DE102018119710A1

DE102018119710A1 - Vorrichtung und verfahren zur bestimmung einer wellenlänge einer strahlung

Info

Publication number: DE102018119710A1
Application number: DE102018119710.1A
Authority: DE
Inventors: Marius Grundmann
Original assignee: Universitaet Leipzig
Current assignee: Universitaet Leipzig
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2020-02-20
Also published as: US20210164901A1; CN112567214A; WO2020035531A1; DE112019004096A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung einer Wellenlänge einer Strahlung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung einer Wellenlänge einer Strahlung.
Stand der Technik:
Im Stand der Technik sind zur Bestimmung einer Wellenlänge einer Strahlung verschiedene Vorrichtungen und Photodetektoren bekannt. Für die Detektion der Wellenlänge eines Lasers ist üblicherweise ein dispersives Element erforderlich, das die einfallende Strahlung nach Wellenlängen sortiert. Als dispersive Elemente werden üblicherweise Gitter oder Prismen eingesetzt. Die nach Wellenlänge sortierte Strahlung beziehungsweise die Strahlungsbestandteile können dann auf verschiedenen Orten eines Photodetektor-Arrays abgebildet werden, wodurch die Wellenlängen der einzelnen Strahlungsbestandteile detektiert werden können. Nachteilig an einer solchen Vorrichtung mit dispersivem Element ist, dass die Vorrichtung zur Wellenlängenbestimmung dadurch sehr groß und unhandlich wird. Insbesondere wenn die Vorrichtung in einen Versuchsaufbau eingebaut werden soll, wäre es aber wünschenswert, wenn eine raumsparende und kompakte Ausführung einer solchen Vorrichtung verfügbar wäre, die dennoch einen vergleichbaren Spektralbereich wie die herkömmlichen Vorrichtungen abdecken kann.
Im Stand der Technik sind wellenlängenempfindliche Vorrichtungen und Photodetektoren bekannt, die beispielsweise indirekte Halbleiter umfassen. Solche indirekten Halbleiter weisen üblicherweise ein langsam ansteigendes Absorptionsspektrum auf. Nachteilig an der Verwendung von indirekten Halbleitern ist es jedoch, dass es nicht für alle Wellenlängenbereiche entsprechende geeignete Halbleitermaterialien gibt.
Ferner sind im Stand der Technik Fourier-Spektrometer bekannt, mit denen ein Interferogramm der einfallenden Strahlung erstellt werden kann. Ein Fourier-Spektrometer umfasst üblicherweise ein Interferometer, wobei innerhalb des Fourier-Spektrometers eine Aufteilung der einfallenden Strahlung in Einzelstrahlen erfolgt, die jeweils auf bewegliche oder feste Spiegel gelenkt und später wieder zusammengeführt werden. Auf diese Weise kann das Interferogramm erhalten werden, das dann über eine Fourier-Transformation in ein Spektrum umgewandelt werden kann. Beispielsweise offenbart die WO 2006/071971 A2 ein rekonfigurierbares, polarisationsunabhängiges Interferometer, wobei im Kontext der WO 2006/071971 A2 das einfallende optische Signal allerdings aufgespaltet wird, wodurch Signalstärke unerwünschterweise verloren geht.
Darüber hinaus sind monolithische Lösungen bekannt, bei denen zwei Photodetektoren verwendet werden, die beispielsweise auf einem Wellenleiter angeordnet vorliegen. Beispielsweise offenbart die US 5,760/419 A einen monolithischen Wellenlängenmesser und einen Photodetektor, bei denen ein wellenlängenabhängiger Reflektor verwendet wird. Die Photodetektoren können dazu verwendet werden, um aus einem Verhältnis der Photoströme auf die Wellenlänge der einfallenden Strahlung zu schließen. Diese Lösung ist allerdings mit dem Nachteil verbunden, dass ein Lichtwellenleiter erforderlich ist, in den die einfallende Strahlung aufwendig eingekoppelt werden muss. Dies erfordert einen hohen Justage-Aufwand und es besteht die Gefahr von Messfehlern, wenn die Einkopplung nicht ganz genau gelingt. Üblicherweise werden Wellenleiter mit kleinen Dimensionen verwendet, wodurch das Problem der Justage und der Fokussierung verschärft wird. Darüber hinaus ist bei der monolithischen Lösung der Spektralbereich auf die Verbreiterung der Absorptionskante des verwendeten Materials beschränkt. Ein beispielhafter Wert für eine solche verbreiterte Absorptionskante kann beispielsweise bei 16 meV liegen, wobei bei bekannten monolithischen Lösungen beispielsweise InGaAsP als Photodetektor-Material verwendet wird. Die Verbreiterung der Absorptionskante ergibt sich üblicherweise durch thermische und/oder statistische Effekte. Der Begriff „Absorptionskante“ bezeichnet im Sinne der Erfindung bevorzugt einen vorzugsweise scharfen, d.h. sprunghaften Übergang zwischen unterschiedlichen Absorptionszuständen oder -stärken. Beispielsweise kann damit ein Bereich in einem vorzugsweise elektromagnetischen Spektrum gemeint sein, in dem ein abrupter Unterschied zwischen einem Bereich starker Absorption und einem Bereich schwacher Absorption auftritt.
Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Wellenlänge einer Strahlung bereitzustellen, die nicht die Nachteile und Mängel des Standes der Technik aufweisen. Die Vorrichtung soll ohne ein raumgreifendes dispersives Element und ohne Wellenleiter auskommen, um eine kompakte Vorrichtung bereitstellen zu können. Ferner soll mit der Vorrichtung und dem Verfahren ein großer Wellenlängenbereich ausgemessen werden können, wobei eine Verbreiterung der Absorptionskante in einem Bereich liegen soll, der die im Stand der Technik genannten Werte von 10 bis 100 meV deutlich übersteigt. Insbesondere soll die Bestimmung der Wellenlänge nicht von thermischen und/oder statistischen Effekten abhängen, sondern von der Materialauswahl, dem Design und der Struktur der Vorrichtung beziehungsweise der einzelnen Komponenten der Vorrichtung. Wünschenswert wäre es ferner, wenn die Vorrichtung unter Verwendung der Planartechnologie hergestellt und von oben beleuchtet werden kann.
