könnte auf kompliziertere Art und Weise mit den als MOVPE oder MBE bezeichneten Anwachsverfahren erzielt werden, bei denen meistens Schichten einer einheitlichen Dicke gebildet werden, während es dabei nicht möglich ist, in einer Rille eine PLANAR-Struktur zu erhalten. Die auf diese Weise durch die Schicht C&sub1; gefüllten Rillen bilden die Wellenleiter G&sub1;
Danach werden in der Öffnung der geeigneten Masken durch örtliches epitaxiales Anwachsen die Wellenleiter G&sub2; hergestellt. Die Wellenleiter G&sub2; wachsen in Form von Streifen, die auf der Schicht C&sub1; emporragen und durch kristallographische Facetten gebildete Längsseiten aufweisen. Durch dieses Verfahren ist es möglich, auf dieselbe Art und Weise durch kristallographische Facetten gebildete Spiegel M&sub1; zu erhalten.
Zum Schluß werden in der Öffnung der geeigneten Masken die Detektoren D hergestellt und zwar durch örtliches epitaxiales Anwachsen auf den Wellenleitern G&sub1; oder G&sub2;, wobei die Längs- und Endseiten durch kristallographische Facetten gebildet werden. Durch dieses Verfahren ist es möglich, auf dieselbe Art und Weise durch kristallographische Facetten gebildete Spiegel M&sub2; herzustellen.
Die Schichten C&sub4; und die Elektroden E&sub1; und E&sub2; werden auf eine aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise hergestellt.
Durch dieses Herstellungsverfahren, das anisotropes Ätzen und örtliche Epitaxie umfaßt, wird das Licht sehr gut in den Wellenleitern und in den Detektoren begrenzt und die Verluste werden möglichst niedrig gehalten, während diese Verluste gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung verringert worden sind, und zwar wegen der Tatsache, daß das Licht immer geleitet wird.
Die Fig. 6a und 6b zeigen die Fortpflanzung des Lichtes in der erfindungsgemäßen Anordnung.
Fig. 6a zeigt die Kurven gleicher Intensität in der in Fig. 1c oder 2c im Schnitt dargestellten Anordnung ganz im Anfang der Kopplung, wodurch die Lage des Lichtes in dem Wellenleiter G&sub1; beurteilt werden kann.
Fig. 6b zeigt die Kurven gleicher Intensität in der in Fig. 1c oder 2c im Schnitt dargestellten Anordnung nach einer bestimmten Koppelstrecke und diese Kurven ermöglichen es, die Lage des Lichtes zu beurteilen, das dem Detektor D oder dem Wellenleiter G&sub2; durch Kopplung des Wellenleiters G&sub1; zugeführt wird.
Weiterhin sei bemerkt, daß die erfindungsgemäße Anordnung ebenfalls in einem Verfahren hergestellt werden kann, bei dem nicht-örtliches epitaxiales Anwachsen mit nachfolgendem selektivem Ätzen in den Maskenöffnungen geeigneter Form angewandt wird. Eine derartige Technik dürfte dem Fachmann bekannt sein.
Zum Schluß kann bei diesem letzteren Herstellungsverfahren, wenn das Substrat aus einer Verbindung besteht, die derjenigen entspricht, die für die Begrenzungsschicht C&sub0; empfohlen wurde, die Anordnung nach Fig. 1 in einem einzigen Epitaxialschritt verwirklicht werden.

Claims

1. Integrierte Halbleiteranordnung in Form einer Kopplungsanordnung zwischen einem Photodetektor D und einem Lichtwellenleiter, wobei der Photodetektor in einem gegebenen Wellenlängenbereich funktioniert und wobei diese Anordnung auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats einer Zusammensetzung III-V Schichten der Zusammensetzung III-V aufweist, worunter:

- eine Begrenzungsschicht C&sub0; mit der Brechzahl n&sub0;,

- eine Schicht C&sub1;, die für den genannten Wellenlängenbereich transparent ist und als erste transparente Schicht bezeichnet wird, die auf der Oberfläche der Begrenzungsschicht C&sub0; vorgesehen ist und die eine Brechzahl n&sub1; aufweist, die höher ist als die Brechzahl n&sub0; der Begrenzungsschicht C&sub1;, in der ein Leiter G&sub1; vorgesehen ist, der als Hauptleiter bezeichnet wird,

- eine Schicht C&sub2;, die für den genannten Wellenlängenbereich transparent ist und als zweite transparente Schicht bezeichnet wird, die eine Brechzahl N&sub2; aufweist, die höher ist als die Brechzahl n&sub1; der ersten transparenten Schicht, wobei in der Schicht C&sub2; ein Leiter G&sub2; vorgesehen ist, der als Zwischenleiter bezeichnet wird und über eine Länge L&sub1;, die als Kopplungslänge bezeichnet wird, mit dem Hauptleiter gekoppelt ist,

