DE1933957A1

DE1933957A1 - Lichtmodulator mit Metall-Isolator-Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE1933957A1
Application number: DE19691933957
Authority: DE
Inventors: Baudoin De Cremoux; Pierre Lecler
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-07-05
Filing date: 1969-07-04
Publication date: 1970-01-15
Also published as: NL6910290A; US3656836A; FR1603131A; GB1274703A

Description

Lichtmodulator mit Metall-Isolator-Halbleiteranordnung Die Erfindung betrifft einen Lichtmodulator, bei welchem die Absorption von Lichtstrahlen durch Halbleiter ausgenützt wird.
Es ist bekannt, daß die Halbleiter in der Lage sind, die elektromagnetischen elektromagnetischen Strahlungen zu absorbieren, wobei diese Wirkung besonders für die im Infraroten pelegenen-Frequenzen wichtig ist.
Weiter ist bekannt, daß das AnleGen einer Potentialdifferenz zwischen der Metallschicht und der Basis (das heißt dem Halbleiter) einer aus den drei Elementen Metall-Oxyd (ein anderes Isoliermittel) - Halbleiter bestehenden Anordnung eine Anderung der Konzentration an freien TrS.-gern des Halbleiters in der Umgebung der Isolierschicht ermöglicht. Es wird daran erinnert, daß eine MOS-Anordnung (etall-Oxyd-Halbleiteranordnun) oder eine EIIS-Anordnung (Metall-(anderes)Isoliermittel-Halbleiteranordnung) zwei Schichten aufweist, von denen jeweils die erste aus Metall und die zweite aus einem Isoliermittel oder einem Oxyd besteht, wobei diese beiden Schichten auf eie Halbleiterbasis aufgebracht sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Schaffung einer Lichtmodulatoranordnung, welche auf diesen beiden Eir;en schaften beruht.
Der erfindungsgemäße Lichtmodulator ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß er eine MOS- oder MIS-Anordnung sowie Einrichtungen aufweist, welche auf diese Anordnung ein Lichtbündel leiten, wobei weiter Einrichtunzen vorgesehen sind, welche das Potential zwischen der Metallschicht und der Basis dieser Anordnung im Rhythmus der Modulation ändern.
Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert, Es zeigen Fgu.- 1 Figur 1 schematisch eine MOS-Anordnung und Figuren 2 bis 7 Ausführungsformen der Erfindung in schematischer Darstellung.
Aus Figur 1 ist eine MOS-Anordnung mit einer auf einer Oxydschicht 2 angebrachten Metallelektrode 1 ersichtlich, wobei die ganze Anordnung auf eine Halbleiterplatte oder -basis 3 aufgebracht ist. Eine Spannungsquelle 4 erzeugt eine Potentialdifferenz- zwiscnen 1 und 3.
Der Haibleiter 3 weist mehrere Valenzbänder auf. Ls ist bekannt, daß solche Halbleiter hohe Absorptionskoeffizienten besitzen, welche sich in Abhängigkeit von der Konzentration an freien Trägern ändern. Diese Wirkung wird für infrarote Wellenlängen beobachtet. und zwar insbesondere bei cen folgenden Halbleitern: Ge (Wellenlängen 3.4 µ - 4 7 µ - 15 µ) ïe (Wellenlänge 10 µ) AlSb, AsSa, GaPxAs1-X. InSb, InAs.
@as Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen Metall und Halbleiter ermäglicht die Veränderung der Konzentration an freien @rägern in der Umgebung der Trennfläche mit dem Oxyd.
Bei einer Anordnung vom p-Typ bewirkt eine Erhöhung des Trägerpotentials V bezüglich der Steuerelektrode im Absolutwert (wobei dieses Potential negativ -ist) eine Erhöhung der Löcherkonzentration in der Umgebung der Trennfläche.
Daraus ergibt sich eine geringe Elektronendichte im oberen Valenzband- Valenzb-and in diesem Bereich. Das Auftreffen eines Photons läßt ein elektron aus den unteren Valenzband leicht in das obere Valenzband übergehen. Daraus ergibt sich eine Absorption von- Lichtenerrie. Im Fall einer Anordnung vorn -n-T:yp-entsteht eine Inversionsschicht p in der Umgebung der Trennfläche und es tritt die gleiche Erscheinung auf.
Die folgenden Figuren stellen schematisch Modulatoren für Lichtstrahlen dar,- welche diese Eigenschaften ausnützen.
In diesen Figuren sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 2 ist ein Transmissionsmodulator dargestellt.
Er weist eine MOS-Anordnung gemäß Figur auf, welche in der nachfolgend erläuterten Weise abgeändert ist.
Auf den beiden Außenflächen sind jeweils zwei reflexmindernde Schichten 5 und 6 angeordnet, Ein-einfallendes Lichtbündel wird -auf ---die Anordnung geleitet und trifft auf die Schicht 5 auf. Es durchsetzt nacheinander die Schichten 10, @2, 3 und 6 und tritt.durch die Fläche 6 aus. Die Metallschicht 1 ist durch eine Halbleiterschicht 10 ersetzt, WQ-bei der Halbleiter so gewählt ist, daß er die zu modulierende Strahlung nicht absorbiert. Für eine Strahlung mit einer Wallenlänge von 10 p kann man beispielsweise Germanium vom n-Typ nehmen. Eine Spannungsquelle 4 ist zwischen 1 und 3- angelegt und lie.fert eine veränderliche Spannung V.
Die Modulation wird durch Veränderung der Spannung V erhalten halten, weiche als Modulator wirkt. Der Absorptionskoeffizient der Anordnung ändert sich in Abhängigkeit von der Spannung V.