Beschreibung der Erfindung:
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Wellenlänge einer Strahlung vorgesehen, wobei die Vorrichtung mindestens zwei Absorptionselemente umfasst, die in einem Schichtaufbau übereinander angeordnet vorliegen. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein oberes Absorptionselement eine vertikal variierende chemische Zusammensetzung aufweist und ein unteres Absorptionselement chemisch homogen ausgebildet ist.
Die Vorrichtung stellt vorzugsweise ein Wavemeter dar, wobei ein Wavemeter eine Vorrichtung darstellt, die dazu eingerichtet ist, eine Wellenlänge und/oder Photonenenergie einer Strahlung festzustellen und/oder zu detektieren. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Messung der Wellenlänge der einfallenden Strahlung in einem besonders großen Wellenlängenbereich ermöglicht wird, beispielsweise im infraroten (IR), sichtbaren und/oder ultravioletten (UV) Spektral- oder Wellenlängenbereich. Bei der einfallenden Strahlung kann es sich beispielsweise um IR-, oder UV-Strahlung, sichtbares Licht oder Laserstrahlung handeln, wobei die Strahlung vorzugsweise im Wesentlichen monochromatisch ist. Der Begriff „im Wesentlichen“ ist für den Durchschnittsfachmann nicht unklar, weil der Fachmann weiß, dass „im Wesentlichen monochromatische Strahlung“ vorzugsweise Strahlung mit genau einer definierten Frequenz beziehungsweise Wellenlänge umfasst, wobei im Sinne der Erfindung kleine Abweichungen Δf oder Δλ hinsichtlich der Frequenz oder Wellenlänge zulässig sein sollen und von dem Begriff „im Wesentlichen monochromatisch“ umfasst sein sollen. Der Begriff umfasst vorzugsweise auch solche Strahlung, bei der bis zu 5 % der Strahlung von der gewünschten Frequenz oder Wellenlänge abweicht. Insbesondere kann auch eine Wellenlängenverteilung vorliegen, wobei beispielsweise ein Peak oder das Maximum einer Glockenkurve im Bereich einer gewünschten Wellenlänge vorliegt. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass es sich bei der Strahlung, deren Wellenlänge bestimmt werden soll, um elektromagnetische Strahlung handelt. Vorzugsweise wird die Vorrichtung im Folgenden auch als Wavemeter bezeichnet, wobei die Erfindung insbesondere ein Wavemeter für elektromagnetische Strahlung betrifft.
Ein Absorptionselement ist im Sinne der Erfindung eine vorzugsweise schichtartig ausgebildete Komponente einer Vorrichtung zur Absorption von Strahlung, bei der es sich bevorzugt um elektromagnetische Strahlung handeln kann. Im Kontext der vorliegenden Erfindung weist ein oberes Absorptionselement eine vertikal variierende chemische Zusammensetzung auf und ein unteres Absorptionselement ist chemisch homogen ausgebildet. Durch diesen vorteilhaften Aufbau kann auf eine Vorsehung eines dispersiven Elements verzichtet werden, weil Funktion des dispersiven Elements in dem vorgeschlagenen Schichtaufbau vorteilhafterweise von dem oberen Absorptionselement, das einen Materialgradienten aufweist, übernommen wird, wobei eine eindeutige Korrelation der einfallenden Wellenlänge mit der Stärke der Absorption und Schwächung der Strahlung beim Durchgang durch die Vorrichtung bereitstellt werden kann.
Da im Kontext der vorliegenden Erfindung auf die Vorsehung eines dispersiven Elements verzichtet werden kann, wird es möglich, eine besonders kompakte und raumsparende Wavemeter-Vorrichtung bereitzustellen, die trotz der kompakten Bauweise überraschenderweise dazu eingerichtet ist, Wellenlängen über einen sehr großen Wellenlängenbereich zu bestimmen. Dies stellt insofern eine Abkehr vom Stand der Technik dar, als das die Fachwelt bisher davon ausgegangen war, dass die Größe des Wavemeters mit dem später zu erfassenden Wellenlängenbereich der einfallenden Strahlung korreliert beziehungsweise dass insbesondere größere Vorrichtungen erforderlich sind, um die Wellenlängen in einem großen Spektralbereich detektieren und auswerten zu können.
Anwendungstest haben gezeigt, dass mit der Erfindung eine Beeinflussung der Absorptionskante, insbesondere des oberen Absorptionselements, über die unvermeidbaren thermischen und statistischen Effekte hinaus deutlich vergrößert werden kann. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass sich das Absorptionsverhalten des oberen Absorptionselements mit dem Materialgradienten ändert, so dass sich vorzugsweise auch die Lage von Absorptionskanten im Spektrum ändert. Insofern wird mit der vorliegenden Erfindung das Absorptionsverhalten der Vorrichtung bewusst durch die Bereitstellung des Materialgradienten verändert, wobei eine Veränderung des Materialgradienten vorteilhafterweise zu einer Veränderung des Absorptionsverhaltens führt. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass die Leistungsparameter der Vorrichtung nur unwesentlich von den thermischen und/oder statistischen Effekten abhängen, sondern von der Materialauswahl, dem Design und der Struktur der Vorrichtung beziehungsweise der einzelnen Komponenten der Vorrichtung, insbesondere von den Absorptionselementen. Es ist ferner bevorzugt, dass die Vorrichtung beziehungsweise die Absorptionselemente von oben beleuchtet werden kann/können.
Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass das Wavemeter keine Wellenleiter umfasst, sondern bevorzugt unter Anwendung einer Planartechnologie hergestellt werden kann. Im Sinne der Erfindung ist der Begriff „Planartechnologie“ bevorzugt so zu verstehen, dass alle oder eine Teilmenge der Prozessierungsschritte zur Herstellung der Vorrichtung „von oben“ und/oder in flacher Geometrie vorgenommen werden können. Unter dem Begriff „Prozessierungsschritte“ werden insbesondere die Schichtherstellung, die Strukturierung von Photolithographiemasken, der Ätzprozess zur Strukturierung, die Kontaktierung der einzelnen Elemente und/oder Passivierungen verstanden. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass die Bauelemente der Vorrichtung, die bevorzugt auf einem Wafer prozessiert werden, gleichzeitig und parallel prozessiert werden können. Darüber hinaus können vorteilhafterweise Funktions- und/oder Qualitätstests bereits auf Waferlevel vor der Vereinzelung getätigt werden. Vorzugsweise kann der Wafer im Sinne der Erfindung auch als Substrat verwendet werden.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung wird insbesondere die Absorptionskante von der chemischen Zusammensetzung der Absorptionselemente bestimmt beziehungsweise vom chemischen Gradienten insbesondere innerhalb des oberen Absorptionselements. Vorteilhafterweise hängt die spektrale Empfindlichkeit der Vorrichtung beziehungsweise des Wavemeters von den verwendeten Halbleitermaterialien und/oder den Legierungshalbleitermaterialien ab beziehungsweise von der Ausgestaltung des Materialgradienten im oberen Absorber. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das obere Absorptionselement auch als erstes Absorptionselement bezeichnet werden kann und das untere Absorptionselement als zweites Absorptionselement. Vorzugsweise durchstrahlt die einfallende Strahlung zuerst das erste Absorptionselement und anschließend das zweite Absorptionselement, unabhängig davon, wie der Schichtaufbau im Raum orientiert ist. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Strahlung so auf die Vorrichtung gerichtet wird, dass sie das erste Absorptionselement vor dem zweiten Absorptionselement durchstrahlt.
Es kann im Sinne der Erfindung bevorzugt sein, dass das obere und das untere Absorptionselement auf unterschiedlichen Seiten des Substrats angeordnet vorliegen. Es kann beispielsweise bevorzugt sein, dass das obere Absorptionselement auf einer Oberseite des Substrats angeordnet vorliegt und das untere Absorptionselement auf der anderen Substratseite, die beispielsweise eine Unterseite des Substrats bildet. Diese Anordnung des Schichtaufbaus wird vorzugsweise als „gegenüberliegende“ Anordnung bezeichnet. Der Begriff „Schichtaufbau“ ist im Kontext dieser Ausführungsform der Erfindung dann vorzugsweise so zu verstehen, dass die Absorptionselemente auf unterschiedlichen Seiten des Substrats vorliegen können beziehungsweise dass das Substrat mittelbar oder unmittelbar zwischen den Absorptionselementen angeordnet vorliegt. Die Formulierung, dass die mindestens zwei Absorptionselemente in einem Schichtaufbau übereinander angeordnet vorliegen, bedeutet also nicht notwendigerweise, dass die Absorptionselemente auf einer Seite des Substrats angeordnet vorliegen, sondern umfasst auch solchen Anordnungen, bei denen die Absorptionselemente auf der Vorder- und der Rückseite des Substrats angeordnet sein können.
Das Wavemeter umfasst vorzugsweise einen Schichtaufbau, der mindestens zwei Absorptionselemente umfasst. Vorzugsweise ist der Schichtaufbau als dünne Schicht (Dünnschichttechnologie) ausgebildet und liegt auf einem Substrat vor, welches beispielsweise von einem Silizium-Wafer gebildet werden kann. Es kann für einige Anwendungen auch bevorzugt sein, dass das Substrat Saphir, Silizium, Germanium, SiC, G₂O₃, SrTiO₃, GaAs, InP, GaP oder Gläser umfasst. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Substratmaterial im Bereich der zu messenden Wellenlänge transparent ausgebildet ist, damit die zu untersuchende Strahlung durch das Material hindurchdringen kann. Vorzugsweise ist das Substratmaterial auch dafür geeignet, als Kontaktfläche zu dienen.
Die Absorptionselemente sind in dem Schichtaufbau übereinander angeordnet, wobei das obere Absorptionselement vorzugsweise auch als erstes Absorptionselement bezeichnet wird und das untere Absorptionselement als zweites Absorptionselement. Die Absorptionselemente können im Sinne der Erfindung vorzugsweise auch als Absorber bezeichnet werden. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Absorptionselemente von Photodetektoren gebildet werden, wobei die Photodetektoren ausgewählt sein können aus einer Gruppe umfassend Photoleitungsdetektoren, pn-Dioden und/oder Schottky-Dioden, ohne darauf beschränkt zu sein. Es kann insbesondere auch bevorzugt sein, dass die Absorptionselemente photosensitive Schichten umfassen oder aus solchen gebildet sind, wobei die photosensitiven Schichten vorzugsweise einzeln ausgelesen werden können, d.h. einzeln auslesbar sind.
Die Absorber werden vorzugsweise von Halbleitern und/oder Halbleiterlegierungen mit verschiedener Bandlücke gebildet beziehungsweise umfassen sie mindestens ein Halbleitermaterial. Das obere Absorptionselement umfasst einen chemischen Gradienten, der vorzugsweise auch als Materialgradient bezeichnet wird.
Es ist im Sinne der Erfindung besonders bevorzugt, dass der zu untersuchende Wellenlängenbereich durch die geeignete Wahl der Materialien der Absorptionselemente bestimmt wird. Die Verwendung einer (Mg,Zn)O-Legierung hat sich beispielsweise als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn UV-Strahlung untersucht werden soll. Hierbei liegt der obere Absorber als eine (Mg,Zn)O-Legierung vor beziehungsweise ist zumindest teilweise aus einem (Mg,Zn)O-Material gebildet.
