DE102005061206B4 - Verwendung einer Detektoranordnung als Umgebungslichtsensor - Google Patents

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Abstract

Verwendung einer Detektoranordnung (100) mit einem mikroelektronischen Halbleiterchip (20) und einem gesonderten optoelektronischen Detektorchip (10) als Umgebungslichtsensor, wobei der Detektorchip (10) einen Halbleiterkörper (1) umfasst und auf dem Halbleiterchip (20) angeordnet ist, wobei- der Halbleiterchip (20) einen Grundkörper (22) aufweist und als Verstärker zur Verstärkung des im Detektorchip (10) erzeugten Signals ausgebildet ist,- der Detektorchip (10) über eine zwischen dem Halbleiterchip (20) und dem Detektorchip (10) angeordnete, elektrisch leitende Verbindungsschicht (21) elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip (20) verbunden ist,- der Detektorchip (10) zur elektrischen Kontaktierung einen ersten Kontakt (9) und einen zweiten Kontakt (12) sowie einen zur Detektorsignalerzeugung geeigneten aktiven Bereich (5) aufweist,- der zweite Kontakt (12) auf der dem Halbleiterchip (20) zugewandten Seite des aktiven Bereichs (5) zwischen dem Halbleiterkörper (1) und der Verbindungsschicht (21) angeordnet ist,- eine Dicke der Verbindungsschicht (21) kleiner oder gleich 15 µm ist,- der erste Kontakt (9) auf der dem Halbleiterchip (20) abgewandten Seite des aktiven Bereichs (5) als auf den Halbleiterkörper (1) aufgebrachter Kontakt angeordnet ist,- der Detektorchip (10) auf einem Eingang (23) des Halbleiterchips (20) angeordnet ist, wobei der Eingang (23) als im Grundkörper (22), durch Implantation eines Dotierstoffs in diesen, ausgebildeter Bereich ausgebildet ist,- auf dem Eingang (23) ein elektrischer Eingangskontakt (24) angeordnet ist, der mit dem Eingang (23) elektrisch leitend verbunden ist, und- die Verbindungsschicht (21) mit dem Eingangskontakt (24) elektrisch leitend verbunden ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer Detektoranordnung mit einem Detektorchip als Umgebungslichtsensor.
  • Die WO 2005/ 027 228 A1 betrifft eine integrierte Schaltung mit einem Infrarotsensor.
  • Die US 6 476 374 B1 beschreibt eine Vorrichtung zur Bilderfassung bei Raumtemperatur und schlechten Lichtbedingungen.
  • Die US 2005 / 0 163 016 A1 offenbart ein Modul für optische Einrichtungen.
  • Die DE 10 2004 054 079 A1 betrifft einen Infrarotstrahlungsdetektor.
  • Die DE 10 2004 037 020 A1 beschreibt einen Strahlungsdetektor.
  • Die JP S63 - 111 682 A offenbart einen Träger für ein optisches Halbleiterelement.
  • Der Artikel TANIDA, Kazumasa [et al.]: Micro Cu bump interconnection in 3D chip stacking technology, in Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 43, 2004, No. 4B, S. 2264-2270 - ISSN 0021-4922, befasst sich mit dem dreidimensionalen Stapeln von Chips.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen vereinfacht mit verringertem Platzbedarf, insbesondere mit verringerter Montagefläche, realisierbaren Umgebungslichtsensor anzugeben. Ferner soll ein Umgebungslichtsensor mit geringem Platzbedarf, insbesondere geringer Montagefläche, angegeben werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Der Detektorchip ist bevorzugt als Strahlungsdetektorchip zur Detektion von auf den Detektorchip treffender, insbesondere sichtbarer, Strahlung, die ein Detektorsignal im Detektorchip erzeugen kann, ausgebildet. Der Halbleiterchip ist zur Verstärkung eines im Detektorchip erzeugten Detektorsignals ausgebildet.
  • Durch die Anordnung des Detektorchips auf dem mikroelektronischen Halbleiterchip wird der Platzbedarf der Detektoranordnung in lateraler Richtung, gegenüber einer Anordnung der beiden Chips nebeneinander und lateral voneinander beabstandet, etwa auf einem Trägerelement, vorteilhaft verringert. Die für die Montage der beiden Chips auf dem Trägerelement benötigte Fläche kann so gegenüber einer beabstandeten Anordnung verringert werden.
  • Ferner kann durch die Anordnung der beiden Chips relativ nah zueinander und aufeinander eine elektrisch leitende Verbindung, die bevorzugt zwischen dem Detektorchip und dem Halbleiterchip ausgebildet ist, auf vorteilhaft kurzem Wege erfolgen. Ein im Detektorchip erzeugtes Signal kann dem Halbleiterchip somit auf vorteilhaft kurzem Wege zur Verarbeitung zugeleitet werden. Auf einen langen Bonddraht, etwa einer Länge von einigen 100 µm, kann zu diesem Zwecke verzichtet werden.
  • Eine vergleichsweise lange elektrisch leitende Verbindungsstrecke zwischen dem Detektorchip und dem Halbleiterchip erhöht die Gefahr einer elektromagnetischen Störung des im Detektorchip erzeugten Signals während der Zuführung dieses Signals zum Halbleiterchip. Die Gefahr, dass dem Halbleiterchip ein bereits erheblich gestörtes Signal zur Verarbeitung zugeführt wird und somit ein Ausgangssignal des Halbleiterchips, das an einem Ausgang des Halbleiterchips, den dieser bevorzugt aufweist, erfasst werden kann, gestört ist, wird so vermindert.
  • Von besonderer Bedeutung ist dies, falls der Halbleiterchip als Verstärker, vorzugsweise mit einer in den Halbleiterchip integrierten, zum Beispiel logarithmischen, Verstärkerschaltung, ausgeführt ist. Das in einem Detektorchip erzeugte Signal ist oftmals vergleichsweise gering, beispielsweise ein Photostrom in der Größenordnung von nA, sodass eine Verstärkung dieses Signals zur weitergehenden Verwendung des Detektorsignals oftmals erforderlich ist. Wird dem Halbleiterchip zur Verarbeitung aber ein bereits erheblich gestörtes Signals zugeführt, so werden die Störungen zusammen mit dem Detektorsignal verstärkt. Mittels der Aufeinanderanordnung des Detektorchips und des Halbleiterchips kann die Gefahr einer derartigen Störung verringert werden und die Detektoranordnung ist mit einer vorteilhaft geringen Anfälligkeit gegenüber äußeren, in die Anordnung einkoppelnden elektromagnetischen Störungen ausbildbar.
  • Der Halbleiterchip und der Detektorchip sind insbesondere als diskrete Chips ausgeführt. Gegenüber einer monolithisch integrierten Ausführung eines mikroelektronischen Halbleiterelements und eines optoelektronischen Detektorelements können bei einer diskreten Ausführung die Einzelchips vereinfacht gesondert gefertigt und auf ihre jeweilige Funktion hin optimiert werden.
  • Der mikroelektronische Halbleiterchip, der z.B. eine integrierte Schaltung aufweist (IC-Chip), basiert bevorzugt auf einem Elementhalbleitermaterial, besonders bevorzugt auf Silizium. Silizium ist für die Ausbildung eines mikroelektronischen Chips mit einer integrierten Schaltung (IC-Chip), insbesondere auch einer Verstärkerschaltung, besonders geeignet.
  • Für einen Detektorchip, insbesondere zur Strahlungsdetektion, ist ein Verbindungshalbleitermaterial oder sind Verbindungshalbleitermaterialien, insbesondere ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial beziehungsweise III-V-Verbindungshalbleitermaterialien, besonders geeignet. Bevorzugt enthält oder basiert der Detektorchip daher auf einem Verbindungshalbleitermaterial oder Verbindungshalbleitermaterialien. Bei der Umwandlung von Strahlung in ein Detektorsignal in einem der Detektorsignalerzeugung dienenden aktiven Bereich des Detektorchips durch Absorption von Strahlung in diesem aktiven Bereich zeichnen sich III-V-Verbindungshalbleitermaterialien durch vereinfacht erzielbare hohe Quanteneffizienzen aus.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Detektorchip über eine zwischen dem Halbleiterchip und dem Detektorchip angeordnete, elektrisch leitende Verbindungsschicht, insbesondere direkt, elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip verbunden.
  • Mit Vorteil kann über die Ausbildung einer schichtartigen elektrisch leitenden Verbindung zwischen dem Detektorchip und dem Halbleiterchip die elektrische Verbindungsstrecke zwischen dem Halbleiterchip und dem Detektorchip gegenüber einer anderweitigen elektrisch leitenden Verbindung, wie etwa einem Bonddraht, vereinfacht verkürzt werden. Die Gefahr der Einkopplung elektromagnetischer Störungen in die Detektoranordnung kann so vermindert werden.
  • Bevorzugt ist der Detektorchip mit dem Halbleiterchip, insbesondere mit einem Eingang des Halbleiterchips, elektrisch leitend verbunden. Der Detektorchip kann auf dem Eingang des Halbleiterchips angeordnet sein, wobei die elektrisch leitende Verbindung mit besonderem Vorteil über die Verbindungsschicht erfolgen kann. Über den Eingang des Halbleiterchips wird das Detektorsignal zweckmäßigerweise zur Verarbeitung in den Halbleiterchip geleitet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine dem Halbleiterchip abgewandte Seite des Detektorchips zur Erdung des Detektorchips, insbesondere mittels eines Bonddrahts, vorgesehen. Hierzu kann auf der dem Halbleiterchip abgewandten Seite des Detektorchips ein Kontakt, der zur Erdung, z.B. über Verbindung des Kontakts mit einem Bonddraht, vorgesehen ist, angeordnet sein. Der Eingang des Halbleiterchips, der bevorzugt auf der der Erdungsseite abgewandten Seite des Detektorchips angeordnet ist, kann so effizient gegen die Einkopplung elektromagnetischer Störungen in die Detektoranordnung abgeschirmt werden.
