DE1298215B

DE1298215B - Optischer Sender oder Verstaerker

Info

Publication number: DE1298215B
Application number: DEN27402A
Authority: DE
Inventors: Nannichi Yasuo
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1964-09-28
Filing date: 1965-09-28
Publication date: 1969-06-26
Also published as: US3431513A

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sender oder länge der Emissionsstrahlung in einer Halbleiterüber-Verstärker mit einer Halbleiterdoppeldiode als sti- '. gangszone von der Temperatur abhängig ist. mulierbarem Medium, deren Grundkristall aus einer Aufgabe der Erfindung ist die Vereinigung von

chemischen Verbindung besteht und drei Leitfähig- zwei stimulierbaren Resonatoren in einem Halbleiterkeitszonen aufweist, zwischen denen parallel über- 5 bauteil, deren jeweilige Strahlung unabhängig von einander zwei pn-Übergangszonen angeordnet sind, der Strahlung des anderen Resonators gesteuert werdie nach außen durch zwei dazu senkrecht verlau- den kann. Ein solches Bauteil wird im folgenden als f ende optisch ebene und parallele Stirnflächen be- Zwillingshalbleiterbauteil bezeichnet, grenzt sind, und mit parallel zu den Übergangszonen Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch

verlaufenden Flächenelektroden. io gelöst, daß die beiden pn-Übergangszonen hinsicht-

Wenn innerhalb eines (III,V)-Verbindungshalblei- lieh der abgestrahlten Frequenzen im Betrieb unabters eine pn-Übergangszone ausgebildet wird, in der hängig voneinander einstellbar sind und einen Abeine Rekombination geladener Trägerteilchen unter stand zwischen 10 μΐη und 1 mm aufweisen. Strahlungsabgabe erfolgt und wenn die senkrecht zu Die Übergangszonen sind sowohl hinsichtlich der

der pn-Übergangszone verlaufenden Stirnflächen des 15 jeweiligen Dotierung als auch der jeweiligen Tempe-Halbleiterbauteils poliert oder plan möglichst parallel ratur unabhängig voneinander einstellbar, wodurch zueinander (in optischem Sinne parallel) gespalten man jeweils Resonatoren erhält, die auf verschiedener werden, damit sie zusammen mit der pn-Übergangs- Frequenz arbeiten.

zone einen optischen Resonator bilden, kann die Das erfindungsgemäße Zwillingshalbleiterbauteil

Übergangszone bekanntlich eine intensive Lumines- 20 beruht auf dem Effekt, daß beim Fließen eines Strozenzstrahlung erzeugen, wenn durch dieselbe ein mes durch eine pn-Ubergangszone in Durchlaßrich-Strom in Durchlaßrichtung fließt. tung eine hohe Lumineszenzintensität auftritt, die

Ein solches Halbleiterbauteil ist beispielsweise in beim Fließen eines Stromes in Sperrichtung praktisch der Zeitschrift »Applied Physics Letters«, Bd. 1, Nr. 3, verschwindet. Dabei hängt die Emissionswellenlänge S. 62, beschrieben. Die jeweilige Emissionswellen- 25 von dem Herstellungsverfahren und den Arbeitsbelänge eines solchen Halbleiterlasers wird durch ver- dingungen ab. Mit dem Zwillingshalbleiterbauteil schiedene Faktoren beeinflußt, ζ. B. durch den Halb- nach der Erfindung kann man zwei Laserlichtbündel leiterstoff, durch die Betriebsbedingungen und durch jeweils verschiedener Wellenlänge erzeugen, indem die Herstellungsweise; doch alle derartigen Halblei- man die Stromrichtung umkehrt. Die Frequenz dieser terlaser leiden unter dem Nachteil, daß eine Lumi- 30 Laserlichtbündel hängt jeweils von der Dotierung neszenz nur schwer auftritt, wenn ein Strom in Sperr- der Übergangszonen und/oder deren Temperatur ab. richtung durch die pn-Übergangszone fließt. In ver- In weiterer Ausbildung der Erfindung ist auf jeder