Der chemische Gradient und/oder der Materialgradient kann linear oder nicht-linear ausgebildet sein. Der Begriff „linear“ bedeutet im Kontext der vorliegenden Erfindung, dass der Anteil eines Bestandteils der Legierung oder des Materials, aus dem das obere Absorptionselement gebildet ist, von oben nach unten einen linearen, d.h. gleichmäßigen und stetigen Verlauf aufweist. Der Anteil eines Bestandteils oder Legierungspartners kann beispielsweise von oben nach unten abnehmen oder zunehmen, wobei eine Auftragung des Anteils in Abhängigkeit zur Dicke des Materials vorzugsweise eine Gerade bildet. Dass der Verlauf des chemischen oder MaterialGradienten von oben nach unten verläuft, wird im Sinne der Erfindung bevorzugt als „vertikaler“ Gradient bezeichnet. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass der vertikale Gradient innerhalb des oberen Absorptionselements von Materialien mit hoher Bandlücke zu niedriger Bandlücke verläuft oder umgekehrt von Materialien mit niedriger Bandlücke zu hoher Bandlücke. Es kann für einige Anwendungen auch bevorzugt sein, dass das obere Absorptionselement einen quadratischen oder anders gearteten nichtlinearen Verlauf des Materialgradienten aufweist. Es ist im Sinne der Erfindung besonders bevorzugt, dass sich die energetische Lage der Absorptionskante über die Dicke so ändert, dass der Wellenlängenbereich gleichmäßig abgedeckt wird. Es ist ferner bevorzugt, dass insbesondere ein linearer Zusammenhang zwischen Absorptionsstärke und Wellenlänge und/oder Photonenenergie besteht. Diese Ziele können beispielsweise dadurch erreicht werden, dass eine Materialzusammensetzung x als Funktion der Dicke d wie folgt dargestellt werden kann: $x = x_{0} + x_{1} \cdot d + x_{2} \cdot d^{2},$
wobei die x_i vorzugsweise konstante Koeffizienten sind. Die Abhängigkeit kann aber auch beliebig nicht-linear ausgestaltet sein. Es ist insbesondere bevorzugt, die Ausformung des Materialgradienten auf die Abhängigkeit der Absorptionskante von der Konzentration abzustimmen.
Die Erfindung stellt auch insofern eine Abkehr vom Stand der Technik dar, als das die Fachwelt bisher stets bemüht war, besonders homogene Legierungssysteme bereitzustellen, um die üblicherweise erwünschten homogenen Materialeigenschaften zu erzielen. Insbesondere die Verwendung eines sich kontinuierlich ändernden Zusammensetzungsgradienten in einer Halbleiterlegierung wendet sich von den bekannten Hetero-Strukturen ab, bei denen beispielsweise zwei verschiedene Konzentrationen innerhalb eines Bauteils verwendet werden, um verschiedene Funktionen des Bauteils zu realisieren. Dies geschieht beispielsweise bei sogenannten Quantentöpfen, bei denen die „Barriere“ und der „Topf“ durch unterschiedliche Konzentrationen realisiert werden. Allerdings wendet sich die vorliegende Erfindung gerade von solchen Bauteilen mit zwei unterschiedlichen Material- und/oder Elementkonzentrationen ab, in dem insbesondere ein sich kontinuierlich, beispielsweise linear oder im Wesentlichen linear, ändernder Materialgradient innerhalb des Absorptionselements vorgeschlagen wird. Durch die Vorsehung des chemischen Gradienten im oberen Absorber kann der spektrale Bereich, in dem der Absorptionskoeffizient von null auf einen hohen Wert ansteigt, sehr groß werden und beispielsweise in einem Bereich von einigen 100 meV liegen. Ein hoher Wert des Absorptionskoeffizienten liegt beispielsweise in einem Bereich von 10⁵ cm^-1. Die Erfindung ermöglicht somit vorteilhafterweise die Bestimmung von Wellenlängen in einem sehr großen Spektralbereich.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Vorrichtung beziehungsweise der Schichtaufbau der Vorrichtung mit Methoden der Molekularstrahlepitaxie (Molecular Beam Epitaxy, MBE) oder der chemischen Gasphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD) oder Kathodenzerstäubung (Sputtem) oder gepulster Laserdeposition (PLD) hergestellt werden. Im Übrigen sind verschiedene Herstellungsverfahren denkbar, solange damit die Erzeugung eines Materialgradienten möglich ist. Die Ausbildung eines Materialgradienten im oberen Absorber kann vorzugsweise dadurch erreicht werden, dass bei der Molekularstrahlepitaxie die Partialdrücke für die einzelnen Legierungskomponenten variiert werden. Bei der chemischen Gasphasenabscheidung kann die Zufuhr eines Precursors variiert werden, so dass sich eine gewünschte, vertikal verändernde Zusammensetzung des ersten Absorptionselements ergibt. Die chemische Gasphasenabscheidung ist vorzugsweise eine metall-organische Gasphasenabscheidung. Es war vollkommen überraschend, dass durch die Ausbildung eines Materialgradienten im oberen Absorptionselement beziehungsweise der genauen Einstellung der Zusammensetzung der Legierung, die das obere Absorptionselement bildet, der spektrale Empfindlichkeitsbereich der Absorptionskante des Wavemeters eingestellt und designt werden kann.
Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass der Materialgradient in einem (Mg,Zn)O-Legierungssystem vorliegt. Eine (Mg,Zn)O-Legierung stellt ein besonders bevorzugtes Beispiel für eine ternäre Legierung für die Bildung der Absorptiosnelementen dar, wobei es insbesondere bevorzugt ist, dass die Absorptionselemente, aus ternären oder quaternären Legierungen gebildet ist. Das besonders bevorzugt (Mg,Zn)O-Legierungssystem kann vorzugsweise nach der Vorschrift Mg_xZn_1-xO gebildet sein, so dass ein Mehr an Magnesium ein Weniger an Zink zur Folge hat. Der dritte Bestandteil des (Mg,Zn)O-Legierungssystems ist Sauerstoff. Es kann im Sinne der Erfindung ebenso bevorzugt sein, dass die Absorptionselemente andere binäre, ternäre oder quaternäre Legierungen umfassen, wobei die Konzentrationen beziehungsweise Anteile der einzelnen Legierungspartner über einen Index x miteinander gekoppelt sind. Abhängig von dem gewählten Materialsystem einer Beispiel-Legierung umfassend die Legierungspartner A und B kann der Index x für die Legierung A_xB_1-x vorzugsweise von 0 bis 1 laufen beziehungsweise einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen. Für das besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel Mg_xZn_1-xO kann sich das Vorliegen eines chemischen Materialgradienten innerhalb des oberen Absorptionselements vorzugsweise so äußern, dass der Index x von oben nach unten variierend einen Wert zwischen 0,3 bis 0,0 annimmt, wobei der Wert von x = 0,3 beispielsweise in einem oberen Bereich des Absorptionselements angenommen wird und der Wert von x = 0,0 in einem unteren Bereich des Absorptionselements. Es kann im Sinn der Erfindung insbesondere bevorzugt sein, dass die Variation des Index x über die Schichtdicke d in der folgenden Form dargestellt werden kann: $x = x_{0} + x_{1} \cdot d + x_{2} \cdot d^{2},$
wobei ein solcher, beispielhafter Verlauf des Index x vorzugsweise als „quadratischer Verlauf“ bezeichnet wird. Es kann für einige Anwendungen auch bevorzugt sein, dass der Verlauf des Materialgradienten durch eine Funktion $x = x_{0} + x_{1} \cdot d + x_{2} \cdot d^{2} + x_{2} \cdot d^{3} \dots$
beschrieben wird, wobei die x_i vorzugsweise Koeffizienten darstellen, die bevorzugt konstant sind.
Es ist im Sinne der Erfindung besonders bevorzugt, dass das Absorptionselement Legierungshalbleiter umfasst, bei denen eine Änderung der chemischen Zusammensetzung mit einer Veränderung der Bandlücke und/oder der Absorptionskante einhergeht. Tests haben gezeigt, dass diese Voraussetzung insbesondere von den bevorzugten Materialien, die im Kontext der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen werden, erfüllt wird. Das Material für die Absorptionselemente kann alternativ ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend (Mg,Zn)O, (In,Ga)₂O₃, (Si,Ge), (Si,Ge)C, (Al,Ga)₂O₃, (In,Ga)As, (AI,Ga)As, (In,Ga)N, (AI,Ga)N, (Cd,Zn)O, Zn(O,S), (AI,Ga,ln)As, (Al,In,Ga)P, (AI,ln,Ga)(As,P), (AI,Ga,ln)N, (Mg,Zn,Cd)O und/oder (Al,Ga,In)₂O₃, wobei das (In,Ga)₂O₃ und das (Al,Ga)₂O₃ bevorzugt auf Saphir angeordnet vorliegen.
Das untere Absorptionselement ist abweichend von dem oberen Absorptionselement chemisch homogen ausgebildet. Das bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Bestandteile und/oder Legierungspartner des Materials, aus dem das untere Absorptionselement gebildet ist, gleichmäßig, d.h. bevorzugt statistisch verteilt innerhalb des unteren Absorptionselements beziehungsweise innerhalb der Schicht, die das zweite, untere Absorptionselement bildet, vorliegen. Mit anderen Worten ist im Sinne der Erfindung eine gleichmäßige, d.h. bevorzugt statistische, Verteilung der verschiedenen chemischen Bestandteile der Legierung und/oder des Materials des unteren Absorptionselements bevorzugt. Beispielsweise kann das untere Absorptionselement von einer im Wesentlichen reinen ZnO-Schicht gebildet werden. Vorzugsweise ist das untere Absorptionselement dazu eingerichtet, alle Wellenlängen im Wellenlängenbereich der einfallenden Strahlung zu absorbieren, so dass die Wellenlängen der einfallenden Strahlung mit dem Wavemeter bestimmt werden können. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der untere Absorber für einen breiten Bereich von Wellenlängen im Empfindlichkeitsbereich sensitiv ausgebildet ist. Das erste und das zweite Absorptionselement können aus demselben Material gebildet sein. Es kann allerdings im Sinne der Erfindung auch bevorzugt sein, dass die Absorptionselemente aus unterschiedlichen Materialien bestehen.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass in Bezug auf das obere Absorptionselement ein erster Photostrom 11 ermittelbar ist und in Bezug auf das untere Absorptionselement ein zweiter Photostrom 12 ermittelbar ist, wobei die Wellenlänge der einfallenden Strahlung aus dem Signal-Verhältnis I1/I2 bestimmbar ist. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der Schichtaufbau zwischen den Absorptionselementen Kontakte umfasst, wobei zwischen den Kontakten die Photoströme 11 und 12 messbar sind. Es ist insbesondere bevorzugt, dass zwischen den Kontakten, die das obere Absorptionselement umgeben, der Photostrom 11 gemessen werden kann, während zwischen den Kontakten, die das untere Absorptionslement umgeben, der Photostrom 12 gemessen werden kann. Wenn die Vorrichtung aus zwei Absorptionselementen besteht, weist das Wavemeter vorzugsweise drei Kontakte auf, wobei die Kontakte von oben nach unten bevorzugt als erster, zweiter und dritter Kontakt bezeichnet werden. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt das obere Absorptionselement angeordnet vorliegt und dass zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt der Photostrom 11 gemessen wird. Es ist ferner bevorzugt, dass zwischen dem zweiten und dem dritten Kontakt das untere Absorptionselement angeordnet vorliegt und dass zwischen dem zweiten und dem dritten Kontakt der Photostrom 12 gemessen wird. Dies wird beispielsweise auch in 1 dargestellt. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass es sich bei dem Photostrom um einen Strom handelt, der aufgrund der Bestrahlung der Absorptionselemente zwischen den Kontakten, die die Absorptionselemente umgeben und an die bevorzugt jeweils eine Spannung angelegt ist, fließt. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, dass durch die Absorption der Strahlung Ladungsträger in den Absorptionselementen freigesetzt werden. Je nach Menge und/oder Energie der absorbierten Strahlung werden unterschiedlich viele Ladungsträger freigesetzt, wobei die Ladungsträger insbesondere auch unterschiedliche Teilchenenergien aufweisen können. Diese Teilchenenergien werden vorzugsweise in der Einheit Elektronenvolt (eV) angegeben. Vorzugweise wird ein Photostrom von den freigesetzten Ladungsträgern gebildet. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Wellenlänge der zu untersuchenden Strahlung aus dem Verhältnis der Photoströme 11 und 12 rekonstruiert werden kann.
