Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-3854
Hodel, Uwe
Elektrische und optoelektrische monolithisch integrierte Schaltungen auf InP-basierenden Heterostrukturen
114 S., 2001

Ein Schlüsselelement für die optische langreichweitige Datenübertragung ist das Detektorsystem für Licht bei einer Wellenlänge von 1,3 µm - 1,55 µm, dem Bereich geringster Dispersion bzw. Absorption einer typischen Glasfaser.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von InP-basierenden Heterostrukturen im Hinblick auf die Integration von Hochfrequenz-Photodetektoren und Transistoren für schnelle Daten- übertragungssysteme. Es wurden rf-optimierte pseudomorphe HEMTs auf einem InAlAs/InGaAs- Schichtsystem hergestellt und charakterisiert. Die Integration einer zusätzlichen InGaAs Absorptionsschicht in das untersuchte HEMT -Schichtsystem erlaubt es, parallel zu den Transistoren Photodetektoren herzustellen. Der Einfluß der zusätzlichen Absorptionsschicht auf die Eigenschaften der Photodetektoren und Transistoren wurde untersucht und die Schichtzusammensetzung so optimiert, daß beide Bauelemente weiterhin gute Hochfrequenzeigenschaften zeigen. Zur Demonstration der monolithischen Integrierbarkeit wurde ein Photoreceiver bestehend aus einer MSM-Photodiode und einem Wanderwellenverstärker aus zwei HEMTs hergestellt. Die realisierte optoelektrische Schaltung zeigte eine Bandbreite von 13,5 GHz und eine Response von 0,7 A/W .
Es konnte gezeigt werden, daß sich das vorgestellte InGaAs/InAlAs-Schichtsystem mit eingefügter Absorptionsschicht zur monolithischen Integration von HEMTs und MSM-Photodioden eignet, mit existierenden Integrationslösungen vergleichbare Ergebnisse zeigt und sich gleichzeitig durch einen minimierten technologischen Aufwand auszeichnet.


A key element in long distance data communication systems is the optoelectrical detectorsystem for light with a wavelength between 1.3 µm and 1.55 µm, the dispersion and absorption minimum of a typical glasfiber.
In this thesis InP-based heterostructures for integrating high frequency photodetectors and transistors for applications in data communication systems have been investigated. Rf-optimized pseudomorphic HEMTs have been produced on an InAlAs/InGaAs layer system and characterized. The addition of an InGaAs absorption layer to the HEMT layer system allows the production of transistors and photodetectors in parallel. The influence of the additionallayer on the performance of the photodetectors and the transistors was investigated and the properties of the layer system has been optimized so that both devices still show a good high frequency performance. To demonstrate the capability for a monolithical integration a photoreceiver, consisting of an MSM-photodiode and a traveling w ave amplifier with two HEMTS has been produced. The optoelectrical circuit reached a bandwidth of 13.5 G Hz and a response of O.7 A/W.
It has been shown that the presented InGaAs/InAlAs layer system with an additional absorption layer provides a solution for a monolithical integration of MSM photodiodes and HEMTs. A demonstration circuit showed results comparable to existing solutions for integrating photodetectors with HEMTs while minimizing the technological effort.

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Letzte Änderung: 07.06.2022