schiedenen Versuchen wurde bereits die Verwendung Stirnfläche ein streifenförmiger Reflexionsbelag vorsolcher Halbleiterbauteile in optisch-elektronischen gesehen, der jeweils nur für eine Übergangszone Anordnungen zur Durchführung logischer Opera- 35 wirksam ist. Somit weisen die beiden optischen Resotionen, wie Verstärkung, Schwingungserzeugung und natoren, von denen jeweils einer entsprechend der Schaltoperationen, vorgeschlagen. jeweiligen Stromrichtung wirksam ist, eine unterin einer solchen Anordnung ist jedoch die Ver- schiedliche Emissionsrichtung auf. wendung von zwei Halbleiterbauteilen an Stelle eines Mit einem solchen Zwillingsbauteil ist es möglich,

einzigen unvermeidlich, was den Aufbau zweier op- 40 durch wechselweise Umkehr des durch das Halbleitischer Systeme bedingt. Dies ist für eine Miniaturi- terbauteil fließenden Stromes zwei Lumineszenzsierung der Gerätegröße hinderlich. signale jeweils verschiedener Wellenlänge auszusen-

In »Japan. J. Appl. Phys.«, Bd. 3, Nr. 7, S. 425 und den. Durch Nachweis der beiden Lumineszenzsignale 426, ist ein Halbleiterbauteil mit zwei in einer Ebene mittels optischer Filter kann man dieselben leicht im Abstand voneinander gelegenen pn-Übergangs- 45 voneinander trennen. Ein solches Halbleiterbauteil zonen beschrieben, der mit den entsprechenden Stirn- kann folglich mit Erfolg in Lichtnachrichtenverbinflächen einen optischen Resonator bildet und als sti- düngen eingesetzt werden, die in derselben Weise wie mulierbares Medium in einem optischen Sender oder Radiowellenverbindungen mit Frequenzumtastung ar-Verstärker dient. Dabei dient die erste Übergangs- beiten.

zone als Emissionszone und die zweite Übergangs- 50 Wenn die Lichtaustrittsrichtungen der beiden Rezone als Modulator. Mit diesem Halbleiterbauteil ist sonatoren voneinander verschieden sind, kann man somit die Aussendung eines modulierten Lichtbün- durch Änderung der Stromflußrichtung zwei Lichtdels nur einer einzigen Wellenlänge möglich. bündel verschiedener Emissionsrichtung erzeugen.

In der deutschen Auslegeschrift 1048 346 ist eine Ein solches Bauteil kann in geeigneten Fällen als opelektrolumineszente Lichtquelle aus einem Halblei- 55 tischer Schalter dienen.

terstoff mit zwei einander gegenüberstehenden Über- Weitere Einzelheiten sowie die Wirkungsweise der

gangszonen beschrieben, die wechselweise während Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung aufeinanderfolgender Halbperioden der Erregungs- bevorzugter Ausführungsformen an Hand der Zeichspannung arbeiten. Das Licht wird in erster Linie nungen deutlicher offenbar, wo jeweils entsprechende senkrecht zur Fläche der Übergangszonen abgestrahlt, 60 Teile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind, so daß eine solche Anordnung als stimulierbares Me- F i g. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines

dium nicht brauchbar ist. Zwillingshalbleiterbauteils nach einer Ausführungs-

Ferner ist aus »Journal of Applied Physics«, form der Erfindung;

Bd. 34, Nr. 12, Dezember 1963, S. 3443 bis 3450, die F i g. 2 und 3 zeigen perspektivische Ansichten

pnp-Schaltung einer Halbleiterdiode als stimulier- 65 weiterer Ausführungsformen der Erfindung; bares Medium eines optischen Senders bekannt. In Fig. 4A zeigt ein Blockschaltbild einer optisch-

»Proceedings of the IEEE«, Bd. 51, Nr. 8, August elektronischen Anordnung mit einem Halbleiterbau-1963, S. 1148 und 1149, ist erläutert, daß die Wellen- teil nach der Erfindung;

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Fig. 4B die Wellenform eines Eingangssignals für mit man sperrfreie Elektroden erhält. Schließlich die Anordnung nach Fig. 4A; werden die elektrischen Anschlußleiter 18 mit den

Fig. 4C und 4D zeigen Wellenformen der Aus- Elektroden verbunden.

gangssignale der Anordnung nach Fig. 4A bei An- Mit diesem Bauteil als stimulierbares Medium in

liegen eines Eingangssignals nach Fig. 4B, 5 einem optischen Sender oder Verstärker wurden fol-