Es kann im Sinne der Erfindung ferner bevorzugt sein, die Absorptionselemente auf der Vorderseite und/oder der Rückseite eines Substrats anzuordnen, wobei das Substrat vorzugsweise von einem Wafer gebildet sein kann. Es kann beispielsweise bevorzugt sein, das erste oder obere Absorptionselement auf einer Vorderseite des Substrats aufzubringen und das zweite oder untere Absorptionselement auf einer Rückseite des Substrats. Es kann im Sinne der Erfindung auch bevorzugt sein, umgekehrt vorzugehen. Es kann im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt sein, die beiden Substrathälften beispielsweise unabhängig voneinander und/oder nacheinander zu prozessieren. Die so erhaltenen Photodetektoren können im Sinne der Erfindung bevorzugt als „gegenüberliegende Photodetektoren“ bezeichnet werden. Für die Herstellung dieser sich gegenüberliegenden Photodetekoren ist es bevorzugt, dass das Substrat für die Strahlung im interessierenden Wellenlängenbereich zumindest teilweise transparent ausgebildet ist. Dadurch werden vorteilhafterweise Zwischenkontakte vermieden, an denen Photosignale verloren gehen können, wodurch es zu einer Abschwächung des zu detektierenden Signals kommen kann. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Photodetektoren jeweils gleich oder unterschiedlich als Photoleitungs-, pn- und/oder oder Schottky-Diode ausgebildet sind. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist es besonders bevorzugt, dass das erste und das zweite Absorptionselement auf je einer Seite des Substrats anbringt.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Vorrichtung eine Anzahl N Absorptionselemente und eine Anzahl von mindestens N+1 Kontakte umfasst. Es kann im Sinne der Erfindung auch bevorzugt sein, dass das Wavemeter mehr als zwei Absorptionselemente umfasst. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist es insbesondere bevorzugt, dass die verschiedenen Absorptionselemente Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen absorbieren. Mit anderen Worten können die verschiedenen Absorptionselemente dazu eingerichtet sein, Strahlung in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen zu absorbieren beziehungsweise die entsprechenden unterschiedlichen Wellenlängen zu detektieren und/oder zu bestimmen. Dies ist mit dem Vorteil verbunden, dass dadurch eine spektrale Intensitätsverteilung in diesem Bereich getrennt gemessen werden kann. Vorzugsweise können die Kontakte auch als Kontaktbereiche oder Kontaktschichten ausgebildet sein. Die Absorptionselemente können bevorzugt ebenfalls schichtförmig ausgebildet sein, so dass die Absorptionselemente beispielsweise zwischen den Kontaktschichten angeordnet vorliegen und einen sandwichartigen Schichtaufbau bilden können. Beispielsweise kann eine vorgeschlagene Vorrichtung einen Schichtaufbau mit mehreren Absorptionselementen umfassen, die jeweils einen Materialgradienten aufweisen. Ein solcher Schichtaufbau wird im Sinne der Erfindung bevorzugt als Schichtaufbau mit mehreren Gradientenschichten als Absorptionselemente bezeichnet. Ein solcher Schichtaufbau kann neben den Gradientenschichten eine oder mehrere homogene Schichten als Absorptionselemente umfassen. Diese homogenen Schichten können zwischen den Gradientenschichten oder als Anfangs- und/oder Endschicht eines bevorzugten Schichtaufbaus angeordnet sein. Es ist im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt, wenn die homogenen Schichten hinsichtlich Design und Material auf den Gradienten der Gradientenschichten abgestimmt sind.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass N Photoströme ermittelt werden können, wenn der Schichtaufbau N Absorptionselemente umfasst. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass die zu untersuchende Strahlung nacheinander die einzelnen Absorptionselemente durchstrahlt, wobei die Absorptionselemente mit einer höherenergetischen Absorptionskante zuerst durchlaufen werden. Mit anderen Worten ist es im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die einfallende Strahlung nacheinander durch die Absorptionselemente geführt wird, wobei die Absorptionselemente im Hinblick auf die einfallende Strahlung so angeordnet sind, dass die Absorptionselemente mit einer höherenergetischen Absorptionskante zunächst durchquert werden und andere Absorptionselemente mit einer geringeren Absorptionskante von der einfallenden Strahlung später durchstrahlt werden. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass die Absorptionselemente entsprechend ihrer Absorptionskante in dem Schichtaufbau angeordnet sind, wobei die Absorptionselemente mit einer höherenergetischen Absorptionskante vorzugsweise in dem Bereich des Schichtaufbaus angeordnet sind, auf den die einfallende Strahlung zunächst auftrifft.