  • Weiterhin ist der Detektorchip bevorzugt als Diodenchip ausgeführt. Ein Diodenchip ist als Strahlungsdetektor besonders geeignet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Detektorchip auf dem Halbleiterchip befestigt. Hierzu ist der Detektorchip mit dem Halbleiterchip bevorzugt mittels einer haftvermittelnden Schicht, beispielsweise einer Klebstoffschicht, mit dem Halbleiterchip verbunden. Mit besonderem Vorteil ist die haftvermittelnde Schicht elektrisch leitend, insbesondere zugleich als elektrisch leitende Verbindungsschicht, ausgeführt. Hierzu ist eine elektrisch leitend ausgebildete Klebstoffschicht, etwa eine Silberleitkleberschicht, besonders geeignet.
  • Ein Dicke der Verbindungsschicht ist bevorzugt kleiner oder gleich 15 µm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10 µm. Weiterhin ist die Dicke der Verbindungsschicht bevorzugt größer oder gleich 3 µm, besonders bevorzugt größer oder gleich 5 µm. Derartige Schichtdicken, insbesondere zwischen einschließlich 5 µm und einschließlich 10 µm, sind für eine zuverlässige elektrisch leitende Verbindung und zugleich eine zuverlässige Befestigung des Detektorchips auf dem Halbleiterchip über die haftvermittelnde Verbindungsschicht und auch im Hinblick auf die verringerte Gefahr der Einkopplung elektromagnetischer Störungen in das Detektorsignal besonders geeignet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine dem Detektorchip zugewandte Oberfläche des Halbleiterchips größer als eine dem Halbleiterchip zugewandte Oberfläche des Detektorchips. Die Anordnung des Detektorchips auf der Oberfläche des Halbleiterchips kann so vereinfacht werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist eine dem Detektorchip abgewandte Oberfläche des Halbleiterchips als Montagefläche zur Montage der Detektoranordnung auf einem Trägerelement vorgesehen. Hierzu ist die Montagefläche dem Trägerelement vorzugsweise zugewandt. Aufgrund der Aufeinanderanordnung von Detektorchip und Halbleiterchip wird die Montagefläche mit Vorteil im Wesentlichen nur durch die dem Detektorchip abgewandte Oberfläche des Halbleiterchips bestimmt. Dies erleichtert eine vorteilhaft platzsparende Montage der Detektoranordnung.
  • Weiterhin ist eine Höhe der Detektoranordnung bevorzugt kleiner oder gleich 500 µm, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 400 µm. Hierdurch wird eine geringe Bauhöhe der Detektoranordnung erreicht. Beispielsweise kann der Halbleiterchip eine Höhe von 200 µm oder weniger und/oder der Detektorchip eine Höhe von 200 µm oder weniger aufweisen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der Detektorchip eine spektrale Empfindlichkeitsverteilung auf, die gemäß einer vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung geformt ist.
  • Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Detektorchips ist durch die Abhängigkeit des im Detektorchip erzeugten Signals, etwa des Photostroms oder davon abhängigen Größen, von der Wellenlänge der auf den Detektorchip einfallenden Strahlung gegeben.
  • Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Detektorchips und hierüber diejenige der Detektoranordnung kann über die Ausbildung des Detektorchips gezielt geformt werden. Bevorzugt ist der Detektorchip derart ausgebildet, dass sich das im Detektorchip erzeugte Signal gemäß der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung verhält.
  • Ist der Halbleiterchip als Verstärker ausgebildet, so belässt der Halbleiterchip nach der Verstärkung des Signals des Detektorchips die grundsätzliche Signalform des, z.B. gemäß einer vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung geformten Signals des Detektorchips, bevorzugt im Wesentlichen unverändert. Auf eine aufwendige Rückkorrektur eines im Verstärker veränderten Detektorsignals, nach dem Durchlaufen des Verstärkers, das bereits vor dem Eintritt in den Verstärker auf eine vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung abgestimmt war, kann so verzichtet werden.
  • Die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung weist bevorzugt ein Maximum bei einer vorgegebenen Wellenlänge λ0 auf. Die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung kann insbesondere durch diejenige des menschlichen Auges gegeben sein. Deren Maximum liegt für ein helladaptiertes menschliches Auge bei ungefähr 555 nm.
  • Die Detektoranordnung ist bevorzugt zum Einsatz als Umgebungslichtsensor vorgesehen. Die Detektoranordnung liefert aufgrund des im Halbleiterchip verstärkbaren Detektorsignals ein vorteilhaft hohes Ausgangssignal, das bei einer Aufeinanderanordnung des Halbleiterchips und des Detektorchips eine vorteilhaft geringe Anfälligkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen zeigt. Als Umgebungslichtsensor ist die Detektoranordnung zur Steuerung von Beleuchtungsvorrichtungen, wie der Hinterleuchtung von Anzeigen, etwa der Anzeige eines Mobiltelefons oder einer Anzeigevorrichtung in einem Fahrzeug, z.B. einem Armaturenbrett, besonders geeignet.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann ein zur Detektorsignalerzeugung vorgesehener aktiver Bereich des Detektorchips eine Mehrzahl von Funktionsschichten unterschiedlicher Bandlücken und/oder Dicken aufweisen. Bevorzugt absorbiert zumindest eine der Funktionsschichten Strahlung in einem Wellenlängenbereich der Wellenlängen größer als λ0 umfasst. Hierzu ist die der Bandlücke dieser Funktionsschicht entsprechende Wellenlänge bevorzugt größer als λ0 . Über eine derartige Ausbildung des aktiven Bereichs kann die Empfindlichkeit des Detektorchips vereinfacht gemäß der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung geformt werden.
  • Für Wellenlängenbereiche, in denen die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung vergleichsweise hohe Werte annimmt, sind die Funktionsschichten vorzugsweise entsprechend dick ausgebildet, sodass eine entsprechend hohe Strahlungsleistung in diesen Wellenlängenbereich absorbiert wird. Dementsprechend können in den jeweiligen Funktionsschichten vermehrt Elektron-Loch-Paare erzeugt werden, die zu einem erhöhten Signal des Detektorchips in diesem Wellenlängenbereich führen können. Für Wellenlängenbereiche mit geringeren Werten der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung sind die entsprechenden Funktionsschichten vorzugsweise entsprechend dünn ausgebildet. Über die Dicke der jeweiligen Funktionsschicht kann die Responsivität des Detektorchips (die erzeugte Signalstärke bezogen auf die auf den Detektor einfallende Strahlungsleistung) in dem der jeweiligen Funktionsschicht zugeordneten Wellenlängenbereich gezielt beeinflusst werden. Über das Verhältnis der Dicken der Funktionsschichten zueinander kann die Anpassung der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des Detektorchips an die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung vereinfacht erzielt werden. Insbesondere kann mittels der Ausbildung des aktiven Bereichs eine Anpassung der Detektorempfindlichkeit an die vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung für Wellenlängen größer λ0 erfolgen. Bevorzugt weist zumindest eine Funktionsschicht eine Bandlücke im Bereich um die Wellenlänge λ0 auf, sodass im Bereich um das Maximum der vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung ein vergleichsweise hohes Detektorsignal erzeugt wird.
  • Der aktive Bereich ist bevorzugt in einem Halbleiterkörper des Detektorchips integriert. Besonders bevorzugt ist der aktive Bereich zwischen zwei Schichten unterschiedlichen Leitungstyps (p- oder n-leitend) ausgebildet. Die Funktionsschichten sind bevorzugt intrinsisch, d.h. undotiert, ausgeführt und besonders bevorzugt zwischen den Schichten unterschiedlichen Leistungstyps angeordnet.
  • Zwischen dem aktiven Bereich und einer Strahlungseintrittsfläche des Detektorchips, die bevorzugt durch eine dem Halbleiterchip abgewandte Oberfläche des Halbleiterkörpers des Detektorchips gebildet ist, kann eine Filterschichtstruktur mit zumindest einer Filterschicht, angeordnet sein. Die Filterschichtstruktur ist bevorzugt monolithisch im Halbleiterkörper des Detektorchips integriert. Die Filterschicht absorbiert bevorzugt Strahlung in einem Wellenlängenbereich, der Wellenlängen kleiner als λ0 umfasst. In der Filterschichtstruktur absorbierte Strahlungsleistung gelangt nicht zum aktiven Bereich, sodass im gefilterten Wellenlängenbereich nur ein dementsprechend verringertes Signal erzeugt wird. Zweckmäßigerweise ist die Filterschichtstruktur außerhalb des aktiven Bereichs angeordnet. Mittels der Filterschichtstruktur kann die Empfindlichkeit des Detektorchips für Wellenlängen kleiner der Wellenlänge λ0 des Maximums der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung geformt werden. Hierzu entspricht eine - indirekte oder direkte - Bandlücke der Filterschicht bevorzugt eine Wellenlänge kleiner λ0 .
  • Weist die Filterschichtstruktur eine Mehrzahl von Filterschichten auf, so sind diese bevorzugt mit unterschiedlichen Bandlücken und/oder Dicken ausgebildet. Die Anpassung der Detektorempfindlichkeit an die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung kann so vereinfacht werden.
  • Aufgrund der monolithisch in den Halbleiterkörper integrierbaren Filterschichtstruktur und der Ausbildung des aktiven Bereichs kann bei der Anpassung der Empfindlichkeit des Detektorchips an eine vorgegebene Empfindlichkeit auf externe Filter, Filter die außerhalb des Halbleiterkörpers angeordnet sind, verzichtet werden. Der Halbleiterkörper kann insbesondere mit einer spektralen Empfindlichkeitsverteilung gemäß der vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung epitaktisch gewachsen sein.
  • III-V-Verbindungshalbleitermaterialien, vorzugsweise Materialien aus den Materialsystemen Inx Gay Al1-x-y P, mit 0≤x≤1, 0≤y≤1 und x+y≤1, vorzugsweise x≠0 und/oder y≠0, und/oder Inx Gay Al1-x-y As, mit 0≤x≤1, 0≤y≤1 und x+y≤1, vorzugsweise x≠0 und/oder y≠0, sind für einen Detektorchip, insbesondere zur Detektion gemäß der vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung des menschlichen Auges, besonders geeignet. Im sichtbaren Spektralbereich können mittels III-V-Verbindungshalbleitermaterialien besonders hohe interne Quanteneffizienten bei der Signalerzeugung im aktiven Bereich erzielt werden.
  • Für die Ausbildung des aktiven Bereichs, insbesondere der Funktionsschichten, ist das Materialsystem Inx Gay Al1-x-y P besonders geeignet. Für die Filterschichten eignen sich besonders Materialien aus den Materialsystemen AlxGa1-xAs, mit 0≤x≤1, vorzugsweise x>0, oder Inx Gay Al1-x-y P. Enthält der Halbleiterkörper Elemente auf AlxGa1-xAs-Basis, so sind Elemente des Halbleiterkörpers auf Inx Gay Al1-x-y P-Basis bevorzugt zumindest teilweise aus dem Untermaterialsystem In0,5(Ga1-xAlx)0,5P, mit 0≤x≤1, vorzugsweise x>0, gewählt. AlxGa1-xAs und In0,5 (Ga1-xAlx)0,5P sind untereinander und auch an GaAs, das beispielsweise als Aufwachssubstrat für den Halbleiterkörper verwendet werden kann, gut gitterangepasst.
  • Photodiodenchips auf Si-Basis dagegen zeigen im sichtbaren Spektralbereich eine vergleichsweise geringe spektrale Empfindlichkeit und sind bis weit ins Infrarote empfindlich, sodass für eine Strahlungsdetektion etwa gemäß der Augenempfindlichkeit, die Empfindlichkeit des Si-Photodiodenchips im langwelligen Bereich oftmals durch aufwändige externe Filterung weitergehend an die vorgegebene Empfindlichkeit angepasst werden muss.
  • Für einen Umgebungslichtsensor gemäß der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des menschlichen Auges ist daher gegebenenfalls auch ein Detektorchip auf Si-Basis geeignet, dessen Empfindlichkeitsverteilung über einen oder eine Mehrzahl von geeigneten externen Filter auf die des menschlichen Auges hin abgestimmt ist. Da Si-Photodiodenchips ohne einen vorgeordneten Filter aber in der Regel die größte Empfindlichkeit im infraroten Spektralbereich zeigen, ist ein Detektorchip auf III-V-Halbleitermaterialbasis zur effizienten Strahlungsdetektion im sichtbaren Spektralbereich und insbesondere auch für einen Umgebungslichtsensor besonders geeignet.
  • Ein Detektorbauelement umfasst eine auf einem Trägerelement montierte erfindungsgemäße Detektoranordnung. Bevorzugt ist der Halbleiterchip zwischen dem Detektorchip und dem Trägerelement angeordnet.
  • Aufgrund der Aufeinanderanordnung des Detektorchips und des mikroelektronischen Halbleiterchips kann das Bauelement mit vorteilhaft geringer Baugröße realisiert werden. Insbesondere können Baugrößen realisiert werden, die in der Regel nur für monolithisch integrierte Lösungen verwirklichbar sind.
  • Bevorzugt ist die Detektoranordnung in eine strahlungsdurchlässige Umhüllung eingebettet. Die Umhüllung kann klar ausgeführt sein. Insbesondere kann auf Filterpartikel zur Anpassung der spektralen Empfindlichkeitsverteilung der Detektoranordnung aufgrund der vereinfacht an eine vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung anpassbaren Empfindlichkeit des Detektorchips verzichtet werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Detektorbauelement eine Mehrzahl, bevorzugt drei oder mehr, externe elektrische Anschlüsse auf, die zur externen elektrischen Kontaktierung der Detektoranordnung vorgesehen sind.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Detektorbauelement oberflächenmontierbar (SMD: surface mountable device) ausgeführt. Die Oberflächenmontagetechnik erleichtert das platzsparende Montieren des Detektorbauelements auf einem externen Leiterelement, etwa einer Leiterplatte.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
    • 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Detektoranordnung,
    • 2 zeigt anhand schematischer Schnittansichten in den 2A und 2B zwei Ausführungsbeispiele eines Detektorchips und in 2C quantitativ den Verlauf der spektralen Empfindlichkeitsverteilungen der beiden Detektorchips und den Verlauf der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des helladaptierten menschlichen Auges und
    • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Detektorbauelements anhand einer schematischen Aufsicht in 3A und einer schematischen Schnittansicht des Detektorbauelements entlang der Linie A-A aus 3A in 3B.
  • Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Detektoranordnung.
  • Die Detektoranordnung 100 umfasst einen optoelektronischen Detektorchip 10 zur Strahlungsdetektion und einen gesonderten mikroelektronischen Halbleiterchip 20. Der Detektorchip 10 ist auf dem Halbleiterchip 20 angeordnet und mit dem Halbleiterchip über eine zwischen dem Halbleiterchip und dem Detektorchip angeordnete Verbindungsschicht 21 verbunden.
  • Der Detektorchip 10 umfasst einen Halbleiterkörper 1, der auf einem Träger 2 angeordnet sein kann. Bevorzugt ist der Halbleiterkörper 1 monolithisch integriert, etwa epitaktisch gewachsen, ausgeführt. Der Träger 2 kann das Aufwachssubstrat, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge für den Halbleiterkörper 1 epitaktisch gewachsen ist, umfassen oder aus diesem gebildet sein.
  • Weiterhin weist der Detektorchip 10 einen zur Detektorsignalerzeugung geeigneten aktiven Bereich 5 auf, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht 3 und einer zweiten Halbleiterschicht 6, die bevorzugt unterschiedliche Leitungstypen (p-leitend oder n-leitend) aufweisen, ausgebildet ist. Der aktive Bereich 5 ist vorzugsweise intrinsisch, das heißt undotiert, ausgeführt. Zwischen einer, insbesondere dem Halbleiterchip 20 abgewandten, Strahlungseintrittsfläche 11 des Detektorchips 10, die zum Eintritt von Strahlung in den Detektorchip vorgesehen ist, und dem aktiven Bereich 5 ist eine Filterschichtstruktur 70 mit einer Filterschicht 7 angeordnet. Diese Elemente des Detektorchips 10 sind vorzugsweise im Halbleiterkörper 1 monolithisch integriert ausgeführt. Die Strahlungseintrittsfläche 11 ist vorzugsweise zumindest durch einen Teilbereich der dem Halbleiterchip 20 abgewandten Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 gebildet.
  • Der aktive Bereich 5 und/oder die Filterschicht 7 enthalten oder basieren bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Mittels III-V-Verbindungshalbleitermaterialien kann vereinfacht ein aktiver Bereich hoher interner Quanteneffizienz ausgebildet werden. Ein aus einer auf den Detektorchip 10 einfallenden Strahlung 8 im aktiven Bereich 5 absorbierter Strahlungsanteil führt somit mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem zum Signal des Detektorchips 10 beitragenden Elektron-Loch-Paar. III-V-Verbindungshalbleitermaterialien, insbesondere Materialien aus dem Materialsystem Inx Gay Al1-x-y P, sind für einen aktiven Bereich 5 zur Detektion sichtbarer Strahlung besonders geeignet.
  • Die Filterschicht 7 kann Anteile aus der Strahlung 8 absorbieren. Da die Filterschicht 7 zwischen dem aktiven Bereich 5 und der Strahlungseintrittsfläche 11 angeordnet ist, tragen die Strahlungsanteile, die in der Filterschicht 7 absorbiert werden, nur in dementsprechend verringerten Maße zum Signal des Detektorchips 10 bei. Mittels der Filterschichtstruktur kann die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Detektorchips 10 - die Abhängigkeit des im Detektorchips erzeugten Signals von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung - vereinfacht gemäß einer vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung, zum Beispiel derjenigen des menschlichen Auges, geformt werden.
  • Auch über die Ausbildung des aktiven Bereichs 5 kann die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Detektorchips 10 an die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung angepasst werden. Hierzu umfasst der aktive Bereich 5 bevorzugt eine Mehrzahl von Funktionsschichten unterschiedlicher Bandlücken und/oder Dicken. Diese Funktionsschichten können Strahlungsanteile aus der einfallenden Strahlung absorbieren. Die mittels der Absorption erzeugten Elektron-Loch-Paare tragen zum Signal des Strahlungsdetektors bei, wobei über die Ausgestaltung der Funktionsschichten der Verlauf der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des Detektorchips formbar ist. Dies wird im Zusammenhang mit den 2A bis 2C näher erläutert.
  • Zur elektrischen Kontaktierung weist der Detektorchip 10 einen ersten Kontakt 9 und einen zweiten Kontakt 12 auf, die beispielsweise jeweils als Metallisierung ausgeführt sind. Der erste Kontakt 9 ist bevorzugt auf der dem Halbleiterchip abgewandten Seite des aktiven Bereichs 5, bevorzugt als auf den Halbleiterkörper 1 aufgebrachter Kontakt, angeordnet. Der zweite Kontakt ist bevorzugt auf der dem Halbleiterchip 20 zugewandten Seite, bevorzugt zwischen dem Halbleiterkörper 1, insbesondere dem Träger 2, und der Verbindungsschicht 21, des aktiven Bereichs 5 angeordnet. Der erste und der zweite Kontakt sind mit dem aktiven Bereich 5 elektrisch leitend verbunden, sodass ein im aktiven Bereich erzeugtes Signal vereinfacht erfasst und dem Halbleiterchip 20 zugeleitet werden kann.
  • Der Halbleiterchip 20 ist beispielsweise als IC-Chip auf Si-Basis zur Verarbeitung des im Detektorchip 10 erzeugten Signals ausgebildet. Eine im Halbleiterchip 20 integrierte, insbesondere logarithmische, Verstärkerschaltung, die den grundsätzlichen Signalverlauf des im Detektorchip 10 erzeugten Signals bevorzugt nicht ändert, ist aufgrund des in der Regel vergleichsweise geringen, im Detektorchip 10 erzeugten Signals zur Verarbeitung des Detektorsignals besonders geeignet. Ein in dem vorzugsweise als Diodenchip ausgeführten Detektorchip erzeugter Photostrom liegt häufig der Größenordnung von nA, so dass eine Verstärkung dieses Signals zur weiteren Verwertung des Signals hilfreich ist. Der Halbleiterchip 20 weist bevorzugt einen Grundkörper 22, zum Beispiel aus Si, auf, in den die Schaltung integriert sein kann. Ferner weist der Halbleiterchip 20 einen Eingang 23 auf, über dem der Detektorchip 10 vorzugsweise angeordnet ist. Der Eingang 23 ist bevorzugt als im Grundkörper 22, zum Beispiel durch Implantation eines Dotierstoffs, ausgebildeter Bereich ausgebildet.
  • Auf dem Eingang 23 des Halbleiterchips 20 ist bevorzugt ein elektrischer Eingangskontakt 24, zum Beispiel eine Metallisierung, angeordnet, der mit dem Eingang 23 des Halbleiterchips 20 elektrisch leitend verbunden ist. Die Verbindungsschicht 21 ist bevorzugt elektrisch leitend ausgeführt und besonders bevorzugt mit dem Eingangskontakt elektrisch leitend verbunden. Mittels der Verbindungsschicht 21, die zwischen dem Eingang 23 und dem aktiven Bereich 5 des Detektorchips 10 angeordnet ist, ist der Detektorchip 10 mit dem Eingang des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden. Vorzugsweise ist der Detektorchip 10 mittels der Verbindungsschicht 21 zugleich auf dem Halbleiterchip 20 befestigt. Die Verbindungsschicht 21 ist hierzu bevorzugt als elektrisch leitend ausgebildete, haftvermittelnde Schicht, zum Beispiel als Leitkleberschicht, insbesondere als Silberleitkleberschicht, ausgeführt.
  • Der Detektorchip 10 ist mit dem Halbleiterchip 20 über die Verbindungsschicht 21 bevorzugt direkt elektrisch leitend verbunden. Auf den Eingangskontakt 24 und/oder den zweiten Kontakt 12 kann gegebenenfalls verzichtet werden.
  • Ein im Detektorchip 10 erzeugtes Signal wird dem Eingang 23 vom aktiven Bereich 5 aus über die erste Halbleiterschicht 3, vorzugsweise den elektrisch leitfähig ausgeführten Träger 2, und den zweiten Kontakt 12 zugeleitet. Aufgrund der Aufeinanderanordnung des Detektorchips 10 und des Halbleiterchips 20 sowie der schichtartigen elektrisch leitenden Verbindung mittels der Verbindungsschicht 21 zwischen den Chips kann die elektrisch leitende Verbindungsstrecke vorteilhaft kurz ausgeführt werden. Vorzugsweise weist die Verbindungsschicht 21 eine Dicke zwischen einschließlich 5 µm und einschließlich 10 µm auf. Mit Vorteil weist dementsprechend auch die Verbindungsstrecke eine Länge in diesem Bereich auf. Die Gefahr einer Einkopplung elektromagnetischer Einflüsse oder das Entstehen durch elektromagnetische Strahlung induzierter Störströme in der Detektoranordnung 100, die das Signal des Detektorchips vor dem Einleiten in den Halbleiterchip 20 verfälschen könnten, kann so bei zuverlässiger Befestigung verringert werden. Von besonderer Bedeutung ist dies, falls die Detektoranordnung zum Einsatz an einem Ort mit vergleichsweise hoher elektromagnetischer Belastung, zum Beispiel in einem Mobiltelefon, vorgesehen ist.
  • Der dem Halbleiterchip 20 abgewandte erste Kontakt des Detektorchips 10 kann zur Erdung mittels eines Bonddrahts ausgeführt beziehungsweise vorgesehen sein, sodass der Eingang 23 des Halbleiterchips 20 bei einer Erdung des Detektorchips 10 auf dessen dem Halbleiterchip 20 abgewandten Seite gegen Einkopplung elektromagnetischer Störungen in die Detektoranordnung effizient abgeschirmt ist.
  • Die Detektoranordnung 100 ist mit einem Detektorchip 10, dessen Empfindlichkeit gemäß der Empfindlichkeitsverteilung des menschlichen Auges ausgebildet ist, als Umgebungslichtsensor, der aufgrund der Verstärkung im Halbleiterchip eine vergleichsweise hohe Ausgangsleistung bzw. ein hohes Ausgangssignal (ein Ausgang des Halbleiterchips 20 ist in 1 nicht explizit dargestellt) liefern kann, besonders geeignet. Ein derartiger Umgebungslichtsensor kann für eine besonders genaue Helligkeitssteuerung einer Beleuchtungs- oder Anzeigevorrichtung gemäß Änderungen im Umgebungslicht, zum Beispiel in Mobiltelefonen oder im Armaturenbrett eines Fahrzeugs, Anwendung finden.
  • Als Umgebungslichtsensor kann auf dem Halbleiterchip 20 gegebenenfalls ein Detektorchip 10 auf Si-Basis, gegebenenfalls mit einem oder einer Mehrzahl von vorgeordneten externen Filtern zur Anpassung der Empfindlichkeit über die Verbindungsschicht befestigt und mit dem Halbleiterchip entsprechend elektrisch leitend verbunden werden. Ein Detektorchip auf III-V-Halbleiterbasis ist für den sichtbaren Spektralbereich jedoch besonders geeignet.
  • Eine dem Detektorchip 10 zugewandte erste Hauptfläche 25 des Halbleiterchips 20 weist bevorzugt einen größeren Flächeninhalt auf als eine dem Halbleiterchip 20 zugewandte Hauptfläche 13 des Detektorchips. Eine stabile Anordnung des Detektorchips 10 auf dem Halbleiterchip 20 wird so erleichtert. Eine Teilfläche des Halbleiterchips 20, vorzugsweise eine den Eingang 23 zumindest teilweise überdeckende Fläche, kann zur Befestigung des Detektorchips 10 vorgesehen sein. Beispielsweise ist diese Fläche durch die dem Grundkörper 22 abgewandte Fläche des Eingangskontakts 24 gegeben. Der Flächeninhalt dieser Fläche ist bevorzugt größer als derjenige der Hauptfläche 13 des Detektorchips 10. Eine dem Detektorchip 10 abgewandte zweite Hauptfläche 26 des Halbleiterchips 10 ist bevorzugt als Montagefläche zur Montage der Detektoranordnung 100 auf einem Trägerelement vorgesehen. Als Montagefläche der Detektoranordnung ist hierbei insbesondere eine dem Trägerelement zugewandte Fläche anzusehen.
  • Ferner kann die Detektoranordnung 100 aufgrund der gestapelten Anordnung des Detektorchips und des Halbleiterchips übereinander besonders kompakt, zum Beispiel mit einer Höhe H von 400 µm oder weniger, ausgebildet werden. Der laterale Platzbedarf einer derartigen Detektoranordnung ist gegenüber dem einer Detektoranordnung mit zwei lateral voneinander beabstandet angeordneten Chips verringert.
  • 2 zeigt anhand schematischer Schnittansichten in den 2A und 2B zwei Ausführungsbeispiele eines Detektorchips und in 2C quantitativ den Verlauf der spektralen Empfindlichkeitsverteilungen der beiden Detektorchips und den Verlauf der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des helladaptierten menschlichen Auges.
  • Derartige Detektorchips sind für eine Detektoranordnung, etwa gemäß 1, aufgrund der vereinfacht gemäß einer vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung formbaren spektralen Empfindlichkeitsverteilung der Detektorchips besonders geeignet.