F ig. 5 und 6 Blockschaltbilder zweier verschiedener gende Meßergebnisse erzielt. Bei Einstellung des Ausführungsformen optisch-elektronischer Anordnun- Halbleiterbauteils 10 auf 77° K wurde durch die gen mit Zwillingshalbleiterbauteil nach der Erfindung. Steuerschaltung 19 zwischen der Kristallschicht 12 Nach F i g. 1 besteht das Zwillingshalbleiterbauteil (plus-Polarität) und der Diffusionsschicht 13 (minus-10 nach einer Ausführungsform der Erfindung aus io Polarität) ein Stromimpuls von 500 mA und 1 μββΰ einer Einkristallschicht 11 eines n-Typ-(III,V)-Ver- Dauer angelegt. Die erste pn-Übergangszone 14 zeigte bindungshalbleiters, beispielsweise Galliumarsenid eine Emission bei einer Wellenlänge von etwa 880 nm. (GaAs), wobei auf einer Fläche der Schicht 11 p-Typ- Bei Umkehrung der Stromrichtung trat eine Emission GaAs unter Bildung einer ersten pn-Übergangszone in der zweiten epitaktischen Übergangszone 15 bei 14 epitaktisch in Form einer Kristallschicht 12 auf- 15 einer Wellenlänge von etwa 840 nm auf.
gewachsen ist. Auf der Gegenseite der η-Typ- Durch Versuche wurde nachgewiesen, daß ein sol-

Schicht 11 ist unter Bildung einer zweiten pn-Über- eher Effekt auch durch Aufrechterhalten einer Temgangszone 15 eine p-Typ-Diffusionsschicht 13 er- peraturdifferenz zwischen der ersten und zweiten zeugt. Auf die Kopfseite der epitaktischen Schicht 12 Übergangszone herbeigeführt werden kann, wenn sowie auf die Bodenseite der p-Typ-Diffusionsschicht ao diese jeweils in gleicher Weise hergestellt sind. Es sei 13 sind jeweils metallische Eelektrodenbeläge 16 und angenommen, daß ein Zwillingshalbleiterbauteil mit 17 aufgebracht. Die Elektrodenbeläge 16 und 17 sind ähnlichem Aufbau wie in F i g. 1 auf die gleiche mit geeigneten Anschlußleitern 18 zum Anschluß an Weise wie in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel eine Steuerschaltung 19 versehen. hergestellt ist, wobei lediglich beide p-Typ-Bereiche

Nunmehr soll ein Beispiel des Herstellungsverfah- 25 12 und 13 durch einen gleichzeitigen Diffusionsvorrens für das Lumineszenzbauteil 10 erläutert werden. gang jeweils in einer Dicke von 25 μΐη erzeugt sind, Zunächst wird ein GaAs-Plättchen mit einer Tellur- während die Kristallschicht 11100 μΐη dick ist. Wenn dotierung von 1 · 10¹⁸ Atome cm³ vakuumdicht in man die Elektrodenbeläge 16 und 17 auf einander ein Quarzgefäß mit einem Innenraum von 10 cm³ zu- gegenüberliegenden Seiten dieses pnp-Halbleiterbausammen mit 10 mg Zinkarsenid (ZnAs₂) eingeschmol- 30 teils jeweils auf verschiedenen Temperaturen von 77 zen und etwa drei Stunden lang bei einer Temperatur bzw. 200° K hält, stellen sich die Temperaturen der von 850° C einem Diffusionsprozeß ausgesetzt. Die Übergangszonen 14 und 15 jeweils auf 130 bzw. Enddicke der p-Typ-Diffusionsschicht 13 erreicht etwa 240° K ein. Wenn unter diesen Bedingungen mit po-50 μΐη. Nach dem Diffusionsprozeß wird das GaAs- sitiver Elektrode 16 und negativer Elektrode 17 ein Plättchen aus dem Quarzgefäß herausgenommen, und 35 10-A-Stromimpuls von 50 »?sec Dauer von der Steuereine Seitenfläche wird geläppt, bis man eine Enddicke schaltung 19 in das Bauteil 10 geschickt wird, tritt in des Gesamtplättchens von etwa 100 μηι erreicht. der ersten Übergangszone 14 eine stimulierte Emis-

Sodann wird eine Mischung von 5 g Zinn (Sn) und sion bei einer Wellenlänge von 855 nm auf, wogegen 0,2 g Zink (Zn) in eine Quarzschiffchenform einge- bei Umkehr der Stromrichtung eine Emission bei stellt und in einem Wasserstoffofen auf 600° C er- 40 880 nm in der zweiten Übergangszone 15 erfolgt. Sohitzt. Nach Aufschmelzen der Mischung wird die ge- mit kann man die Emissionswellenlängen der beiden läppte Oberfläche des GaAs-Plättchens mit der Flüs- Übergangszonen durch geeignete Wahl des Herstelsigkeitsoberfläche der Schmelze in Berührung ge- lungsverfahrens oder der Lumineszenzanregungsbebracht. Schließlich wird die Temperatur der Schmelze dingungen der beiden Zonen verschieden machen,
auf etwa 620° C gesteigert, und dieser Zustand wird 45 Nunmehr sollen zwei weitere Ausführungsformen für etwa 2 Minuten eingehalten, damit sich das epi- eines erfindungsgemäßen Zwillingshalbleiterbauteils taktische Wachstum mit Erfolg einstellen kann. So- beschrieben werden, bei denen die Austrittsrichtundann folgt ein allmähliches Absenken der Tempera- gen der Laserlichtbündel für die beiden Stromflußtur der Schmelze auf etwa 400° C innerhalb 20 Mi- richtungen voneinander verschieden gewählt sind, innuten, was zur Ausbildung einer 25 μΐη dicken epi- 50 dem die beiden Resonatoren verschiedene Austrittstaktisch aufgewachsenen p-Schicht 12 auf der geläpp- richtungen haben.

ten Oberfläche führt. Nach F i g. 2 hat das Zwillingshalbleiterbauteil 20

Dann verfährt man nach einer bekannten Verfah- nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung rensweise für die Herstellung eines herkömmlichen einen ähnlichen Aufbau, wie in Verbindung mit Halbleiterbauteils weiter, damit man eine große An- 55 F i g. 1 beschrieben, abgesehen davon, daß jeweils zahl kleiner Quader mit Kantenlängen von 0,125 · auf einen Teil jeder Stirnfläche 21 und 22 je ein Re-0,1 · 0,5 mm³ erhält, die durch senkrecht zur Längs- flexionsbelag 23 bzw. 24 aufgebracht ist. Die Stirnachse ausgerichtete reflektierende optisch ebene Stirn- flächen sind jeweils poliert oder parallel zueinander flächen 21 und 22, unebene oder glatte Seitenflächen abgespalten, so daß sie in der dargestellten Weise op-25 und 26 und senkrecht dazu von zwei Flächen zum 60 tische Resonatoren bilden. Offensichtlich ist der eine Aufbringen von zwei Flächenelektroden begrenzt Reflexionsbelag 23 auf der einen Stirnfläche 21 dersind. Diese Flächenelektroden werden jeweils als art aufgebracht, daß er den anstehenden Teil der 3 μηι dicke Legierungsbeläge 16 und 17 mit jeweils ersten pn-Übergangszone 14 auf dieser Seite völlig gleichen Gewichtsteilen Gold und Zinn auf den an abdeckt, wogegen der andere Reflexionsbelag 24 auf letzter Stelle genannten Flächen jedes Quaders im 65 der gegenüberliegenden Stirnfläche 22 derart aufge-Vakuum aufgedampft. Das Halbleiterbauteil 10 wird bracht ist, daß er den an dieser anderen Stirnfläche durch eine weitere Erhitzung während 3 Minuten auf anstehenden Teil der zweiten pn-Ubergangszone 15 450° C in einem Wasserstoffstrom fertiggestellt, da- völlig abdeckt. Die anderen Teile des Bauteils 20

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unterscheiden sich nicht von denen des Bauteils IO Die vorstehendeBeschreibung der Erfindung bezieht

nach F i g. 1. sich auf ein pnp-Typ-Bauteil. Doch erzielt man ähn-

Das Herstellungsverfahren für das Bauteil 20 ent- liehe Ergebnisse mit Zwillingshalbleiterbauteilen des spricht dem des Bauteils 10 nach F i g. 1, abgesehen npn-Typs.