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Kontakte elektrisch leitfähig und transparent für Strahlung in einem definierten Wellenlängenbereich ausgebildet sind. Die Leitfähigkeit der Kontakte kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Kontakte aus einem leitfähigen Material hergestellt sind oder dass die Kontakte an ihrer Oberfläche eine leitfähige Beschichtung aufweisen. Beispielsweise können die Kontakte von einer (Mg,Zn)O-Legierung gebildet werden, die beispielsweise mit Aluminium (AI) oder Gallium (Ga) dotiert sein kann. Es kann im Sinne der Erfindung auch bevorzugt sein, dass die Kontakte elektrisch leitfähige Schichten umfassen. Der Begriff „in einem definierten Wellenlängenbereich“ kann vorzugsweise als ein bestimmter, ausgewählter und/oder spezieller Wellenlängenbereich verstanden werden. Im Kontext der vorliegenden Erfindung soll damit der Wellenlängenbereich der einfallenden Strahlung gemeint sein, der vorzugsweise auch als „relevanter Wellenlängenbereich“ bezeichnet wird. Transparenz in einem definierten Wellenlängenbereich bedeutet somit im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die transparenten Bestandteile der Vorrichtung Strahlung in dem Wellenlängenbereich der einfallenden Strahlung nicht oder nur unwesentlich absorbieren. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der Begriff „relevanter Wellenlängenbereich“ den Wellenlängenbereich bezeichnet, in dem eine eindeutige Bestimmung der Wellenlänge der einfallenden Strahlung möglich ist.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Absorptionselemente dazu eingerichtet sind, Strahlung in dem definierten Wellenlängenbereich zu absorbieren. Dies gilt insbesondere auch für das untere Absorptionselement. Dies bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der zweite Absorber alle Wellenlängen im relevanten Wellenlängenbereich absorbiert. Dies wird insbesondere auch durch eine ausreichend große Dicke d2 der Materialschicht, die beispielweise den unteren Absorber bildet, erreicht. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Dicke der Absorptionselemente in Abhängigkeit vom Absorptionsvermögen des Materials ausgewählt werden können. Vorzugsweise liegt eine Dicke der Absorptionselemente im Bereich des inversen Absorptionskoeffizienten des entsprechenden Materials. Die Dicken der Absorptionselemente können beispielsweise in einem Bereich von 100 bis 200 nm, bevorzugt zwischen 140 und 160 nm und am meisten bevorzugt bei 150 nm liegen. Es kann im Sinne der Erfindung bevorzugt sein, dass die Dicken d1 und d2 gleich groß sind; es kann aber für andere Anwendungen ebenso bevorzugt sein, dass die Dicken d1 und d2 unterschiedliche Werte aufweisen. Bei indirekten Halbleitern können auch größere Dicken von beispielsweise 100 µm bevorzug sein.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung kann in Bezug auf das obere Absorptionselement ein erster Photostrom 11 ermittelt werden und in Bezug auf das untere Absorptionselement ein zweiter Photostrom 12. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Photoströme vorzugsweise auch als Photosignale bezeichnet werden, so dass es im Sinne der Erfindung insbesondere bevorzugt sein kann, in Bezug auf die Absorptionselemente der Vorrichtung Photosignale zu ermitteln, wobei eine Wellenlänge der einfallenden Strahlung aus dem Signal-Verhältnis der Photosignale der beiden Absorptionselemente bestimmt werden kann. Die Photoströme für ein Absorptionselement werden jeweils zwischen den Kontakten gemessen, zwischen denen das jeweilige Absorptionselement angeordnet vorliegt, wobei beispielsweise an dem ersten Kontakt des Wavemeters eine Spannung V1 und an dem zweiten Kontakt des Wavemeters eine Spannung V2 anliegt. Die Wellenlänge der einfallenden Strahlung kann dann aus dem Signal-Verhältnis I1/I2 bestimmt werden, wobei das Signal- Verhältnis 11/12 vorzugsweise auch als Quotient der Photoströme bezeichnet wird. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das Signal-Verhältnis von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung abhängt, wobei das Signal-Verhältnis insbesondere in mathematisch streng monotoner Weise von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung abhängt. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der Schichtaufbau umfassend Kontakte und Absorptionselemente beziehungsweise umfassend Kontaktschichten und photoresistive Schichten, die die Absorptionselemente bilden, auf einem Substrat angeordnet vorliegen.
In einem weiteren Aspekt betrifft der Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Wellenlänge einer Strahlung, das die folgenden Schritte umfasst:

a) Bereitstellung einer Vorrichtung zur Detektion einer Wellenlänge einer Strahlung,
b) Bereitstellung einer Strahlung, deren Wellenlänge bestimmt werden soll, wobei die Strahlung auf die Vorrichtung gerichtet wird,
c) Absorption eines ersten Anteils der Strahlung durch das obere Absorptionselement und Umwandlung in ein Photostrom-Signal 11,
d) Absorption eines zweiten Anteils der Strahlung durch das untere Absorptionselement und Umwandlung in ein Photostrom-Signal 12
e) Bestimmung der Wellenlänge der Strahlung unter Berücksichtigung des Signal-Verhältnisses 11/12.

Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass es sich bei der Vorrichtung, mit der das Verfahren durchgeführt wird, um eine hier vorgeschlagene Vorrichtung zur Bestimmung einer Wellenlänge einer Strahlung handelt. Die für die Vorrichtung beschriebenen Definitionen, technischen Wirkungen und überraschenden Vorteile gelten für das vorgeschlagene Verfahren analog. Insbesondere soll die Vorrichtung ein Wavemeter sein, das mindestens zwei Absorptionselemente umfasst, wobei die Absorptionselemente in einem Schichtaufbau übereinander angeordnet vorliegen. Ferner ist es bevorzugt, dass ein oberes Absorptionselement eine vertikal variierende chemische Zusammensetzung aufweist und ein unteres Absorptionselement chemisch homogen ausgebildet ist. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Absorptionselemente direkt übereinander angeordnet auf dem Substrat und/oder einem Trägermaterial vorliegen. Es kann für andere Anwendungen auch bevorzugt sein, dass die Absorptionselements durch ein transparentes Substrat voneinander getrennt vorliegen, beispielsweise auf der Vorder- und der Rückseite des Substrats, das zum Beispiel von einem Wafer gebildet werden kann. Es kann im Sinne der Erfindung bevorzugt sein, dass das obere und das untere Absorptionselement auf unterschiedlichen Seiten des Substrats angeordnet vorliegen. Es kann beispielsweise bevorzugt sein, dass das obere Absorptionselement auf einer Oberseite des Substrats angeordnet vorliegt und das untere Absorptionselement auf der anderen Substratseite, die beispielsweise eine Unterseite des Substrats bildet. Diese Anordnung des Schichtaufbaus wird vorzugsweise als „gegenüberliegende“ Anordnung bezeichnet.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das Signal-Verhältnis von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung abhängt, wobei das Signal-Verhältnis insbesondere in mathematisch streng monotoner Weise von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung abhängt.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Vorrichtung während der Durchführung des Verfahrens von oben beleuchtet werden kann. Das bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Strahlung vorzugsweise zunächst auf das obere Absorptionselement fällt und dann durch die weiteren Schichten des Schichtaufbaus dringt. Dass die Vorrichtung bei der Durchführung des Verfahrens von oben beleuchtet wird, kann bevorzugt durch die Bereitstellung der Strahlung, deren Wellenlänge bestimmt werden soll, erreicht werden, wobei die Strahlung vorzugsweise - zum Beispiel von oben - auf die Vorrichtung gerichtet wird.
Das obere Absorptionselement, das vorzugsweise einen chemisch vertikal variierenden Materialgradienten aufweist, ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen ersten Anteil der einfallenden Strahlung zu absorbieren und in ein Photostrom-Signal 11 umzuwandeln. Dazu kann der obere Absorber über die entsprechenden erforderlichen Mittel verfügen. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst in diesem Zusammenhang die Absorption eines ersten Anteils der Strahlung durch das obere Absorptionselement und die Umwandlung der Strahlung in ein Photostrom-Signal 11. Das untere Absorptionselement ist vorzugsweise dazu eingerichtet, einen zweiten Anteil der einfallenden Strahlung zu absorbieren und in ein Photostrom-Signal 12 umzuwandeln, wobei der zweite Absorber bevorzugt chemisch und die Zusammensetzung betreffend homogen ausgebildet ist. Auch der untere Absorber kann über die entsprechenden erforderlichen Mittel zur Umwandlung der Strahlung in ein Photostrom-Signal verfügen. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst in diesem Zusammenhang die Absorption eines zweiten Anteils der Strahlung durch das untere Absorptionselement und die Umwandlung der Strahlung in ein Photostrom-Signal 12. Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass das obere Absorptionselement eine vertikal variierende chemische Zusammensetzung aufweist und das untere Absorptionselement chemisch homogen ausgebildet ist, wobei in Bezug auf das obere Absorptionselement ein erster Photostrom 11 ermittelbar ist und in Bezug auf das untere Absorptionselement ein zweiter Photostrom 12 ermittelbar ist.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt die Bestimmung der Wellenlänge der Strahlung unter Berücksichtigung des Signal-Verhältnisses 11/12. Es wird insbesondere die Wellenlänge der von oben auf die Vorrichtung beziehungsweise das Wavemeter einfallenden Strahlung bestimmt. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Wellenlänge der einfallenden Strahlung aus dem Signal-Verhältnis 11/12 bestimmt werden kann. Dies kann vorteilhafterweise dadurch erreicht werden, dass eine vorzugsweise streng monotone Abhängigkeit zwischen der Wellenlänge und dem Photostrom-Quotienten 11/12 besteht, so dass vorteilhafterweise aus dem Verhältnis zwischen den Größen auf die Wellenlänge geschlossen werden kann.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass eine Kalibration der Vorrichtung durch Messungen des Photostrom-Verhältnisses mit monochromatischen Lichtquellen bekannter Wellenlänge erfolgen kann. Somit ist die Erfindung im Sinne der Erfindung bevorzugt kalibrierbar ausgebildet.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben; es zeigt:

1 Darstellung eines schematischen Querschnitts durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
2 Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Erfindung

1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung (10) und insbesondere eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung (10). Dargestellt ist ein Schichtaufbau (16), der Absorptionselemente (12, 14) und Kontakte (18a, 18b, 18c) umfasst. Der Schichtaufbau (16), der in 1 dargestellt ist, schließt nach oben mit einem oberen oder ersten Kontakt (18a) ab. Unterhalb des ersten Kontakts (18a) ist eine photoresistive Schicht angeordnet, die vorzugsweise das obere Absorptionselement (12) bildet. Unterhalb des oberen Absorbers (12) ist der zweite oder mittlere Kontakt (18b) angeordnet. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass ein Photonenstrom 11 zwischen dem ersten Kontakt (18a) und dem zweiten Kontakt (18b) gemessen werden kann, der mit dem oberen Absorptionselement (12) in Verbindung gebracht wird, wobei am ersten Kontakt (18a) eine Spannung V1 und am zweiten Kontakt (18b) eine Spannung V2 anliegen kann. Unterhalb des zweiten Kontakts (18b) ist das untere Absorptionselement (14) angeordnet. Unterhalb des unteren Absorbers (14) ist der dritte oder untere Kontakt (18c) angeordnet, wobei die fünf genannten Schichten (12, 14, 18a, 18b und 18c) den Schichtaufbau (16) des Wavemeters (10) bilden, wobei der Schichtaufbau (16) vorzugsweise auf einem Substrat (20) angeordnet vorliegen kann.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung. