CN101933142B - 辐射接收器和用于制造辐射接收器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种辐射接收器(1)，其具有半导体本体(2)，该半导体本体具有第一有源区(210)和第二有源区(220)，第一有源区和第二有源区分别设计用于检测辐射。第一有源区(210)和第二有源区(220)在垂直方向上彼此间隔。在第一有源区(210)和第二有源区(220)之间设置有隧道区域(24)。隧道区域(24)与连接面(31)导电连接，该连接面(31)设置在第一有源区(210)和第二有源区(220)之间用于外部电接触半导体本体(2)。此外，提出了一种用于制造辐射接收器的方法。

Description

辐射接收器和用于制造辐射接收器的方法
本发明涉及一种辐射接收器和一种用于制造辐射接收器的方法。
本专利申请要求德国专利申请10 2008 006 987.6的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
在基于硅的色彩传感器的情况中通常使用不同的滤色器，以便测量在光谱范围中的色彩成分红色、绿色和蓝色。附加地，会需要另外的玻璃滤光器，以便将红外辐射过滤。这些外部的滤光器会导致高的制造成本并且使得难以制造紧凑的器件。
一个任务是，提出一种带有改进的特性的紧凑的辐射接收器，该辐射接收器可以以简单的方式来制造。此外，要提出一种用于制造这种辐射接收器的方法。
这些任务通过独立权利要求的主题来解决。有利的扩展方案和改进方案是从属权利要求的主题。
根据一个实施形式，辐射接收器包括半导体本体，其具有第一有源区和第二有源区。第一有源区和第二有源区分别设计用于检测辐射。第一有源区和第二有源区在垂直方向上彼此间隔。在第一有源区和第二有源区之间设置有隧道区域。隧道区域与连接面导电连接，该连接面设置在第一有源区和第二有源区之间用于外部电接触半导体本体。
半导体本体于是提供了两个有源区，其中在辐射接收器的工作中，譬如通过在电磁辐射入射时产生并且随后分离电子-空穴对可以分别产生信号。借助该连接面可以从外部量取有源区之间的信号。
借助隧道区域以简单的方式在连接面和有源区之间构建导电连接。特别地，连接面可以与第一有源区和与第二有源区导电连接。连接面于是可以是用于第一有源区和用于第二有源区的共同的连接面。在有源区之间由此可以省去用于有源区的分别独立的连接面。于是简化了辐射接收器的制造，这导致降低了制造成本以及更低的错误处理风险。
辐射接收器也可以具有多于两个的有源区，它们尤其是可以单片集成在半导体本体中地构建。特别地，半导体本体可以在第二有源区的背离第一有源区的侧上具有第三有源区。在第二有源区和第三有源区之间可以设置另外的隧道区域。另外的隧道区域可以与另外的连接面导电连接。
换言之，在每两个相邻的有源区之间可以分别设置一个隧道区域，该隧道区域还可以分别与连接面导电连接。通过这种方式，可以分别在两个相邻的有源区之间从外部电接触半导体本体。
隧道区域和/或另外的隧道区域可以分别具有至少两个隧道层，这些隧道层具有彼此不同的导电类型。由此，隧道区域或者另外的隧道区域的隧道层可以被n导电地掺杂地实施，并且隧道区域或者另外的隧道区域的另外的隧道层可以被p导电地掺杂地实施。隧道层可以分别被高掺杂地实施，并且尤其是具有至少1＊1019cm-3的掺杂浓度，进一步为至少1＊1020cm-3的掺杂浓度。于是简化了建立与设置在半导体本体之外的连接面或者另外的连接面的导电连接。
隧道区域的朝向连接面的隧道层可以具有与另外的隧道区域的朝向另外的连接面的隧道层相同的导电类型。于是，连接面和另外的连接面可以相同类型地、尤其是关于至半导体本体的小的接触电阻地实施。
此外，连接面和另外的连接面可以在共同的沉积步骤中制造。于是简化了制造方法。
有源区的至少之一可以设置在势垒层和相对势垒层(Gegenbarriereschicht)之间。特别地，有源区可以分别设置在关联的势垒层和关联的相对势垒层之间。
势垒层和相对势垒层可以分别具有彼此不同的导电类型。此外，有源区可以分别未掺杂地或者固有掺杂地实施。于是可以实现pin二极管结构。
势垒层可以具有相同的导电类型，并且可以分别设置在关联的有源区之前。换言之，辐射接收器可以具有堆叠二极管的结构，其中二极管的关于主入射方向的极性分别是相同的。
半导体本体可以具有主辐射入射面。通过该主辐射入射面，可以将有源区中要检测的辐射的大部分耦合输入到半导体本体中。
半导体本体的主辐射入射面可以在垂直方向上、即在垂直于半导体本体的半导体层的主延伸平面走向的方向上形成半导体本体的边界。