Bei der in Figur 3 gezeigten Anordnung wird die gleiche Modulationswirkung durch Reflexion erhalten.
Bei dieser der Figur 2 gleichen Anordnung, wobei der Unterschied darin besteht, daß die Schicht 5 als unnötig weggelassen ist, spielt die Metallschicht die Rolle eines Spiegels für den einfallendenStrahl I. Die Modulation erfolgt am Strahl I und am reflektierten Strahl R bei ihrem Durchgang durch die MOS-Anordnung.
Figur 4 zeigt einen Modulator, welcher so ausgebildet ist, daß das zu modulierende Bündel einer Reihe von mehreren Reflexionen unterworfen wird. Die Halbleterplatte 3 ist auf ihren beiden Oberflächen von zwei Oxydschichten 21 bzw.
22 und zwei Metallelektroden 11 bzw. 12 überdeckt. Diese beiden Schichten wirken als zwei Spiegel mit parallelen Flächen. Zwei reflexionsmindernde Schichten 61 und 62 sind in der dargestellten Weise angeordnet.
Die Spannungsquelle 4 polarisiert in gleicher Weise die Schichten -11 und '2 bezüglich des Halbleiters 3.
Figur 5 zeigt einen doppelten Modulator, welcher nach dem Prinzip mehrfacher Reflexionen mit senkrechtem Lichteinfall gemäß einem Perot-Fabry-Hohlraum arbeit-et. Dieser Modulator weist zwei MOS-Anordnungen mit der gleichen Basis 3 auf, wobei die beiden Schichten 11 und 12 die beiden- Spiegel des Hohlraums bilden.
Der tier senkrecht zu den beiden Schichten 11 und 12 verlaufende Strahl I tritt nach mehrfachen und teilweisenReflexionen an den Metallwänden 11 und 12 aus. Die elektrische Schaltung ist diejenige der Figur 4.
Die Figuren 6 und 7 zeiten zwei Ausführungsformen, che die Modulation eines Lasers gestatten.
Figur 6 zeigt einen Perot-Fabry-Rchlraum mit zwei Spiegeln 101 und 102, deren einer 102 teilweise reflektiert. Lieser Hohlraum enthält eine mit Transmission arbeitehde MOS-Anordnung der gleichen Art, wie in Figur 1 dargestellt. Der Hohlraum weist darüberhinaus den aktiven Körper 103, beispielsweise eie Gaszelle, auf. Diese Zelle empfängt er zwei Elektroden die von der Rochfrequenzquelle 104 kommende Pumpenergie.
Bekanntlich bewirkt die Anorgnung eines veränderliche Verluste aufweisenden Elements in einem Laserhohlraum die .odulation des Lichts durch den Laser. Diese Modulation wird durch die MOS-Anordnung hervorgerufen.
In Figur T ist der Spiegel 10 weggelassen. Die MOS-Anordnung, deren Reflexionsgrad veränderlich ist, bildet den anderen Spiegel des Hohlraunis.
Bekanntlich gibt unter diesen Bedingungen die Lichtquelle eine modulierte Strahlung im Rhthmus des Reflexionsvermögens des Spiegels ab.
Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Vorrichtung zum @odulieren einer Lichtstrahlung, welche eine vorbestimmte Wellenlänge aufweist, gekennzeichnet durch einen dotierten Halbleiterträger, welcher für diese Stranlung teilweise durchlässig ist und mindestens zwei Valenzoänder aufweist, wobei diese Strahlung den Über an von Hlektronen aus einem unteren Valenzband in ein oberes Valenzband hervorrufen kann, eine auf den Trärer aufgebrachte Isolierschicht und eine leitende Schicht auf der Isolierschicht sowie durch Einrichtungen zum Anlegen einer veränderlichen Spannung zwischen der leitenden Schicht und dem Träger.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht aus für diese Strahlung durchlässigem Katerial besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 dacurch gekennzeichnet, daf das durchlässige Material ein Halbleiter ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie reflexmindernde Schichten auf der leitenden Schicht und auf der freine Oberfläche des Trägers aufweist.
5. Vorrichtuno nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Schicht aie genannte Strahlung reflektiert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5. dadurch ieekennzeichnet, daß die reflexmindernde Schicht die der Strahlung ausgesetzte Oberfläche des Trägers bedcckt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine zweite auf den Träger aufgebrachte Isolierschicht, wobei die beiden Isolierschichten den Tr.ger zwischen sich einschließen. eine zweite leitende Schicht, welche auf der zweiten Isolierschicht angeordnet ist, wobei die leitenden Schichten die genannte Strahlung reflektleren, sowie durch Einrichtungen zum Anlegen der Modulationsspannung an die beiden leitenden Schichten.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der leitenden Schichten die genannte Strahlung teilweise reflektiert.
9. Amplitudenmodulierter Laser mit einem zwischen zwei Spiegeln eingeschlossenen aktiven Körper, wobei wenigstens einer der Spiegel halbdurchlässig ist, dadurch gekennzeichnet--, daß eine Vorrichtung nach Anspruch 1 zwischen dem aktiven Körper und einem der Spiegel angeordnet ist.
10. Amplitudenmodulierter Laser mit einem aktiven Körper und einem halbdurchlässigen Spiegel, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung nach Anspruch 5-derart angeordnet ist, daß sie die Wirkung des zweiten Spiegels übernimmt.

L e e r s e i t e