  • Der Detektorchip 10 umfasst nach den Ausführungsbeispielen in 2A und 2B einen Halbleiterkörper 1, der vorzugsweise auf einem Träger 2 angeordnet ist. Der Halbleiterkörper weist Funktionsschichten 4a, 4b, 4c und 4d verschiedener Bandlücken und/oder Dicken auf, die im wesentlichen den aktiven Bereich 5 des Halbleiterkörpers bilden und der Detektorsignalerzeugung dienen. Bevorzugt weisen zwei, insbesondere beliebige, Funktionsschichten unterschiedliche Bandlücken und besonders bevorzugt unterschiedliche Dicken auf. Der aktive Bereich 5 ist zwischen einer n-leitenden Halbleiterschicht 3, die bevorzugt dem Träger zugewandt ist, und einer p-leitenden Halbleiterschicht 6 angeordnet. Zwischen einer, vorzugsweise dem Träger abgewandten, Strahlungseintrittsfläche 11 des Detektorchips 10, insbesondere des Halbleiterkörpers 1, und dem aktiven Bereich 5 ist eine Filterschichtstruktur 70 mit zumindest einer Filterschicht angeordnet.
  • Der Halbleiterkörper mit der Filterschichtstruktur, der n- und der p-leitenden Halbleiterschicht und den, vorzugsweise intrinsisch ausgeführten, Funktionsschichten ist bevorzugt monolithisch integriert ausgebildet. Besonders bevorzugt umfasst der Träger 2 das Aufwachssubstrat, auf dem die Schichten für den Halbleiterkörper epitaktisch, z.B. mittels MOVPE, gewachsen sind, oder ist aus dem Aufwachssubstrat gebildet.
  • Die n- bzw. p-leitende Halbleiterschicht 3, 6 ist bevorzugt derart hoch dotiert, dass sich eine ausgedehnte Raumladungszone ausbildet, die von der p-leitenden bis zur n-leitenden Halbleiterschicht reicht. Die Funktionsschichten 4a, 4b, 4c, 4d sind bevorzugt innerhalb dieser Raumladungszone angeordnet. Eine derartige Raumladungszone kann beispielsweise eine vertikale Ausdehnung von 1100 nm, vorzugsweise 1200 nm oder mehr haben, je nach Konzentration der Dotierstoffe in den Halbleiterschichten 3, 6.
  • Je nach ihrer genauen Ausbildung - insbesondere hinsichtlich der jeweiligen Bandlücke - können die Funktionsschichten bestimmte Wellenlängen aus einer in den Halbleiterkörper 1 eintretenden Strahlung 8 absorbieren. Mit der Absorption werden Elektron-Loch-Paare erzeugt, die, sofern sie in der Raumladungszone erzeugt werden, zum Signal des Detektorchips, z.B. dem Photostrom oder davon abhängigen Größen, beitragen. Die Stärke des Photostroms in Abhängigkeit von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung bestimmt hierbei die Empfindlichkeit des Detektorchips mit dem Halbleiterkörper als Strahlung detektierendem Element.
  • Mittels der Ausbildung der Filterschichtstruktur 70 und der Ausbildung der Funktionsschichten 4a, 4b, 4c und 4d kann die spektrale Empfindlichkeit des Halbleiterkörpers und hierüber die des Detektorchips auf eine vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung, die bevorzugt ein Maximum bei einer vorgegebenen Wellenlänge λ0 aufweist, abgestimmt werden.
  • Vorzugsweise bewirkt die Filterschichtstruktur 70 hierbei die Anpassung der Detektorempfindlichkeit an die vorgegebene Empfindlichkeit durch Absorption von Anteilen aus der einfallenden Strahlung mit Wellenlängen kleiner λ0 . Strahlung mit Wellenlängen kleiner λ0 trifft somit nur noch in verminderter Intensität auf den aktiven Bereich. Das in diesem Wellenlängenbereich erzeugte Signal wird in der Folge durch die Absorption in der Filterschichtstruktur an die vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung angepasst.
  • Die durch Absorption von Strahlung in der Filterschichtstruktur erzeugten Elektron-Loch-Paare tragen vorzugsweise im Wesentlichen nicht zum Signal bei. Hierzu ist die Filterschichtstruktur zweckmäßigerweise außerhalb des aktiven Bereichs 5, insbesondere außerhalb der Raumladungszone, angeordnet. Eine direkte oder indirekte Bandlücke der jeweiligen Filterschicht kann hierbei einer Wellenlänge kleiner λ0 entsprechen.
  • Bevorzugt ist die Filterschichtstruktur 70 dotiert ausgeführt und/oder weist den gleichen Leitungstyp wie die Halbleiterschicht 6 auf.
  • Über die Bandlücke der Funktionsschichten kann die in der jeweiligen Funktionsschicht zu absorbierende Wellenlänge bzw. der zu absorbierende Wellenlängenbereich eingestellt werden. Die Dicke der Funktionsschicht bestimmt den Anteil an absorbierter Strahlungsleistung und somit den in der jeweiligen Funktionsschicht erzeugten Beitrag zum Signal. Bevorzugt ist der Halbleiterkörper 1 so ausgerichtet, dass die einfallende Strahlung 8 auf den Halbleiterkörper 1 größtenteils seitens der Strahlungseintrittsfläche 11 auf den Detektorchip 10 auftrifft.
  • Die Funktionsschichten sind bevorzugt zumindest teilweise, etwa über geeignete Wahl einer direkten Bandlücke, derart ausgebildet, dass Strahlung mit Wellenlängen größer λ0 absorbiert wird. Hierüber kann die langwellige Seite der Empfindlichkeitsverteilung für Wellenlängen größer λ0 an die vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung angepasst werden.
  • Insbesondere kann das Signal durch geeignete Ausbildung der Funktionsschichten gemäß dem Verlauf der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung, insbesondere für Wellenlängen größer λ0 , erzeugt werden.
  • Ferner entsprechen die Bandlücken der Funktionsschichten bevorzugt zumindest teilweise Wellenlängen größer als λ0 . Vorzugsweise weist eine Mehrzahl der Funktionsschichten eine Bandlücke auf, die einer Wellenlänge größer λ0 entspricht. Dadurch kann die Abstimmung der Detektorempfindlichkeit auf die vorgegebene Empfindlichkeit auf der kurzwelligen Seite (kleiner λ0 ) erleichtert werden, da diese dann im wesentlichen nur durch die Filterschichtstruktur bestimmt wird und so der Aufwand einer Abstimmung von Funktionsschichten und Filterschichtstruktur aufeinander verringert werden kann.
  • Durch eine Anordnung der Filterschichtstruktur außerhalb der Raumladungszone wird die Abstimmung der Detektorempfindlichkeit auf die vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung vorteilhaft erleichtert, da die Filterschichtstruktur von den Funktionsschichten entkoppelt ist. Hierdurch wird die Gefahr eines störenden Einflusses von in der Filterschicht erzeugten Elektron-Loch-Paaren auf das Detektorsignal, das im Bereich der Funktionsschichten gemäß der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung erzeugt wird, verringert. Das für die Empfindlichkeit des Detektorchips maßgebliche Signal wird vorzugsweise im Wesentlichen im aktiven Bereich erzeugt.
  • Ein derartiger Halbleiterkörper erlaubt es, die Empfindlichkeit des Detektorchips über die Anordnung und Ausgestaltung der Filterschichtstruktur und des aktiven Bereichs gemäß der vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung zu formen. Hinsichtlich der Funktionsschichten gilt dies bevorzugt für die langwellige Seite der Detektorempfindlichkeit, während die Filterschichtstruktur bevorzugt die kurzwellige Seite der Detektorempfindlichkeit gemäß der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung bestimmt.
  • Der Detektorchip kann sehr platzsparend und einfach hergestellt werden. Auf zusätzliche externe Filter, etwa Filterpartikel, zur Anpassung an die vorgegebene Empfindlichkeit kann verzichtet werden.
  • Die Anzahl der Funktionsschichten richtet sich bevorzugt nach der spektralen Breite der vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung. Je breiter die Verteilung, desto höher die Anzahl der Funktionsschichten. Es hat sich gezeigt, dass eine Anordnung von vier unterschiedlichen Funktionsschichten in einer Heterostruktur für die Abstimmung des erzeugten Signals auf eine vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung, insbesondere die des menschlichen Auges, oftmals gut geeignet ist.
  • Der Detektorchip 16 kann mit elektrischen Kontakten - beispielsweise auf dem Halbleiterkörper angeordneten Metallisierungen - versehen werden, um das im Halbleiterkörper erzeugte Signal weiter verarbeiten zu können. Die Kontakte können dabei auf verschiedenen Seiten des Halbleiterkörpers angeordnet sein. Sind die Kontakte auf verschiedenen Seiten des Trägers (vgl. z.B. die Kontakte 9 und 12 des Detektorchips 10 aus 1) angeordnet, so ist der Träger zur Erhöhung seiner Leitfähigkeit vorzugsweise entsprechend dotiert.
  • Ein aktiver Bereich 5 oder ein Halbleiterkörper 1, der auf III-V-Verbindungshalbleitermaterialien basiert, ist für die Anpassung der Empfindlichkeit des Detektorchips 10 an eine vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung, insbesondere im sichtbaren Spektralbereich, besonders geeignet, da mit III-V-Halbleitermaterialien besonders hohe Quanteneffizienzen und Bandlücken, die für einen weiten Wellenlängenbereich geeignet sind, realisiert werden können.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Detektorchips weist dessen Empfindlichkeit ein Maximum bei einer Wellenlänge λD auf, die bevorzugt um 20 nm, besonders bevorzugt um 10 nm, oder weniger von der Wellenlänge λ0 des Maximums der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung abweicht.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Detektorchips 10 ist dieser zur Detektion von Strahlung gemäß der Empfindlichkeitsverteilung des menschlichen Auges ausgebildet. Die Augenempfindlichkeit weist ein Empfindlichkeitsmaximum bei λ0 ≈ 555 nm (helladaptiert, Tagsehen) oder bei λ0 ≈ 500 nm (dunkeladaptiert, Nachtsehen) auf.
  • Die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung, insbesondere die des menschlichen Auges, wird häufig so angegeben, dass sie bei der Wellenlänge λ0 den Wert 1 beziehungsweise 100% annimmt. Die Empfindlichkeit des Detektorchips, die von der Signalstärke abhängt, wird häufig über die Responsivität, d.h. Ampere des erzeugten Photostroms pro Watt der einfallenden Strahlungsleistung, angegeben.
  • Zum Vergleich der Detektorempfindlichkeit mit der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung ist es deshalb zweckmäßig, die beiden Empfindlichkeiten so aneinander anzupassen, dass die vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung bei λ0 und die Detektorempfindlichkeit bei λD den Wert 100% annehmen (relative Empfindlichkeiten). Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf relative Empfindlichkeiten, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Der Halbleiterkörper ist bevorzugt derart ausgebildet, dass bei einer beliebigen vorgegebenen Wellenlänge die Abweichung der relativen Werte der Detektorempfindlichkeit von der vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung kleiner als 20%, besonders bevorzugt kleiner als 15% ist.
  • Für einen Detektorchip gemäß der Augenempfindlichkeit, insbesondere des helladaptierten menschlichen Auges, basiert der Halbleiterkörper 1 bevorzugt auf den III-V-Halbleitermaterialsystemen InxGayAl1-x-yP und/oder InxGayAl1-x-yAs. Die Funktionsschichten 4a, 4b, 4c und 4d sind bevorzugt aus diesen Materialsystemen, insbesondere aus dem Materialsystem InxGayAl1-x-yP, vorzugsweise mit x≠0 und/oder y≠0, ausgebildet. Die Bandlücken können hierbei über Variation des Al-Gehalts eingestellt werden, wobei ein höherer Al-Gehalt größeren Bandlücken entsprechen kann. Dies gilt zumindest für Al-Gehalte, für die die genannten Halbleitermaterialsysteme direkte Halbleiter bilden, welche für die Ausbildung der Funktionsschichten bevorzugt sind. Besonders bevorzugt basiert der Halbleiterkörper auf In0,5 (Ga1-xAlx)0,5P und/oder AlxGa1-xAs, die untereinander und auch an ein GaAs-Aufwachssubstrat gut gitterangepasst sind.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß 2A umfasst die Filterschichtstruktur 70 eine einzelne Filterschicht 7.
  • Die Filterschicht 7 bestimmt den Verlauf der kurzwelligen Seite der Detektorempfindlichkeit bevorzugt durch Absorption von Wellenlängen kleiner als λ0 über eine indirekte Bandlücke. Hierzu ist die Filterschicht zweckmäßigerweise entsprechend dick ausgeführt.
  • Eine direkte Bandlücke der Filterschicht bestimmt vorzugsweise eine kurzwellige Grenzwellenlänge der Detektorempfindlichkeit. Für Wellenlängen kleiner der kurzwelligen Grenze verschwindet die Detektorempfindlichkeit oder ist vernachlässigbar.
  • Die Filterschicht 7 ist in einem Halbleiterkörper gemäß der Augenempfindlichkeit vorzugsweise aus AlxGa1-xAs (0≤x≤1) oder GaP gebildet. Mit Vorteil können Halbleiterkörper mit den genannten Funktions- bzw. Filterschichtmaterialien monolithisch integriert hergestellt sein.
  • Die für die Filterschicht genannten Materialien können eine direkte und eine indirekte Bandlücke aufweisen, wobei die direkte Bandlücke vorzugsweise einer Wellenlänge kleiner als λ0 entspricht, die besonders bevorzugt die kurzwellige Grenze der Detektorempfindlichkeit bestimmt.
  • GaP beispielsweise weist eine direkte Bandlücke (EG ≈ 2,73 eV) auf, die einer Wellenlänge von ungefähr 455 nm entspricht, während die direkte Bandlücke (EG ≈ 2,53 eV) von Al0,8Ga0,2As, das für eine Filterschicht verwendet werden kann, ungefähr 490 nm entspricht. Die Absorption von einfallender Strahlung über die indirekte Bandlücke bestimmt vorzugsweise die kurzwellige Seite der Detektorempfindlichkeit für Wellenlängen kleiner λ0 . Der Anteil der über die indirekte Bandlücke absorbierten Strahlungsleistung kann über die Dicke der Filterschicht beeinflusst werden.
  • Für einen Detektorchip 10 mit einer spektralen Empfindlichkeitsverteilung gemäß derjenigen des menschlichen helladaptierten Auges ist ein die folgenden Elemente aufweisender Detektorchip 10, der eine Filterschichtstruktur mit einer einzelnen Filterschicht 7 gemäß 2A aufweist, besonders geeignet:
  • Auf einem Träger 2 aus n-GaAs, der als Aufwachssubstrat dient, wird der auf InxGayAl1-x-yP basierende Halbleiterkörper epitaktisch, beispielsweise mittels eines MOVPE-Verfahrens, gewachsen. Zunächst wird auf dem GaAs-haltigen Träger 2 eine ungefähr 100 nm dicke hochdotierte (n+) n-leitende Halbleiterschicht 3 aus In0,5Al0,5P gewachsen. Nachfolgend wird der aktive Bereich 5 hergestellt, der die im wesentlichen undotierten Funktionsschichten 4a (In0,5Ga0,5P, Dicke ≈ 50 nm, EG ≈ 1,91 eV, λG ≈ 650 nm), 4b (In0,5(Ga0,9Al0,1)0,5P, Dicke ≈ 100 nm, EG ≈ 1,97 eV, λG ≈ 630 nm), 4c (In0,5(Ga0,7Al0,3)0,5P, Dicke ≈ 400 nm, EG ≈ 2, 07 eV, λG ≈ 600 nm), und 4d (In0,5(Ga0,5Al0,5)0,5P, Dicke ≈ 500 nm, EG ≈ 2,20 eV, λG ≈ 565 nm) umfasst. EG bezeichnet hierbei die für die Absorption maßgebliche, insbesondere direkte, Bandlücke des jeweiligen Materials und λG die dieser Bandlücke entsprechende Wellenlänge. Nachfolgend wird eine ungefähr 100 nm dicke, p-leitende hochdotierte (p+) In0,5Al0,5P-Schicht 6 gefolgt von einer ungefähr 15 µm dicken p-GaP Filterschicht 7 hergestellt. Die von der n-leitenden 3 und der p-leitenden Halbleiterschicht 6 hervorgerufene Raumladungszone erstreckt sich durch die Funktionsschichten. Die Filterschicht 7 ist außerhalb der Raumladungszone angeordnet.
  • Mit einer 15 µm dicken Filterschicht 7 ist ein derartiger Halbleiterkörper 1 für einen Detektorchip jedoch vergleichsweise dick.
    Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung 102a eines gemäß obigen Ausführungen ausgebildeten Detektorchips 10 ist in 2C quantitativ, bezogen auf die Augenempfindlichkeitskurve 103 gemäß der V(λ)-Kurve nach der CIE (Commission Internationale l'Eclairage) dargestellt. Hierfür wurde die Empfindlichkeitsverteilung eines Detektorchips 10 mit einem gemäß den obigen Ausführungen ausgebildeten Halbleiterkörper gemessen.
  • Das Maximum der Augenempfindlichkeit λ0 und der Detektorempfindlichkeit λD,a fallen dabei nahezu zusammen, wobei λD,a leicht größer ist als λ0 . Die Abweichung dieser Wellenlängen voneinander beträgt bevorzugt 10 nm, besonders bevorzugt 5 nm, oder weniger. Die kurzwellige Seite 105a der Detektorempfindlichkeit 102a wird dabei durch die Filterschicht 7 bestimmt. Unterhalb einer Grenzwellenlänge λ1 (≈ 455 - 465 nm) ist die Detektorempfindlichkeit nahezu Null. Diese Grenzwellenlänge entspricht ungefähr der direkten Bandlücke (EG ≈ 2,73 eV) von GaP. Für Wellenlängen größer λ1 bestimmt die Filterschicht 7 den Verlauf der kurzwelligen Seite der Detektorempfindlichkeit durch Absorption über ihre indirekte Bandlücke. Da GaP eine vergleichsweise flache Absorptionskante aufweist, ist die Filterschicht mit 15 µm relativ dick ausgeführt, um die Anpassung der Detektorempfindlichkeit an die vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung im Wellenlängenbereich kleiner λ0 zu erzielen.
  • Die langwellige Seite 106a der Detektorempfindlichkeit wird durch die Ausgestaltung der Funktionsschichten bestimmt. Für den Wellenlängenbereich von ungefähr 550 bis ungefähr 620 nm, in dem die Detektor- und die vorgegebene Empfindlichkeit hohe Werte aufweisen, sind die entsprechenden Funktionsschichten 4d und 4c, wie oben dargelegt, mit 500 nm bzw. 400 nm vergleichsweise dick ausgeführt, so dass im Strahlungsdetektor in diesem Wellenlängenbereich ein entsprechend hohes Photostromsignal erzeugt wird. Die Schicht 4b dagegen ist mit 100 nm vergleichsweise dünn ausgeführt, da für Wellenlängen im Bereich größer ungefähr 620 nm die Augenempfindlichkeit vergleichsweise gering ist. Im Bereich größer ungefähr 640 bis 680 nm, insbesondere bis 700 nm, ist die Augenempfindlichkeit sehr gering und die entsprechende Funktionsschicht 4a ist deshalb mit 50 nm vergleichsweise dünn ausgeführt.
  • Im Gegensatz zu dem in 2A dargestellten Detektorchip 10 weist die Filterschichtstruktur 70 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2B eine Mehrzahl von Filterschichten 7a, 7b und 7c auf, die bevorzugt unterschiedliche Bandlücken und/oder Dicken aufweisen. Bevorzugt weisen zwei, insbesondere beliebige, Filterschichten unterschiedliche Bandlücken und besonders bevorzugt unterschiedliche Dicken auf. Die Filterschichtstruktur 70 ist bevorzugt als durchgehender Filterschichtenverbund ausgeführt.
  • Die p-leitende Halbleiterschicht 6 kann auch zur Filterung ausgebildet sein, was jedoch nicht zwingend notwendig ist. Bevorzugt ist zumindest eine, besonders bevorzugt sind alle, Filterschichten der Filterschichtstruktur hochdotiert, etwa p-leitend (p+), ausgeführt.
  • Die Absorption in den Filterschichten der Filterschichtstruktur erfolgt im Wesentlichen über eine direkte Bandlücke der jeweiligen Filterschicht. Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß 2A, in dem die Filterung und insbesondere die Formung der Detektorempfindlichkeit auf der kurzwelligen Seite hauptsächlich durch Absorption über die indirekte Bandlücke der einzelnen Filterschicht erfolgt, kann die Filterschichtstruktur gemäß 3 vereinfacht vergleichsweise dünn ausgeführt sein, ohne sich negativ auf die Anpassung an die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung auszuwirken. Insbesondere kann die Dicke der Filterschichtstruktur 70 insgesamt 1 µm oder weniger, vorzugsweise 0,9 µm oder weniger, betragen.
  • Mit einer Verringerung der Dicke der Filterschichtstruktur sinken, etwa aufgrund verringerter Epitaxiezeiten, mit Vorteil die Herstellungskosten für einen derartigen Halbleiterkörper.
  • Die Filterschichten 7a, 7b, 7c können jeweils auf InxGayAl1-x-yP und/oder InxGayAl1-x-yAs, insbesondere In0,5 (Ga1-xAlx)0,5P und/oder AlxGa1-xAs, basieren.
  • Über eine Filterschichtstruktur 70 mit einer Mehrzahl von dünnen Filterschichten kann ein vergleichsweise schneller Abfall der Detektorempfindlichkeit im Bereich der direkten Bandlücke einer dicken Filterschicht vermieden werden. Die Detektorempfindlichkeit kann somit auch im Bereich der direkten Bandlücke einer Filterschicht oder im Bereich einer auslaufenden kurzwelligen Flanke der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung vereinfacht an die vorgegebene Verteilung angepasst werden.
  • Für einen Detektorchip gemäß 2B, der eine Filterschichtstruktur 70 mit einer Mehrzahl von Filterschichten aufweist, und einer spektralen Empfindlichkeitsverteilung gemäß derjenigen des menschlichen helladaptierten Auges ist ein die folgende Elemente umfassender aktiver Bereich besonders geeignet:
  • Funktionsschicht 4a (In0,5Ga0,5P, Dicke ≈ 50 nm, EG ≈ 1,91 eV, λG ≈ 650 nm), Funktionsschicht 4b (In0,5(Ga0,9Al0,1)0,5P, Dicke ≈ 100 nm, EG ~ 1,97 eV, λG ~ 630 nm), Funktionsschicht 4c (In0,5(Ga0,7Al0,3)0,5P, Dicke ≈ 300 nm, EG ≈ 2,07 eV, λG ≈ 600 nm), und Funktionsschicht 4d (In0,5(Ga0,5Al0,5)0,5P, Dicke ≈ 700 nm, EG ≈ 2,20 eV, λG ≈ 565 nm). Unterschiede zur Ausgestaltung des Halbleiterkörpers gemäß der Augenempfindlichkeit aus 2A zeigen sich in den Dicken der Funktionsschichten 4c und 4d, die aufgrund der Änderung der Filterschichtstruktur dünner bzw. dicker ausgeführt sind.
  • Für die Filterschichtstruktur 70 sind Filterschichten 7a (In0,5Al0,5P, Dicke ≈ 400 nm), 7b (Al0,7Ga0,3As, Dicke ≈ 250 nm) und 7c (Al0,8Ga0,2As, Dicke ≈ 200 nm) besonders geeignet. Mit Vorzug ist, falls die p-leitende Halbleiterschicht 6, wie in 2B dargestellt, als Filterschicht 7a ausgebildet ist, die n-leitende Schicht 3 (In0,5Al0,5P, Dicke ≈ 400 nm) in Zusammensetzung und Dicke entsprechend der p-leitenden Halbleiterschicht 6 ausgeführt. Die Dicke der Filterschichtstruktur ergibt sich in der Folge zu ungefähr 850 nm.
  • Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung 102b eines derart ausgebildeten Detektorchips ist ebenfalls in 2C dargestellt.
  • Der grundsätzliche Verlauf der langwelligen Seite 106b der Detektorempfindlichkeit 102b stimmt mit dem der Detektorempfindlichkeit 102a überein. Die langwellige Seite 106b verläuft im Wesentlichen entsprechend der langwelligen Seite der vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung 103 des menschlichen Auges. Insbesondere ist λD,a ≈ λD,b.
  • Im Unterschied zur Detektorempfindlichkeit 102a erzeugt der Halbleiterkörper gemäß 2B, aufgrund der Mehrzahl an Filterschichten, die gegenüber der einzelnen Filterschicht gemäß der Kurve 102a keine scharfe untere Grenzwellenlänge bestimmen, für geringe Wellenlängen ein signifikantes Signal. Auch für Wellenlängen kleiner λ1 , ab ungefähr 460 nm, ist eine Anpassung der Detektorempfindlichkeit an die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung aufgrund der Mehrzahl von Filterschichten 7a, 7b und 7c somit vereinfacht erzielbar. In 2C ist die kurzwellige Seite 105b der Detektorempfindlichkeit 102b dennoch auch im Bereich vergleichsweise geringer Wellenlängen, etwa kleiner als 490 nm, gut an die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung 103 angepasst.
  • Insgesamt kann mittels einer Mehrzahl von Filterschichten und Absorption von Strahlungsanteilen im Wesentlichen über deren direkte Bandlücken die Anpassung der Detektorempfindlichkeit an die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung verbessert werden. Gleichzeitig wird eine vorteilhaft geringe Dicke der Filterschichtstruktur erzielt.
  • Es sei angemerkt, dass der Al-Gehalt der Funktionsschichten von dem hier angeführten Gehalt abweichen kann. So kann beispielsweise auch mit Funktionsschichten, deren Al-Gehalt um 10% oder weniger, vorzugsweise um 5% oder weniger, von dem oben angeführten Al-Gehalt abweicht, gegebenenfalls ein Detektorchip gemäß der Augenempfindlichkeit realisiert werden.
  • Durch geeignete Ausbildung der Funktionsschichten und der Filterschichtstruktur und deren Abstimmung aufeinander können auch weitere, von der Augenempfindlichkeit abweichende Detektorempfindlichkeiten, beispielsweise gemäß einer vorgegebenen spektralen Rechteckverteilung, realisiert werden. Weiterhin ist die Anzahl der Funktionsschichten - vier Funktionsschichten im Ausführungsbeispiel - nicht als beschränkend anzusehen. Es kann auch eine hiervon abweichende Anzahl von Funktionsschichten in einem Halbleiterkörper für einen Detektorchip vorgesehen sein.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Detektorbauelements anhand einer schematischen Aufsicht in 3A und einer schematischen Schnittansicht des Detektorbauelements entlang der Linie A-A aus 3A in 3B.
  • Das Detektorbauelement 200 umfasst eine Detektoranordnung 100, die auf einem Trägerelement 30 montiert, zum Beispiel aufgelötet, ist. Die Detektoranordnung 100 ist bevorzugt gemäß dem im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgeführt und umfasst den optoelektronischen Detektorchip 10 und den mikroelektronischen Halbleiterchip 20, die über die Verbindungsschicht 21, bevorzugt mechanisch stabil und elektrisch leitend, verbunden sind.
  • Der Detektorchip ist bevorzugt gemäß den Ausführungen zu 2 ausgebildet. Der Halbleiterchip 20 ist zwischen dem Detektorchip 10 und dem Trägerelement 30 angeordnet. Die Detektoranordnung 100 ist in eine klare, strahlungsdurchlässige Umhüllung 36, die vorzugsweise filterpartikelfrei ausgeführt ist, eingebettet. Die Umhüllung 36 enthält beispielsweise ein Reaktionsharz, wie ein Epoxid- oder Acrylharz, ein Silikonharz oder ein Silikon. Eine Epoxidpressmasse ist als Material für die Umhüllung besonders geeignet. Die Umhüllung schützt die Detektoranordnung und gegebenenfalls weitere in die Umhüllung eingebettete Elemente bevorzugt vor schädlichen äußeren Einflüssen, wie mechanischer Belastung.