此外，半导体本体的主辐射入射面可以阶梯状地构建。主辐射入射面于是可以具有多个阶梯面。在有疑问的情况下，阶梯面理解为在横向方向上、即在半导体本体的半导体层的主延伸平面中走向的方向上延伸的面。此外，阶梯面可以在横向方向上通过至少一个倾斜于或者垂直于主延伸平面的侧面来形成边界。
特别地，每个有源区可以关联有阶梯面。在相应的有源区中要检测的辐射由此可以主要通过分别关联的阶梯面耦合输入到半导体本体中。分别要在有源区中检测的辐射于是可以入射到相应的有源区上，而无需事先经过设置在之前的有源区。
换言之，在相应的有源区中要接收的辐射主要通过与该有源区关联的主辐射入射面的阶梯面射入该有源区中。有源区于是可以在很大程度上与设置在这些有源区之前的其他有源区无关地设计。
此外，在有源区中产生的信号相对彼此的比例可以在很大程度上与有源区的基本面无关地通过关联的阶梯面的相对面积部分来调节。特别地，于是具有彼此不同的基本面的两个有源区可以产生类似大小的信号。
当主辐射入射面(Hauteinstrahlungseintrittsflaeche)具有仅仅为了接触被掩埋的半导体层而设置的凹处并且在凹处的区域中与整个主入射面相比分别仅仅小的辐射部分、譬如10％或者更少耦合输入到半导体本体中时，半导体本体的主辐射入射面在本申请的范围中并不视为阶梯状地构建。
在垂直方向上可以分别在两个相邻的有源区之间构建阶梯面。阶梯面与关联的有源区的关联于是被简化。
在设置于两个有源区之间的阶梯面的情况下，隧道区域可以至少被局部地去除。可以在阶梯面的区域中避免对设置于隧道区域之后的有源区中要检测的辐射的吸收。
在一种扩展变形方案中至少两个阶梯面在俯视图中平面并排地设置。特别地，阶梯面可以构建为使得在阶梯面的任意两点之间的连接线在俯视图中并不穿过另外的阶梯面。例如，阶梯面可以分别具有多边的基本形状，例如三角形或者四边形的基本形状。阶梯面可以在其构型方面实施为使得阶梯面在预先给定的面的情况下具有边沿的尽可能小的总长度。于是可以将沿着边沿出现的漏电流影响辐射接收器的灵敏度的危险最小化。
在一个可替选的扩展方案中，至少两个阶梯面在半导体本体的俯视图中局部地交错。例如，阶梯面之一可以梳状地实施，其中在间隙中至少局部地延伸另一阶梯面。借助这种设置，可以将阶梯面比较均匀地分布在辐射接收器的基本面上。于是，也可以在辐射接收器的空间上不均匀的照射情况下可靠地确定入射的辐射的频谱成分以及尤其是它们彼此的比例。
第一有源区可以设置在第二有源区之前。在本申请的范围中，术语“设置在…之前”分别涉及沿着辐射入射的主方向的相对设置。然而，在此关于入射的辐射的术语“设置在…之前”并不隐含着射到辐射接收器的元件上的辐射必须首先穿过设置在该元件之前的元件。例如，射到第二有源区上的辐射可以穿过与该有源区关联的阶梯面，而并不穿过设置在之前的第一有源区。
与第一有源区关联的阶梯面此外可以连贯地构建。于是简化了第一有源区的外部电接触。
此外，与第二有源区关联的阶梯面可以至少局部地环绕与第一有源区关联的阶梯面。借助与第一有源区关联的阶梯面以及与第二有源区关联的阶梯面所形成的面于是可以简化地连贯地构建。通过这种方式简化了第二有源区的外部的电接触、尤其是借助连接面的电接触。
尤其是在隧道区域的情况下(该隧道区域针对在设置在后的有源区中要检测的辐射而具有足够的透明度)，也可以省去构建阶梯面。辐射可以针对所有有源区穿过共同的、尤其是未被划分的主辐射入射面。在辐射入射到有源区上之前，该辐射于是在该情况中穿过另外的有源区或者设置在该有源区之前的其他有源区。
此外，有源区的至少之一可以在可见光谱范围中是敏感的。特别地，有源区可以分别在峰值波长附近具有检测最大值，其中至少一个峰值波长在可见光谱范围中。峰值波长可以彼此间隔。例如，辐射接收器可以具有三个有源区，它们具有在红色、绿色和蓝色光谱范围中的峰值波长。
借助这种辐射接收器，可以简化地实现色彩传感器，该色彩传感器针对三原色红、绿和蓝分别产生信号。借助这种色彩传感器，例如可以监视全色显示装置的发射。色彩传感器尤其是可以设计用于将所发射的辐射的相对强度与预先给定的值、尤其是针对白平衡来匹配。
此外，辐射接收器的至少之一可以在频谱上窄带地实施。有源区的频谱检测范围交迭越少，则可以越好地产生彼此分离的色彩信号。
特别地，在两个相邻的检测最大值的峰值波长之间的间距可以大于与这些检测最大值分别关联的半值宽度之和。半值宽度理解为在最大值的一半的高度上的一半频谱宽度(一半最大值处的一半宽度，HWHM)。
此外，峰值波长可以沿着辐射入射的主方向增大。例如，沿着辐射入射的主方向来看，有源区可以具有在蓝色、绿色和红色光谱范围中的峰值波长。
与此不同，至少一个有源区可以沿着辐射入射的主方向具有比设置在之前的有源区更小的峰值波长。设置在之前的有源区于是可以对于具有较小的峰值波长的辐射吸收性地构建。在设置在后的有源区中要接收的辐射可以通过与该有源区关联的阶梯面来耦合输入。有源区在垂直方向上的顺序于是可以与峰值波长无关地进行选择。在沉积半导体本体时，有源区的顺序于是可以关于其他的标准、譬如关于针对有源区分别使用的半导体材料的晶格参数来优化。
此外，在有源区至少之一之前可以设置有无源区。特别地，无源区可以设计用于将关联的有源区的光谱检测区的短波边沿成形。无源区理解为如下区域：在该区域中在其中所吸收的辐射对于关联的有源区的信号不作出贡献或者至少不作出明显的贡献。无源区例如可以借助掺杂的半导体层来形成，然而其中在辐射入射时产生的电子-空穴对并不彼此分离并且随后又复合。
特别地，无源区可以具有如下半导体层：其带隙大于关联的有源区的半导体层的带隙。通过这种方式，可以以简单的方式将有源区的检测区的短波边沿成形。于是可以减小两个检测区之间的光谱交迭。
有源区至少之一可以包含III-V化合物半导体材料。III-V化合物半导体材料可以具有高的吸收效率。
尤其是基于磷化物-化合物半导体的材料适于在可见光谱范围中进行检测。
在本上下文中，“基于磷化物-化合物半导体”意味着，半导体层包括含磷的化合物半导体，尤其是包括AlnGamIn1-n-mP，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。在此也可以适用n≠0和/或m≠0。在此，该材料不必一定具有根据上式的数学上精确的组成。更确切的说，其可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成部分，它们基本上不改变该材料的物理特性。然而出于简单的原因，上式仅仅包含晶格的主要组成部分(Al，Ga，In，P)，即使它们可以部分地通过少量的其他材料来替代。
基于磷化物-化合物半导体的有源区的特色可以是在可见光谱范围中的高的吸收效率，其中同时灵敏度在红外光谱范围中可以是低的。由此，可以省去附加的、外部的滤光器来阻挡红外辐射。辐射接收器可以相应地特别紧凑地构建。
有源区可以关于材料组分方面彼此不同。特别地，有源区可以具有彼此不同的带隙。这些有源区固有地表现出彼此不同的吸收特性。不同于在频谱上宽带的辐射接收器譬如硅检测器，因此可以省去用于选择各光谱范围的独立的滤光层。通过合适地选择半导体本体的材料组成，于是可以简化地产生有源区，它们的频谱灵敏度主要分别在预先给定的范围中。
辐射接收器尤其是可以设计用于在色彩传感器中工作。色彩传感器通常理解为针对至少两个彼此不同的光谱范围分别提供信号的传感器。这些光谱范围不必一定在可见光谱范围中。
色彩传感器可以具有多个色彩通道，譬如三个色彩通道或者更多。可在辐射接收器的连接面上量取的信号可以输送给色彩传感器的分析电路。
在一个扩展变形方案中，针对每个色彩通道分别单独地接触辐射接收器的有源区。有源区的信号可以彼此独立地、譬如并行地或者时间上相继地量取。
在一个可替选的扩展变形方案中，辐射接收器的有源区可以关于共同的连接面作为参考接触部、譬如关于上部的连接面或者下部的连接面来接触。有源区可以借助隧道区域彼此串联连接。针对各个色彩通道的信号尤其是可以借助算术运算、譬如减法来从能够在连接面上量取的信号产生。
在一种用于制造辐射接收器的方法中，根据一个实施形式提供了半导体本体。该半导体本体具有第一有源区和第二有源区，其中有源区分别设计用于检测辐射，并且其中在第一有源区和第二有源区之间设置有隧道区域。隧道区域被暴露，其中第一有源区被局部地去除。在暴露的隧道区域上构建连接面。辐射接收器被制成。这些方法步骤不必以所说明的顺序来执行。
通过这种方式，可以简化地制造半导体本体，该半导体本体可以通过在第一有源区和第二有源区之间的连接面来接触。
半导体本体可以外延地、例如借助MOCVD或者MBE来沉积在生长衬底上。在制造期间，生长衬底可以被薄化或者去除。这可以分别整面地或者至少局部地进行。
此外，隧道区域的暴露可以借助湿化学刻蚀来进行。隧道区域可以用作刻蚀停止部。换言之，暴露可以借助材料选择性的湿化学刻蚀来进行。为此，隧道区域尤其是可以借助如下材料族来形成：该材料族在刻蚀特性方面不同于针对有源区所使用的材料。特别地，隧道区域和有源区可以基于如下材料：这些材料包含彼此不同的V族材料。例如，有源区的至少之一、尤其是所有有源区可以基于磷化物-化合物半导体材料。该隧道区域和必要时其他隧道区域可以基于砷化物-化合物半导体材料。
基于砷化物-化合物半导体的半导体层包括含砷的化合物半导体，尤其是包括来自AlnGamIn1-n-mAs材料系的化合物半导体，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。在此也可以适用n≠0和/或m≠0。在此，该材料不必一定具有根据上式的数学上精确的组成。更确切的说，其可以具有一种或者多种掺杂材料以及附加的组成部分，它们基本上不改变该材料的物理特性。然而出于简单的原因，上式仅仅包含晶格的主要组成部分(Al，Ga，In，As)，即使它们可以部分地通过少量的其他材料来替代。
半导体本体可以在第二有源区的背离第一有源区的侧上具有第三有源区。在第二有源区和第三有源区之间可以设置另外的隧道区域。在隧道区域和另外的隧道区域上可以在共同的沉积步骤中分别沉积连接面。于是简化了辐射接收器的制造。
设置于半导体本体外部的连接面的沉积例如可以借助溅射或者气相淀积来进行。
所描述的方法特别适于制造上面深入描述的辐射接收器。结合所述方法所描述的特征因此也可以考虑用于辐射接收器，反之亦然。其他的特征、扩展方案和合乎目的性由下面结合附图对实施例的描述中得出。
其中：
图1在示意性截面图中示出了辐射接收器的第一实施例。
图2示出了针对根据第一实施例的辐射接收器的、分别作为入射辐射波长的函数的有源区的响应度。
图3在示意性俯视图中示出了辐射接收器的第二实施例。
图4A和4B在示意性俯视图(图4A)和关联的示意性截面图(图4B)中示出了辐射接收器的第三实施例。
图5A和5B分别在示意图中示出了色彩传感器的第一或者第二实施例。
图6a至6F借助示意性地在截面图中示出的中间步骤示出了用于制造辐射接收器的方法的第一实施例。
相同的、类似的和作用相同的元件在附图中设置有相同的附图标记。
附图分别是示意图并且因此并非一定是合乎比例的。更确切地说，比较小的元件和尤其是层厚度为了清楚起见可以被夸大地示出。
在图1中示出了辐射接收器1的第一实施例，该辐射接收器具有半导体本体2。半导体本体2包括第一有源区210、第二有源区220和第三有源区230。第三有源区设置在第二有源区的背离第一有源区的侧上。
在半导体本体的俯视图中，有源区部分地交迭。第一有源区210仅仅局部地覆盖第二有源区220。此外，第二有源区220仅仅局部地覆盖第三有源区230。
沿着辐射入射的主方向，第一有源区210设置在第二有源区220之前。此外，第二有源区220沿着该方向设置在第三有源区230之前。
在两个相邻的有源区之间、即在第一有源区210和第二有源区220之间以及在第二有源区220和第三有源区230之间设置有隧道区域24或者另外的隧道区域25。
隧道区域24在横向方向上至少局部地伸出有源区210。在隧道区域24和另外的隧道区域25上设置有连接面31或者另外的连接面32。连接面和另外的连接面设置在相应的、其间设置有隧道区域的有源区之间用于半导体本体2的外部电接触。
合乎目的的是，连接面导电地构建，并且可以包含金属譬如Au、Ti、Ni、Pt、Ag、Rh或者Al，或者包含金属合金，尤其是带有所述金属的合金的至少一种，或者由这这种金属或者这种金属合金构成。此外，连接面也可以多层地构建。
在第一有源区210的背离隧道区域24的侧上设置有上部的连接面30。此外，在第三有源区230的背离第二有源区220的侧上设置有下部的连接面33。由此，每个有源区在两侧上分别具有连接面，由此在有源区中在辐射接收器1的工作中产生的信号可以从外部分别从有源区的两侧来访问。
半导体本体2具有主辐射入射面10，其阶梯状地构建。每个有源区都关联有阶梯面，在相应的有源区中要接收的辐射通过该阶梯面耦合输入到半导体本体2中。阶梯面分别在横向方向上延伸并且彼此平行地走向。
第一有源区210与第一阶梯面11关联，第二有源区220与第二阶梯面12关联，而第三有源区230与第三阶梯面13关联。在垂直方向上，即在垂直于半导体本体2的半导体层的主延伸平面走向的方向上，阶梯面分别相对彼此错开地设置。在横向方向上，阶梯面无交迭地延伸。
在两个相邻的有源区之间分别构建有阶梯面。通过这种方式，例如在第三有源区230中要接收的辐射可以通过阶梯面13来耦合输入，并且由此不必穿过设置在之前的有源区210和220。半导体本体2的有源区于是可以在很大程度上彼此独立地与分别针对该有源区预先给定的光谱灵敏度特征匹配。有源区的光谱灵敏度由此与必要时设置在相应的有源区之前的另外的有源区无关或者至少很大程度上无关。
通过相应的阶梯面11、12、13在整个主辐射入射面10上的面积部分，可以将各有源区210、220、230的灵敏度针对彼此协调并且尤其是彼此匹配。
有源区210、220、230分别设置在势垒层211、221、231和相对势垒层212、222、232之间，其中势垒层分别设置在关联的有源区之前。
有源区210、220、230可以本征地或者未掺杂地构建。在有源区中产生的电子-空穴对于是可以彼此分离并且通过相应的势垒层或者相对势垒层到达相应的连接面30、31、32、33。
势垒层被分别p导电地掺杂，而相对势垒层被分别n导电地掺杂。辐射接收器于是可以根据彼此堆叠的、单片集成的pin二极管来构建，其中每个二极管可以通过在有源区的两侧的连接面从外部来电接触。
隧道区域24和另外的隧道区域25分别包括第一隧道层241或者另外的第一隧道层251，以及第二隧道层242或者另外的第二隧道层252，它们彼此具有不同的导电类型。第一隧道层241或者251分别具有与距该第一隧道层最近的相对势垒层212或222相同的掺杂，并且第二隧道层242、252具有与距该第二隧道层最近的势垒层221或231相同的掺杂。
载流子于是可以简化地从隧道区域24或者另外的隧道区域25的两侧到达连接面31或者到达另外的连接面32。
借助隧道区域24、25，可以通过共计四个连接面从外部访问三个有源区的信号。通过隧道区域24，例如来自第一有源区210的载流子(尤其是穿过相对势垒层212)以及来自第二有源区220的载流子(尤其是穿过势垒222)可以到达连接面31，并且在那里被量取。在两个有源区之间于是不需要分离的用于势垒层以及用于相对势垒层的连接面。因此，可以省去例如通过具有不同刻蚀深度的两次单独的刻蚀步骤来单独地暴露势垒层和相对势垒层。特别地，由此可以减少所需的刻蚀步骤的数目。
通过隧道区域24、25，于是可以减少连接面的数目以及刻蚀步骤的数目。通过这种方式，简化了辐射接收器1的制造并且由此降低了故障产品的风险。此外，减少了辐射接收器的被连接面遮挡的表面的部分。于是，辐射可以被更好地耦合输入到辐射接收器中。
隧道层241、242、251、252可以分别高掺杂地实施，譬如具有至少1＊1019cm-3的掺杂浓度，尤其是至少1＊1020cm-3的掺杂浓度。
由于高的掺杂，所以隧道层具有比较高的横向导电性。由此，隧道区域、尤其是多个隧道区域使得在有源区中通过产生电子-空穴对而释放的载流子容易地输送到连接面31或者输送到另外的连接面32。出现的电流尤其是可以在数微安的范围中。
由此可以省去附加的、在半导体本体2之外构建的接触指结构。于是简化了辐射接收器的制造。然而必要时，可以附加地设置这种接触指结构。
隧道区域24的第一隧道层241和另外的隧道区域25的第一隧道层251具有相同的导电类型。于是，可以在类似构建的连接面的情况下实现至相应的连接面31或者32的欧姆连接。于是简化了在有源区之间的半导体本体2的外部电接触。
在有源区210、220、230之前分别设置有无源区，即第一无源区213、第二无源区223或者第三无源区233。无源区213、223、233分别具有与其邻接的势垒层211、221或231相同的掺杂。
不同于有源区210、220、230，在无源区中的吸收并不导致或者至少并不明显地导致产生信号。于是，无源区可以分别满足单片集成到半导体本体中的滤光层的功能。通过在无源区中有针对性的吸收，可以针对分别关联的有源区来调节光谱灵敏度。于是，简化了有源区的检测范围的光谱分离。
不同于所示的实施例，也可以省去无源层。
进一步不同于所描述的实施例，半导体层、尤其是势垒层、相对势垒层、隧道层和无源区也可以关于其导电类型相反地构建，也就是说，n导电地掺杂的半导体层可以p导电地掺杂，反之亦然。
此外，有源区也可以借助空间电荷区来形成，该空间电荷区会在pn结上出现。不需要在相应的势垒层和关联的相对势垒层之间的独立的、本征地或者未被掺杂地实施的层。
此外，辐射接收器也可以具有仅仅两个有源区或者多于三个有源区。
此外，也可以省去阶梯状地构建主辐射入射面。在该情况中，辐射至有源区中的耦合输入可以主要通过共同的、尤其是未被分割的辐射入射面来进行。相对于阶梯状的构型，由此可以在相同大小的半导体本体的情况下增大对每个有源区可用于辐射耦合输入的面积。为了接触有源区，可以只在比较小的区域中去除设置在之前的有源区，以便暴露相应的隧道区域并且在暴露的隧道区域上设置连接面。当为了检测而设置的辐射仅仅足够小的部分在设置于相应的有源区之前的层中、譬如在设置在之前的另外的有源区或者设置在之前的隧道区域中被吸收时，这种扩展方案尤其是合乎目的的。
半导体本体2可以不同于所示的实施例地设置在支承体上。该支承体例如可以借助用于半导体本体2的半导体层的生长衬底来形成。生长衬底可以被局部地去除或者被薄化。下部的连接面可以设置在生长衬底的背离半导体本体2的侧上。
辐射接收器的所描述的结构尤其是特别适于色彩传感器，该色彩传感器针对彼此不同的光谱检测范围分别产生信号。检测范围尤其是可以在紫外光谱范围、可见光谱范围或者红外光谱范围中。
半导体本体2、尤其是有源区210、220、230可以基于III-V化合物半导体材料。
为了检测在可见光谱范围中的辐射，例如三色的辐射，譬如在红色、绿色和蓝色光谱范围中的辐射，尤其是基于磷化物的化合物半导体材料、特别是基于AlnGamIn1-n-mP的有源区是合适的，其中0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。通过合适地选择用于有源区210、220、230以及必要时关联的无源区213、223、233的材料组分，可以在宽的范围中调节辐射接收器的光谱灵敏度。
在图2中示出了如结合图1所描述地实施的辐射接收器的光谱灵敏度的一个例子。曲线621、622和623分别示出了作为入射到辐射接收器上的辐射的真空波长λ的函数的、在蓝色、绿色或者红色光谱范围中的检测器的响应度。
为了比较，曲线620示出了人眼的光谱灵敏度分布(Vλ曲线)。
为了检测蓝色辐射而设置的第一有源区基于AlInP。与第一有源区210关联有无源区213，该无源区基于GaP。第一有源区的峰值波长在大约470nm处。
设计用于检测绿色波长范围中的辐射的第二有源区220基于铝含量为n＝0.5的AlGaInP。在该有源区之前设置有无源区223，该无源区基于铝含量为n＝0.80的AlGaInP。第二有源区的峰值波长在大约530nm处。
设计用于检测红色辐射的第三有源区230基于GaInP。关联的无源区233基于铝含量为n＝0.30的AlGaInP。第三有源区的峰值波长在大约640nm处。
无源区分别具有带隙，所述带隙大于它们分别与之关联的有源区的带隙。相应的响应度频谱的短波边沿于是可以有针对性地通过在关联的无源区中的短波辐射的吸收来调节。
此外，图2示出了，有源区210、220、230的光谱检测范围具有仅仅比较小的交迭。光谱检测范围分别被窄带地实施，使得在两个相邻的峰值波长之间的光谱距离大于与这些检测范围关联的半值宽度的半值宽度之和。
不同于所描述的实施例，有源区的峰值波长不必一定沿着辐射入射的主方向增大。更确切地说，可以在至少一个有源区之前设置具有更大的峰值波长的另外的有源区。
隧道区域24、25在此可以基于AlxGa1-xAs，其中0＝x＝1。所有或者至少一些磷化物半导体层的材料组分可以选择为使得它们晶格匹配或者至少很大程度上晶格匹配于砷化物隧道区域。为此，磷化物半导体层可以具有大约50％的铟含量。
在图3中在示意性俯视图中示出了辐射接收器1的第二实施例。在垂直方向上，辐射接收器可以如结合图1所描述的那样来实施。
主辐射入射面10阶梯状地构建并且具有第一阶梯面11、第二阶梯面12和第三阶梯面13。辐射可以通过阶梯面耦合输入到与相应的阶梯面关联的有源区中。
阶梯面可以平面地并排地设置。在阶梯面的任意两点之间的连接线并不延伸穿过另外的阶梯面。阶梯面也可以具有其他的比较简单的几何基本形状，尤其是多边形的基本形状，譬如三角形或者四边形的基本形状。
阶梯面尤其是可以成形为使得阶梯面之间的边界线之和被最小化。于是可以在很大程度上使在边界面上出现漏电流的危险以及由此导致的降低的辐射接收器的灵敏度最小化。
在图4A和4B中在示意性俯视图以及关联的沿着线AA’的截面图中示出了辐射接收器的第三实施例。半导体本体2的层结构可以如结合图1和2所描述的那样实施。为了简化地示出，在图4B中所示的截面图中并未示出无源区。然而，如结合图1和2所描述的那样，它们可以被设置和实施。
不同于图3中所示的实施例，在该实施例中阶梯面被设置为使得阶梯面以提高的均匀性分布在主辐射入射面10上。特别地，在辐射接收器1的空间不均匀的照射的情况下，于是可以简化地产生可靠的信号。可以实现改进的空间均匀的灵敏度分布，而与结合图3所描述的实施例相比并未明显提高制造开销。
与第一有源区210关联的第一阶梯面11被连贯地实施。于是，在第一有源区中产生的信号可以简化地通过上部的连接面30来量取。
与第二有源区220关联的第二阶梯面12在主辐射入射面10的内部区域中围绕第一阶梯面11。换言之，第二阶梯面连接到第一阶梯面上。通过第一阶梯面和第二阶梯面共同形成的面由此连贯。于是简化了借助第一连接面31来从外部接触辐射接收器。此外，于是在制造辐射接收器时在构建阶梯面的情况下得到提高的制造公差。
与第三有源区230关联的第三阶梯面13至少局部地配合到与第一有源区关联的第一阶梯面11中。第三阶梯面13不必连贯地构建。更确切地说，该阶梯面可以具有岛状的部分区域，因为在制造第三阶梯面13的岛状的区域时另外的隧道层25也不必被分开。
于是，简化了有源区210、220、230的在主辐射入射面10上的空间均匀分布的灵敏度。
阶梯面可以至少局部地带状地构建。特别地，至少一个阶梯面、譬如如在实施例中所示的第一阶梯面11可以梳状地构建。
根据辐射接收器的横向的伸展，所述带的宽度可以在大约8μm到100μm之间，尤其是在8μm到50μm之间(包括边界值)。在阶梯面的两个相邻的带之间的中点距离在此例如可以为两倍的带宽度。最小的带宽度尤其是与制造公差有关(譬如在不同的光刻步骤中以及在湿化学制造工艺中出现的掏蚀(Unteraetzungen)的调整公差)。
在图5中示出了色彩传感器5的第一实施例。色彩传感器具有辐射接收器1，其尤其可以如结合图1至4B所描述的那样实施。
色彩传感器具有分析电路4，其包括第一分析单元41、第二分析单元42和第三分析单元43。每个分析单元分别与两个连接面相连，其中连接面分别设置在相应的有源区的不同的侧上并且在有源区的两个侧上分别是最近的连接面。例如，第一分析单元41与上部的连接面30以及连接面31导电连接。有源区可以分别借助偏置电压或者光致电压来描述。有源区的信号可以被顺序地或者并行地量取。
每个分析单元被设计用于分别针对一个色彩通道产生信号。
色彩传感器的第二实施例在图5B中示出。不同于结合图5A所描述的色彩传感器，分析单元41、42、43与作为参考接触部的共同的连接面导电连接。在所示的实施例中，共同的电连接面是上部的连接面30。
在该情况中，有源区210、220、230借助隧道区域24、25彼此串联地电连接。从在连接面上量取的信号可以借助分析单元、譬如借助算术运算如求差来针对每个色彩通道产生相应的信号。
针对辐射接收器的制造方法的一个实施例借助图6A至6F中示出的中间步骤示意性地在截面图中示出。
如在图6A中所示的那样，提供了带有半导体层序列的半导体本体2。半导体本体的半导体层序列可以外延地、譬如借助MBE或者MOVPE沉积在生长衬底20上。半导体层序列可以如结合图1所描述的那样来实施。
仅仅为了简化的表示而针对制造单个的辐射接收器来示出该方法。当然，借助所描述的方法也可以并排地制造多个辐射接收器并且此外随后进行分割。分割可以例如机械地、譬如借助锯割、切割或者折断来进行，或者以化学方式地、譬如借助湿化学或者干化学刻蚀来进行。也可以使用激光分离方法。
如在图6B中所示的那样，设置在第一有源区210和第二有源区220之间的隧道区域24可以被局部地暴露。这借助局部地去除位于其上的半导体层的材料、尤其是第一有源区210的材料来进行。
材料的去除尤其是可以借助湿化学刻蚀来进行。在此，隧道区域24可以实施为使得其用作刻蚀停止部。例如，磷化物半导体材料和砷化物半导体材料可以关于湿化学刻蚀工艺而具有高的选择性。于是，譬如可以借助氯化氢(HCl)的刻蚀来有效地去除磷化物半导体材料，并且在具有高选择性的砷化物材料上停止。
随后，如图6C中所示的那样，另外的隧道区域25被局部地暴露，该隧道区域设置在第二有源区220和第三有源区230之间。这可以如结合图6B所描述的那样进行。
在隧道区域24或者另外的隧道区域25的暴露的区域上随后可以分别沉积连接面。这可以在共同的沉积工艺中进行。为此例如气相淀积或者溅射是合适的。也可以设置多层地构建连接面。此外，在与第一有源区210关联的无源区213上沉积上部的连接面30。这可以与连接面31和另外的连接面32共同地进行，或者在单独的沉积步骤中进行。
如在图6E中所示，隧道区域24和另外的隧道区域25被局部地去除。于是，与相应的有源区220、230关联的无源区223或者233可以被暴露。隧道区域因此可以针对在其下的有源区中要检测的辐射而吸收性地构建。
在隧道区域被实施为使得其对于在其下的有源区中要检测的辐射透明地构建的情况下，也可以省去对隧道区域的局部去除。
如在图6F中所示，生长衬底20被去除。在半导体本体的这样暴露的面上可以沉积下部的连接面33。下部连接面的沉积可以如结合连接面30、31、32所描述的那样来进行。
此外，半导体本体2可以至少局部地设置有保护层(未被明确示出)。这尤其是可以覆盖半导体本体的暴露的侧面。保护层例如可以包含氧化物譬如氧化硅或者氧化钛，氮化物譬如氮化硅，或者氮氧化物譬如氮氧化硅。
不同于所示的实施例，生长衬底20也可以至少部分地保留在辐射接收器中。特别地，生长衬底20也可以仅仅被局部地去除或者完全地或者局部地薄化。此外，制造步骤也可以不同于所描述的顺序地执行，只要合乎目的即可。