davon, daß die jeweiligen Reflexionsbeläge durch 5 Außerdem besteht kein Hindernis für die Anwen-Aufdampfen von Siliziummonoxyd (SiO) in einer dung eines bekannten (III,V)-Verbindungshalbleiter-Dicke von etwa 200 nm und darauf von Silber in Stoffs, wie beispielsweise Galliumphosphid (GaP), Inetwa gleicher Dicke erzeugt sind. diumarsenid (InAs), Indiumphosphid (InP) oder InWenn aus der Steuerschaltung 19 ein 500-mA- diumantimonid (InSb) oder einer Legierung aus die-Stromimpuls von 1 μβεο Dauer in Richtung von der io sen Verbindungen an Stelle von Galliumarsenid Elektrode 16 zu der Elektrode 17 durch das auf einer (GaAs). Außerdem können dieselben Fremdstoffe Temperatur von 77° K gehaltene Bauteil 20 geleitet wie bei GaAs oder andere Fremdstoffe beigefügt wird, tritt aus der ersten pn-Übergangszone 14 durch werden. An Stelle von Galliumarsenid kann man auch die genannte Stirnfläche 22 senkrecht zu derselben Bleitellurid (PbTe) oder Bleiselenid (PbSe) verwen-Laserlicht aus, wogegen bei entgegengesetzter Strom- 15 den (vgl. J. Buttler in »Journal of Electrochemical richtung Laserlicht von der zweiten pn-Übergangs- Society«, Bd. Ill, Nr. 10, Oktober 1964, S. 1150 bis zone 15 durch die Stirnfläche 21 in entgegengesetzter 1154). Die mit diesen Halbleiterstoffen erzielbaren Richtung austritt. Die Wellenlängen dieser Lichtbün- Laserlichtwellenlängen liegen im allgemeinen zwidel liegen in derselben Größe wie bei dem oben be- sehen 620 und 1000 nm und unterliegen in Abhänschriebenen Laser 10. 20 gigkeit von Herstellung und Anregungsbedingungen

Das Zwillingshalbleiterbauteil 30 nach einer drit- Änderungen.

ten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 3 Wenn auch für Halbleiterlaser nach der Erfindung besitzt einen abgewandelten Aufbau gegenüber dem hinsichtlich Aufbau, Größe, Störstellenkonzentration Bauteil 10 nach F i g. 1, wobei die die n-Typ-Schicht und anderen Größen keine Beschränkung gelten soll, einschließenden p-Typ-Bereiche sich nur zum Teil 25 so soll doch der n-Typ-Bereich 11 in keinem Fall kondensatorartig überlappen, wie es aus der Zeich- dünner als 10 μπι sein. Dies ist zur Ausschaltung opnung deutlich erkennbar ist. tischer Interferenz zwischen den beiden Laserlicht-Das Bauteil 30 kann durch Bildung von p-Typ- bündeln der beiden pn-Übergangszonen erforderlich. Schichten 12 und 13 mittels eines Diffusionsverfah- Eine weitere vorteilhafte Einstellung besteht darin, rens in folgender Weise hergestellt werden: Vor 30 daß die Dicke des n-Typ-Bereichs weniger als 1 mm Durchführung der Diffusionsstufe wird auf einander ausmacht, damit eine Anordnung unter Verwendung gegenüberliegenden Flächen eines n-Typ-Plättchens des Zwillingshalbleiterbauteils miniaturisiert werden mit Ausnahme derjenigen Bereiche, wo die Diffusion kann. Wenn die beiden Ubergangszonen mehr als erfolgen soll, im Vakuum Siliziumdioxyd (SiO₂) in 1 mm voneinander entfernt wären, wäre die Verweneiner 2 μΐη dicken Schicht aufgedampft. Bei der prak- 35 dung eines einzigen optischen Systems sehr schwietischen Durchführung wird eine SiO₂-Schicht in pa- rig, und man müßte zwei Sätze optischer Filter, Linrallelen Streifen mit einer Breite von je 250 μπι und sen, Spiegel u. dgl. bereithalten. Dies ist wirtschaftjeweils in gleichem gegenseitigen Abstand von 250 μπι lieh und raummäßig nachteilig,
auf einer Oberfläche eines Halbleiterplättchens durch Das Bauteil 10 nach F i g. 1 kann in Lichtnachrich-Aufdampfen gebildet. Auf der gegenüberliegenden 40 tenverbindungen mit Frequenzumtastung benutzt Oberfläche wird eine SiO₂-Schicht in ähnlicher An- werden. Mittels eines solchen Lasers kann eine Freordnung gebildet, so daß sich die beiden Streifen- quenzumtastmodulation einer Amplitudenmodulation systeme bei Betrachtung von oben rechtwinklig kreu- überlagert werden.

zen. Sodann wird das Plättchen einer Störstellen- Nunmehr soll ein Anwendungsbeispiel des Baudiffusion in gleicher Weise, wie für das Bauteil 10 45 teils 10 unter Bezugnahme auf das schematische nach F i g. 1 beschrieben, ausgesetzt. Aus diesem Schaltbild nach F i g. 4 erläutert werden.
Plättchen werden eine Anzahl kleiner Quader mit In Fig. 4A sei angenommen, daß die Steuerschal-Kantenlängen von 0,5 · 0,5 · 0,1mm³ ausgeschnitten rung 19 in Pfeilrichtung einen Eingangssignalstrom/ oder angespalten. Zur Fertigstellung muß man jeden nach Fig. 4B in das Bauteil einspeist. Dann wird in Quader in gleicher Weise wie bei dem Bauteil 10 be- 50 der ersten Übergangszone 14 eine Lumineszenz anhandein, geregt; das Laserlichtbündel breitet sich längs eines Wenn von der Steuerschaltung 19 in Richtung von Lichtweges 33 aus und tritt durch eine Lichtfokussierder oberen Elektrode 16 zu der unteren Elektrode 17 einrichtung 27 (z. B. eine Linse oder einen Spiegel) bei Kühlung des Halbleiterbauteils 30 auf 77° K sowie ein Filter 28 zur Abtrennung von Streulicht. Stromimpulse von 500 mA und 1 μββϋ Dauer hin- 55 Dann wird das Lichtbündel an einem halbdurchläsdurchgeschickt werden, werden in zueinander ent- sigen Spiegel 29 zur selektiven Reflexion des Lasergegengesetzten Richtungen Laserlichtbündel bei etwa lichtes von 855 nm der ersten Übergangszone 14 re-840 nm von der ersten pn-Übergangszone 14 senk- flektiert, bevor es in den Lichtempfänger einfällt. So recht zu dem Stirnflächenpaar 21 und 22 ausgesandt. erscheint am Ausgang 35 des Empfängers ein Aus-Bei Umkehr der Stromrichtung werden in zueinander 60 gangssignal, dessen Nachweisform in F i g. 4 C anentgegengesetzten Richtungen Laserlichtbündel bei gegeben ist. Wenn die Stromrichtung umgekehrt wird, etwa 840 nm von der zweiten pn-Übergangszone 15 erfolgt in der zweiten Übergangszone 15 eine Lumidurch das zweite dazu senkrechte Stirnflächenpaar neszenz bei einer Wellenlänge von 800 nm. In ähn- bzw. 26 ausgesandt. Jede Laserlichtbündelgruppe licher Weise fällt das Laserlichtbündel längs eines kann auf eine Ausstrahlrichtung beschränkt werden, 65 Lichtweges 34 nach Durchtritt durch den halbdurchwenn das Bauteil 30 in einer an Hand von F i g. 2 lässigen Spiegel in einem Lichtempfänger 32 ein. Soerläuterten Weise mit nicht dargestellten lichtundurch- mit erscheint das nachzuweisende Ausgangssignal am lässigen Reflexionsbelägen versehen ist. Ausgang 36 in der Form nach F i g. 4 D. Die F i g. 4 B

bis 4 D lassen erkennen, daß durch das Bauteil 10 fließende positive und negative Stromimpulse jeweils getrennt an den Ausgängen 35 und 36 nachgewiesen werden können.

Eine ähnliche Wirkungsweise ist bei Verwendung von zwei pn-Übergangszonen-Halbleiterbauteilen zu erwarten. In diesem Fall könnte man jedoch die beiden pn-Übergangszonen nicht so nahe zusammenbringen wie im Falle der Erfindung, so daß die beiden optischen Signale der beiden Ubergangszonen unter Verwendung zweier optischer Systeme oder halbdurchlässiger Spiegel zu demselben Nachweissystem geführt werden müßten. Da sich die beiden Übergangszonen nach der Erfindung genügend nahe beisammen befinden, ist in jedem Fall ein einziges optisches System ausreichend.

Die beiden in F i g. 2 und 3 gezeigten Bauteile 20 und 30 können als Lichtschalter arbeiten. Da in diesem Fall die Lichtintensität in Abhängigkeit von der Stromintensität geändert werden kann, kann jedes ao Bauteil als Vielstufenschalter benutzt werden. Dies läßt eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Bauteile als Schalter in elektronischen Rechenmaschinen erwarten.

Wenn nach F i g. 5 in ein Bauteil 40 ein Strom / in Pfeilrichtung eingespeist wird, gelangt Laserlicht längs des Lichtweges 41 in den Lichtempfänger 37. Durch den Lichteinfall wird der Innenwiderstand des Lichtempfängers 37 herabgesetzt, und die Anschlußklemmen 43 werden durchgeschaltet. Durch Umkehr der Stromrichtung wird der Lichtempfänger 38 durch Licht über den Lichtweg 42 bestrahlt, so daß die Anschlußklemmen 44 durchgeschaltet werden. Somit können durch Umkehr des durch den Laser 40 fließenden Stromes die normalerweise elektrisch gesperrten Schaltkreise der Anschlußklemmen 43 und 44 wechselweise durchgeschaltet werden.

Innerhalb der Schaltung nach F i g. 5 erfolgt die Umschaltung durch Umwandlung eines elektrischen Signals in ein Lichtsignal, so daß die Rückkoppelung von der Ausgangsseite auf die Eingangsseite im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Schaltern völlig vermieden werden kann. Ein solcher Lichtschalter kann vorteilhafterweise dort Anwendung finden, wo die Rückkopplung zwischen einer gesteuerten und einer steuernden Schaltung ausgeschaltet werden muß. Da außerdem die Zwillingshalbleiterbauteile nach der Erfindung kürzere Ansprechzeiten als 0,1 μβεο besitzen, sind die mit Lichtschaltern erzielbaren Schaltgeschwindigkeiten viel größer als bei mechanischen Schaltern. Ein solcher Lichtschalter kann in der vorliegenden Form zur Modulation oder Demodulation von Zeitmultiplexsignalen benutzt werden oder, um ein naheliegenderes Beispiel zu nennen, als Integrationsstufe einer Trennschaltung für frequenzmodulierte Mehrfachträgerfrequenzsignale.

Da beispielsweise das Zweirichtungszwillingsbauteil 40, das durch ein Schaltsignal geschaltet wird, wechselweise eine Durchschaltung der Ausgangsklemmen 43 bzw. 44 von Lichtempfängern 37 bzw. bewirkt, kann ein frequenzmoduliertes Mehrfachfrequenzsignal L + R nach Fig. 6 in Signale L und R aufgespalten werden.

Ein solcher Lichtschalter ist durch kompakte Bauweise, hohe Ansprechgeschwindigkeit und Rückkopplungsfreiheit gekennzeichnet. Diesen Lichtschalter erhält man durch Kombination eines Zwillingshalbleiterbauteils nach der Erfindung mit zwei Lichtempfängern.

Claims

Patentansprüche:

1. Optischer Sender oder Verstärker mit einer Halbleiterdoppeldiode als stimulierbarem Medium, deren Grundkristall aus einer chemischen Verbindung besteht und drei Leitfähigkeitszonen aufweist, zwischen denen parallel übereinander zwei pn-Übergangszonen angeordnet sind, die nach außen durch zwei dazu senkrecht verlaufende optisch ebene und parallele Stirnflächen begrenzt sind, und mit parallel zu den Übergangszonen verlaufenden Flächenelektroden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden pn-Übergangszonen (14, 15) hinsichtlich der abgestrahlten Frequenzen im Betrieb unabhängig voneinander einstellbar sind und einen Abstand zwischen 10 μία und 1 mm aufweisen.

2. Halbleiterdoppeldiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden pn-Übergangszonen (14, 15) nach verschiedenen Verfahren, wie durch Diffusion und epitaktisches Aufwachsen mit unterschiedlichem Einfluß auf die abzustrahlende Frequenz aufgebaut sind.

3. Halbleiterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichartigem Aufbau der beiden pn-Übergangszonen (14,15) eine Temperaturdifferenz zwischen beiden Zonen einen unterschiedlichen Einfluß auf die abzustrahlenden Frequenzen bedingt.

4. Halbleiterdoppeldiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf jede Stirnfläche (21, 22) ein streifenförmiger Reflexionsbelag (23, 24) jeweils nur für eine Übergangszone (14,15) vorgesehen ist (F i g. 2).

5. Halbleiterdoppeldiode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die pn-Übergangszonen (14, 15) sich nicht über die Gesamtfläche des Quaders (30) erstrecken, sondern nur jeweils einen Streifen bilden, dessen größte Längenausdehnung senkrecht zum anderen verläuft und die durch ebenfalls senkrecht zueinander stehende Stirnflächenpaare (21, 22, bzw. 25, 26) für den Lichtaustritt optisch begrenzt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 909526/nO