DE10024473B4

DE10024473B4 - Optischer Empfänger

Info

Publication number: DE10024473B4
Application number: DE10024473A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Mischel; Heike Dipl.-Phys.Ing. Peppermüller-Frangen
Original assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Current assignee: Vishay Semiconductor GmbH
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2020-05-19
Also published as: US20010045568A1; DE10024473A1; CN1325141A; JP2001358357A; US6476423B2; CN1197171C; TW536834B

Abstract

Optischer Empfänger aus einem Halbleitermaterial,
– mit einem n-dotierten Bereich (8), in dem einfallende optische Strahlung in einen elektrischen Strom umgewandelt wird, und
– einem Substrat (1), das eine p-Dotierung aufweist und das unterhalb des n-dotierten Bereichs (8) angeordnet ist,
wobei der optische Empfänger über dem n-dotierten Bereich (8) eine Schicht (2) aus einem leitfähigen und optisch strahlungsdurchlässigen Material aufweist, wobei zwischen dem n-dotierten Bereich (8) und der Schicht (2) aus leitfähigem und optisch strahlungsdurchlässigem Material eine Isolatorschicht (3) vorhanden ist, die einige Mikrometer dick ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Empfänger aus einem Halbleitermaterial.
Optische Empfänger werden unter anderem in Fernbedienungen eingesetzt, um optische Signale, die von einem Sender ausgestrahlt werden, in elektrische Signale umzuwandeln. Da die Fernbedienungen über große Distanzen funktionsfähig sein sollen und damit sehr empfindlich auf optische Strahlung reagieren, müssen sie gegen elektromagnetische Störungen, die beispielsweise durch Schaltnetzteile erzeugt werden, abgeschirmt werden. Aus diesem Grund wird bei bisherigen Aufbauten ein n-dotiertes Substrat verwendet, das auf der Oberseite einen p-dotierten Bereich aufweist. Der p-dotierte Bereich auf der Oberseite des optoelektronischen Empfängers ist auf Masse gelegt, und damit gegen elektromagnetische Störungen geschützt. Die verbleibende Fläche des n-dotierten Substrats, insbesondere die Seitenflächen und die Unterseite wird vor der elektromagnetischen Beeinflussung durch zusätzliche Gehäuseteile geschützt. Derartig gehäuste Bauteile weisen ein massives oder gitterförmiges Metallgehäuse auf, das um den optischen Empfänger herum als zusätzliches Gehäuseteil im Innern angeordnet ist. Hierbei wird der Empfänger in eine wannenförmige Aussparung, die im Aurfbaustreifen angeordnet ist, eingesetzt und mit einem optisch strahlungsdurchlässigen Deckel verschlossen.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass ein zusätzliches Gehäuseteil benötigt wird und dass die Abmessungen des gehäusten optischen Empfängers sehr groß sind. Auch ist die Winkelcharakteristik des gehäusten Bauteils aufgrund der notwendigen Wanne und des Deckels eingeschränkt. Ein weiterer Nachteil ist, dass ein sehr großer Teil des ungehäusten Empfängers gegenüber elektromagnetischer Strahlung empfindlich ist.

In der EP 0866 503 A2 wird ein optischer Empfänger offenbart, bei dem auf einem p-dotierten Halbleitersubstrat ein n-dotierter lichtempfindlicher aktiver Halbleiterbereich angeordnet ist, wobei auf der Oberfläche des aktiven Halbleiterbereichs eine weitere stark p-dotierte Halbleiterschicht angeordnet ist, die den aktiven Halbleiterbereich fingerförmig abdeckt. Dieser zusätzliche Halbleiteraufbau dient als Schutzschild vor der elektromagnetischen Strahlung. Zum Schluss wird die Oberseite inklusive des Schutzschilds mit einer (solierschicht abgedeckt.

Nachteilig bei diesem Aufbau ist die schwieriger zu beherrschende Herstellung, bei der zusätzliche Dotierungen in die Halbleitermaterialien eingebracht werden müssen. Ferner weist ein solcher Aufbau eines optischen Empfängers eine große Kapazität auf, da die Ladungen auf dem Schutzschild nur schwer abfließen können.

Aus der JP05-190886A ist ein photoelektrischer Wandler bekannt, bei dem auf einem dotierten Bereich eines Substrats eine Isolatorschicht vorgesehen ist. Auf der Isolatorschicht ist eine leitfähige Polysiliziumschicht angeordnet.

Die JP03-091969A beschreibt einen Halbleiter-Photodektor, bei dem auf einem Siliziumsubstrat eine Oxidschicht und darüber eine Schicht eines leitfähigen Materials angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Empfänger aufzuzeigen, der ohne zusätzliches Gehäuse gegen elektromagnetische Beeinflussung geschützt ist und der ohne zusätzliche Halbleiterprozesse einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierbei weist der optische Empfänger mit einem p-dotierten Substrat einen Überzug aus einem leitenden strahlungsdurchlässigen Material auf, das als Schutzschild gegen die elektromagnetische Strahlung dient und die durch die elektromagnetische Strahlung erzeugten Ladungen abführt.

Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass ein solcher elektromagnetischer Schutz sehr kostengünstig ist und bereits mit einfachen Mitteln beim Herstellen der Halbleiterscheibe angebracht werden kann. Die bezüglich elektromagnetischer Strahlung empfindlichen Flächen werden verkleinert. Bei diesem Verfahren sind keine zusätzlichen fingerförmigen Halbleiterstrukturen erforderlich. Des weiteren werden keine separaten Gehäuseteile mehr benötigt, um den Empfänger abzuschirmen, so dass Empfängeraufbauten, die eine Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung aufweisen, insbesondere Fernbedienungen, kostengünstig in kleineren Gehäusen aufgebaut werden können. Auch werden für den weiteren Aufbau in ein Gehäuse keine Wannen und Deckel mehr benötigt, welche die Winkelcharakteristik der Empfängereinheit unnötig verkleinern. Ferner können einfachere Aufbaustreifen verwendet werden. Letztendlich entfällt beim Aufbau des Empfängers in ein Gehäuse ein Bondprozess.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Hierbei wird als Überzug leitfähiges Polysilizium oder ITO (Indium Tin Oxide) verwendet, mit dem der Empfänger an der Oberseite überzogen wird. Ist zusätzlich zwischen der aktiven Schicht und dem Polysilizium-Überzug eine SiO₂-Isolatorschicht angeordnet und ist ferner die Polysilizium-Schicht mit dem Substrat über eine hochdotierte p⁺-Halbleiterschicht elektrisch verbunden, so verringert sich die Zusatzkapazität des Aufbaus. Ein besonders schonendes Verfahren für die Aufbringung der Oxidschicht ist das LTO (Low Temperature Oxide)-Verfahren. Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn sich auf der Unterseite des Substrats eine hochdotierte p⁺-Halbleiterschicht befindet, die einen guten Massekontakt gewährleistet. Um eine gute Beschichtung von Polysilizium an den Stirnflächen der Oxidationsschicht zu gewährleisten, sind die Kanten der Oxidationsschicht nicht rechtwinklig, sondern schräg ausgebildet. Diese schräge Kanten werden durch eine Taperätzung erzeugt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Die einzige Figur zeigt einen optischen Empfänger mit Polysiliziumüberzug und einer dicken SiO₂-Isolatorschicht.
1 zeigt eine Silizium-Photodiode, die als optischer Empfänger für eine Fernbedienung dient.
Als Substrat wird ein p-dotiertes Substrat 1, insbesondere Silizium, verwendet. Zur Verbesserung des metallischen Kontakts befindet sich auf der Unterseite des Substrats 1 ein stark p⁺-dotierter Bereich 6. Darunter befindet sich die Metallisierung 5, die als Rückseitenkontakt für die Anode dient und später an Masse gelegt wird. In die Oberseite des p-dotierten Substrats 1 ist ein n-dotierter Bereich 8 im Substrat 1 eingebettet. Seitlich neben dem n-dotierten Bereich 8, oben im Außenbereich der Anordnung, ist ein stark p⁺-dotierter Bereich 7 im p-dotierten Substrat 1 angeordnet. Zwischen dem n-dotierten Bereich 8 und dem stark p⁺-dotierten Bereich 7 befindet sich das Substrat 1. Auf der Oberseite befindet sich eine Schicht 9, welche nach der Durchführung technologischer Prozesse (Diffusionen) bei der Herstellung der Photodiode bestehen bleibt. Sie hat für die Funktion des Bauteils keine Bedeutung. Auf einem Teil des stark p⁺-dotierten Bereichs 7, auf der überstehenden Restschicht 9 und auf dem n-dotierten Bereich ist eine hinreichend dicke Oxidschicht aufgebracht. Im Anwendungsbeispiel ist die Oxidschicht 3 einige μm dick und besteht aus SiO₂. Diese dicke Schicht wird mittels LTO (Low Temperature Oxide)-Prozess bei der Herstellung der Halbleiterscheiben aufgebracht. Die Kanten der Oxidschicht sind nicht rechtwinklig, sondern schräg ausgebildet. Dies kann durch eine Taperätzung bei der Herstellung der Halbleiterscheiben realisiert werden. In der Oxidschicht 3 auf dem n-dotierten Bereich 8 ist der metallische Vorderseitenkontakt 4, im Anwendungsbeispiel die Kathode, ausgebildet. Zuoberst befindet sich ein formschlüssiger Überzug 2 aus strahlungsdurchlässigem und leitfähigem Polysilizium, das die Oberfläche der Oberseite komplett bis auf den Kathodenbereich 4 abdeckt. Der Polysiliziumüberzug 2 und der Vorderseitenkontakt 4 stehen nicht in elektrischer Verbindung zueinander. Das Polysilizium wird gleichfalls, bereits bei der Herstellung der Halbleiterscheiben aufgebracht. Die Leitfähigkeit des Polysiliziums wird mit Bor-Implantation erzielt. Als alternatives strahlungsdurchlässiges und leitfähiges Material kann auch ITO (Indium-Tin-Oxide) verwendet werden.
Die Funktionsweise der Anordnung bzw. der einzelnen Schichten soll im folgenden beschrieben werden. Wird der Unterseitenkontakt 5, die Anode, an Masse angelegt, so wird über den stark p⁺-dotierter Bereich 6 das p-dotierte Substrat 1 gleichfalls auf Masse gesetzt. Dadurch ist das Substrat, insbesondere an den Seitenflächen, gegen elektromagnetische Strahlung geschützt. Ladungen, die von einer elektromagnetischen Strahlung herrühren, werden abgeführt. Das gleiche gilt auch für den obenliegenden kleineren stark p⁺-dotierten Bereich 7, der im p-dotierten Substrat 1 angeordnet ist. Der n-dotierte Bereich 8 ist nicht auf Masse gelegt. Ladungen, die von einer elektromagnetischen Strahlung herrühren, könnten hier den zu messenden Stromfluss, der durch optische Strahlung erzeugt wird, verfälschen. Da sich aber darüber das strahlungsdurchlässige und leitfähige Polysilizium 2 befindet, welches wiederum mit der Masse über den p⁺-dotierten Bereich 7 in Verbindung steht, werden die elektromagnetisch erzeugten Ladungen bereits hier abgeführt. Um Zusatzkapazitäten zwischen der Polysiliziumschicht 2 und dem n-dotierten Bereich 8 zu verhindern, wird die dicke Oxidschicht 3 bei diesem Aufbau benötigt. Die abgeschrägten Stirnflächen 10 der Oxidschicht 3 dienen dazu, dass das Polysilizium 2 bei der Herstellung der Halbleiterscheiben haften kann und nicht, wie im Falle von senkrechten Kanten, abreißen kann.
Ein Überzug mit Polysilizium kann auch Phototransistoren gegen elektromagnetische Strahlung schützen.

Claims

Optischer Empfänger aus einem Halbleitermaterial, – mit einem n-dotierten Bereich (8), in dem einfallende optische Strahlung in einen elektrischen Strom umgewandelt wird, und – einem Substrat (1), das eine p-Dotierung aufweist und das unterhalb des n-dotierten Bereichs (8) angeordnet ist, wobei der optische Empfänger über dem n-dotierten Bereich (8) eine Schicht (2) aus einem leitfähigen und optisch strahlungsdurchlässigen Material aufweist, wobei zwischen dem n-dotierten Bereich (8) und der Schicht (2) aus leitfähigem und optisch strahlungsdurchlässigem Material eine Isolatorschicht (3) vorhanden ist, die einige Mikrometer dick ist.
Optischer Empfänger nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das leitfähige und optisch strahlungsdurchlässige Material (2) dotiertes Polysilizium ist.
Optischer Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatorschicht (3) abgeschrägte Stirnflächen (10) aufweist.
Optischer Empfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatorschicht (3) aus SiO₂ besteht.
Optischer Empfänger nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus leitfähigem und strahlungsdurchlässigem Material (2) mit einer dotierten, insbesondere hochdotierten, p-Halbleiterschicht (7) elektrisch verbunden ist.
Optischer Empfänger nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite des Substrats (1) eine hochdotierte p⁺-Halbleiterschicht (6) angeordnet ist.