本发明并未通过借助实施例的描述而受到限制。更确切地说，本发明包括任意新的特征以及特征的任意新的组合，尤其是包含权利要求中的特征的任意组合，即使该特征或者该组合本身并未明确地在权利要求或者实施例中明确地说明。

Claims (15)

1.一种辐射接收器(1)，其具有半导体本体(2)，该半导体本体具有第一有源区(210)和第二有源区(220)，第一有源区和第二有源区分别设计用于检测辐射，其中：
-第一有源区(210)和第二有源区(220)在垂直方向上彼此间隔；
-在第一有源区(210)和第二有源区(220)之间设置有隧道区域(24)，该隧道区域具有带有彼此不同的导电类型的两个隧道层(241，242)；
-隧道区域(24)与连接面(31)导电连接；以及
-该连接面(31)设置在第一有源区(210)和第二有源区(220)之间用于外部电接触半导体本体(2)。
2.根据权利要求1所述的辐射接收器，其中半导体本体(2)在第二有源区(220)的背离第一有源区(210)的侧上具有第三有源区(230)，其中在第二有源区(220)和第三有源区(230)之间设置有另外的隧道区域(25)，所述另外的隧道区域与另外的连接面(32)导电连接。
3.根据权利要求1所述的辐射接收器，其中辐射接收器具有堆叠二极管的结构，其中二极管相对于主发射方向的极性分别是相同类型的。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的辐射接收器，其中半导体本体(2)的主辐射入射面(10)阶梯状地构建，并且每个有源区(210，220，230)都关联有主辐射入射面(10)的阶梯面(11，12，13)，其中在两个相邻的有源区(210，220，230)之间分别构建有阶梯面(11，12，13)。
5.根据权利要求4所述的辐射接收器，其中至少两个阶梯面(11，12，13)在俯视图中平面并排地设置。
6.根据权利要求4所述的辐射接收器，其中至少两个阶梯面(11，12，13)在俯视图中局部交错。
7.根据权利要求4所述的辐射接收器，其中第一有源区(210)沿着辐射入射的主方向设置在第二有源区(220)之前，其中与第一有源区(210)关联的第一阶梯面(11)连贯地构建。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的辐射接收器，其中有源区(210，220，230)分别在峰值波长附近具有检测最大值，并且峰值波长彼此间隔，其中峰值波长沿着辐射入射的主方向增大。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的辐射接收器，其中有源区(210，220，230)分别在峰值波长附近具有检测最大值，并且峰值波长彼此间隔，其中沿着辐射入射的主方向至少一个有源区(210，220，230)具有比设置在之前的有源区(210，220，230)更小的峰值波长。
10.根据权利要求1至3中的任一项所述的辐射接收器，其中有源区(210，220，230)的至少之一之前设置有无源区(213，223，233)，该无源区设计用于将与该有源区(210，220，230)关联的光谱检测范围的短波边沿成形。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的辐射接收器，其中有源区(210，220，230)的至少之一包含III-V化合物半导体材料。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的辐射接收器，该辐射接收器为了工作而设置在色彩传感器(5)中，其中色彩传感器(5)具有多个色彩通道。
13.一种用于制造辐射接收器(1)的方法，包括以下步骤：
(a)提供半导体本体(2)，其具有第一有源区(210)和第二有源区(220)，其中有源区(210，220)分别设计用于检测辐射，并且其中在第一有源区(210)和第二有源区(220)之间设置隧道区域(24)，该隧道区域具有带有彼此不同的导电类型的两个隧道层(241，242)；
(b)暴露隧道区域(24)，其中将第一有源区(210)局部地去除；以及
(c)在隧道区域(24)上构建连接面；以及
(d)完成辐射接收器(1)。
14.根据权利要求13所述的方法，其中半导体本体(2)外延地沉积在生长衬底(20)上。
15.根据权利要求13或者14所述的方法，其中制造根据权利要求1至12中的任一项所述的辐射接收器(1)。
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