  • Das Detektorbauelement 200 umfasst weiterhin einen ersten externen Anschluss 31, einen zweiten externen Anschluss 32, einen dritten externen Anschluss 33 und einen vierten externen Anschluss 34 zur externen elektrischen Kontaktierung der Detektoranordnung 100. Diese externen Anschlüsse des oberflächenmontierbar ausgeführten Detektorbauelements 200 können mit den Leiterbahnen einer Leiterplatte (nicht dargestellt) elektrisch leitend verbunden, zum Beispiel verlötet, werden. Die externen Anschlüsse sind bevorzugt jeweils als Anschlussmetallisierung, auf dem, vorzugsweise einen Kunststoff enthaltenden, Trägerelement 30 ausgeführt.
  • Die Detektoranordnung 100 ist mit ihrer als Montagefläche dienenden, dem Detektorchip 10 abgewandten zweiten Hauptfläche 26 auf einen auf dem Trägerelement 30 ausgebildeten Montagebereich 35, der beispielsweise durch eine Metallisierung gebildet ist, montiert. Der erste und der zweite externe Anschluss 31 und 32 sind bevorzugt untereinander, insbesondere direkt, elektrisch leitend verbunden und/oder bei der Montage des Bauelements zur Erdung mittels Legung der Anschlüsse auf Massepotenzial vorgesehen. Gegebenenfalls können der erste und der zweite externe Anschluss 31 bzw. 32 auch als einzelner, gemeinsamer Anschluss ausgeführt sein.
  • Der Montagebereich 35 ist bevorzugt mit dem ersten und dem zweiten externen Anschluss 31 und 32 thermisch leitend verbunden, sodass im Halbleiterchip 20 entstehende Wärme vereinfacht über den Montagebereich 35 vom Halbleiterchip und die externen Anschlüsse 31 und 32 ableitbar ist.
  • Ein Drahterdungsbereich 37, der zum Beispiel als Metallisierung ausgeführt ist, ist bevorzugt mit dem ersten und dem zweiten externen Anschluss 31, 32, insbesondere über den Montagebereich 35, elektrisch leitend verbunden, sodass der erste Kontakt 9 des Detektorchips 10 und vorzugsweise ein auf der ersten Hauptfläche 25 des Halbleiterchips 20 angeordneter Erdungskontakt 43 mittels jeweils eines Bonddrahtes 38 beziehungsweise 39 über den Drahterdungsbereich 37 erdbar sind. Der Erdungskontakt 43 und der erste Kontakt 9 sind hierzu über die Bonddrähte 39 beziehungsweise 38 mit dem Drahterdungsbereich 37 elektrisch leitend verbunden.
  • Der Eingang 23 des Halbleiterchips 20 ist mittels des Bonddrahtes 38 vorteilhaft gegenüber der Einkopplung elektromagnetischer Umgebungsstörungen abgeschirmt. Induzierte Störungen, z.B. ein Störstrom, werden anstatt in den Detektorchip oder den Halbleiterchip auf diese Weise mit Vorteil vereinfacht auf Massepotenzial abgeführt.
  • Auch die elektrisch leitende Schichtverbindung zwischen dem Detektorchip 10 und dem Halbleiterchip 20 über die Verbindungsschicht 21 vermindert die Gefahr der Einkopplung elektromagnetischer Störungen in das Detektorbauelement 200, insbesondere in das vom Detektorchip erzeugte und in den Halbleiterchip geleitete Signal des Detektorchips.
  • Der dritte externe Anschluss 33 ist bevorzugt mit einem Versorgungskontakt 40, den der Halbleiterchip 20 aufweisen kann, zum Beispiel mittels eines weiteren Bonddrahts 41, elektrisch leitend verbunden. Über den dritten externen Anschluss 33 kann der Halbleiterchip 20 auf diese Weise mit einer Versorgungsspannung (VCC ) versorgt werden. Der Versorgungsanschluss 40 ist bevorzugt auf der ersten Hauptfläche 25 des Halbleiterchips 20 angeordnet und beispielsweise als Metallisierung ausgebildet.
  • Über den vierten externen Anschluss 34, der bevorzugt mit einem Ausgangskontakt 42, z.B. einer Metallisierung, des Halbleiterchips 20, zum Beispiel über einen weiteren Bonddraht 44, elektrisch leitend verbunden ist, kann das im Halbleiterchip verstärkte Signal des Detektorchips erfasst werden. Der Ausgangskontakt 42 ist bevorzugt auf der Hauptfläche 25 angeordnet und mit einem Ausgang des Halbleiterchips elektrisch leitend verbunden. Die Übereinanderanordnung des Detektorchips und des Halbleiterchips erleichtert in Kombination mit der Erdung des ersten Kontakts eine zuverlässige Erfassung und weitere Verwendung des Ausgangssignals des Detektorbauelements, das vorteilhaft störungsarm bzw. störungsunempfindlich ist.
  • Aufgrund der Aufeinanderanordnung des Detektorchips 10 und des Halbleiterchips 20 der Detektoranordnung 100 kann ein sehr platzsparendes Detektorbauelement 200, insbesondere mit geringer Montagefläche, gebildet werden. Ein Gehäuse des Detektorbauelements 200, das das Trägerelement 30 und die Umhüllung 36 umfassen kann, weist einen geringen Platzbedarf bei der Montage des Detektorbauelements, z.B. auf einer Leiterplatte, auf. Eine Montagefläche des Bauelements ist bevorzugt die der Detektoranordnung abgewandte Oberfläche des Trägerelements 30.

Claims (13)

  1. Verwendung einer Detektoranordnung (100) mit einem mikroelektronischen Halbleiterchip (20) und einem gesonderten optoelektronischen Detektorchip (10) als Umgebungslichtsensor, wobei der Detektorchip (10) einen Halbleiterkörper (1) umfasst und auf dem Halbleiterchip (20) angeordnet ist, wobei - der Halbleiterchip (20) einen Grundkörper (22) aufweist und als Verstärker zur Verstärkung des im Detektorchip (10) erzeugten Signals ausgebildet ist, - der Detektorchip (10) über eine zwischen dem Halbleiterchip (20) und dem Detektorchip (10) angeordnete, elektrisch leitende Verbindungsschicht (21) elektrisch leitend mit dem Halbleiterchip (20) verbunden ist, - der Detektorchip (10) zur elektrischen Kontaktierung einen ersten Kontakt (9) und einen zweiten Kontakt (12) sowie einen zur Detektorsignalerzeugung geeigneten aktiven Bereich (5) aufweist, - der zweite Kontakt (12) auf der dem Halbleiterchip (20) zugewandten Seite des aktiven Bereichs (5) zwischen dem Halbleiterkörper (1) und der Verbindungsschicht (21) angeordnet ist, - eine Dicke der Verbindungsschicht (21) kleiner oder gleich 15 µm ist, - der erste Kontakt (9) auf der dem Halbleiterchip (20) abgewandten Seite des aktiven Bereichs (5) als auf den Halbleiterkörper (1) aufgebrachter Kontakt angeordnet ist, - der Detektorchip (10) auf einem Eingang (23) des Halbleiterchips (20) angeordnet ist, wobei der Eingang (23) als im Grundkörper (22), durch Implantation eines Dotierstoffs in diesen, ausgebildeter Bereich ausgebildet ist, - auf dem Eingang (23) ein elektrischer Eingangskontakt (24) angeordnet ist, der mit dem Eingang (23) elektrisch leitend verbunden ist, und - die Verbindungsschicht (21) mit dem Eingangskontakt (24) elektrisch leitend verbunden ist.
  2. Verwendung nach Anspruch 1, bei der die Dicke der Verbindungsschicht (21) zwischen einschließlich 5 µm und einschließlich 10 µm beträgt.
  3. Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Detektorchip (10) auf einem Verbindungshalbleitermaterial oder Verbindungshalbleitermaterialien basiert.
  4. Verwendung nach Anspruch 3, bei der der Detektorchip (10) auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial oder III-V-Verbindungshalbleitermaterialien basiert.
  5. Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Halbleiterchip (20) auf einem Elementhalbleitermaterial, insbesondere Silizium, basiert.
  6. Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Detektorchip (10) mittels einer haftvermittelnden Schicht (21) mit dem Halbleiterchip (20) verbunden ist.
  7. Verwendung nach Anspruch 6, bei der die elektrisch leitende Verbindungsschicht (21) als haftvermittelnde Schicht (21) ausgeführt ist.
  8. Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine dem Halbleiterchip (20) abgewandte Seite (11) des Detektorchips (10) zur Erdung des Detektorchips vorgesehen ist.
  9. Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Detektorchip (10) eine spektrale Empfindlichkeitsverteilung (102a, 102b) aufweist, die gemäß einer vorgegebenen spektralen Empfindlichkeitsverteilung (103) geformt ist.
  10. Verwendung nach Anspruch 9, bei der die vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung die Empfindlichkeitsverteilung des menschlichen Auges (103) ist.
  11. Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Höhe der Detektoranordnung kleiner oder gleich 500 µm ist.
  12. Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine dem Detektorchip (10) abgewandte Oberfläche (26) des Halbleiterchips (20) als Montagefläche zur Montage der Detektoranordnung (100) auf vorgesehen einem Trägerelement (30) ist.
  13. Verwendung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine dem Detektorchip (10) zugewandte Oberfläche (25) des Halbleiterchips (20) größer ist als eine dem Halbleiterchip zugewandte Oberfläche (13) des Detektorchips.
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