- eine Schicht C&sub3;, die für den genannten Wellenlängenbereich als absorbierend bezeichnet wird und unmittelbar auf der zweiten transparenten Schicht vorgesehen ist und eine Brechzahl n&sub3; aufweist, die höher ist als die Brechzahl n&sub2; der zweiten transparenten Schicht und die mit einer Schicht C&sub4; bedeckt ist, wobei die Schichten C&sub3; und C&sub4; entgegengesetzte Leitungstypen aufweisen und einen p-n-Übergang bilden, der das Photodetektorelement D bildet, das durch vertikale Kopplung über eine Koppellänge L&sub2; direkt mit dem Zwischenleiter G&sub2; gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- der in der ersten transparenten Schicht C&sub1; gebildete Hauptleiter G&sub1; mit seitlichen Begrenzungsmitteln versehen ist um ein Hauptsignal mit einer ersten Intensität φ&sub1; zu transportieren,

- die zweite transparente Schicht C&sub2; unmittelbar auf der Oberfläche der ersten transparenten Schicht C&sub1; vorgesehen ist,

- der Zwischenleiter G&sub2; durch direkte vertikale Kopplung mit dem Hauptleiter G&sub1; gekoppelt ist, und daß die Länge der Kopplung L&sub1; derart ist, daß die als zweite Intensität bezeichnete Intensität φ&sub2; des vom Hauptleiter G&sub1; gelieferten und vom Zwischenleiter G&sub2; empfangenen Signals gegenüber der genannten ersten Intensität φ&sub1; des über den Hauptleiter G&sub1; transportierten Signals geringer ist,

- die Länge der Kopplung L&sub2; derart ist, daß die Intensität des vom Zwischenleiter G&sub2; gelieferten und vom Detektor empfangenen Signals der Gesamtheit der zweiten geringen Intensität φ&sub2; des über den genannten Zwischenleiter transportierten Signals,

- der Hauptleiter G&sub1; auf der anderen Seite des Kopplungsgebietes mit dem Zwischenleiter mit seitlichen Begrenzungsmitteln fortgesetzt ist um jenseits dieses Kopplungsgebietes den Transport des Hauptsignals mit einer Intensität fortzusetzen, die der ersten Intensität φ&sub1; nahezu entspricht.

2. Integrierte Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenleiter G&sub2; mit Reflexionsmitteln versehen ist um den Strahl φ&sub1;, den er in einer Richtung transportiert, die anders ist als die Richtung der Achse des Hauptleiters G&sub1;, abzulenken und diesen abgelenkten Strahl in Richtung des dann in einer verlängerten Zone des Substrats des Hauptleiters G&sub1; vorgesehenen Photodetektors zu transportieren.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenleiter G&sub2; am Ende der Kopplungslänge L&sub1; mit einer Spiegelfläche M&sub1; versehen ist zum Reflektieren des Lichtes in Richtung des in einer verlängerten Zone des Leiters G&sub1; vorgesehenen Photodetektors.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche M&sub1; eine kristallographische Facette ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenleiter G&sub2; am Ende der Kopplungslänge L&sub2; mit einer Spiegelfläche M&sub2; versehen ist zum Reflektieren des Lichtes in Richtung der absorbierenden Schicht C&sub3; des Photodetektors D.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelfläche M&sub2; eine kristallographische Facette ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Längsflächen des Lichtwellenleiters oder der Lichtwellenleiter sowie die Flächen des Detektors durch kristallographische Facetten begrenzt werden.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat S eine Verbindung AIIIBV ist, in der A beispielsweise das Element Indium In und B beispielsweise das Element Phosphor P ist, daß die Begrenzungsschicht aus dieser Verbindung AIIIBV vom n&spplus;-Leitungstyp besteht, daß die erste transparente Schicht C&sub1; aus dieser Verbindung AIIIBV vom n&supmin;-Leitungstyp besteht, daß die absorbierende Schicht C&sub3; aus einer Verbindung (AIIIXIII, BVYV) besteht, wobei A beispielsweise das Element Gallium (Ga), B beispielsweise das Element Phosphor (P) und Y beispielsweise das Element Arsen (As) ist, die auf diese Weise eine vierte Verbindung mit der nachfolgenden Formel (GaIn, AsyP1-y) bilden, in der die Konzentration y gewählt worden ist um Absorptionseigenschaften der Verbindung für die gewählte Betriebswellenlänge zu erhalten.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die gewählte Betriebswellenlänge λ&sub1; = 1,3 um die Konzentration y durch die Beziehung 0,7 ≤ y < 1 gebunden ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite transparente Schicht C&sub2; die nachfolgende Verbindung hat (AIIIXIII, BV YV), in der beispielsweise A Indium (In), X Gallium (Ga), B Phosphor (P) und Y Arsen (As) ist, die auf diese Weise eine vierte Verbindung mit der nachfolgenden Formel bilden (GaIn, AsyP1-y), in der die Konzentration y derart gewählt ist, daß Transparenzeigenschaften für die gewählte Betriebswellenlänge erhalten werden.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die gewählte Betriebswellenlänge λ = 1,3 um die Konzentration y durch die Beziehung 0,7 ≤ y < 1 gebunden ist.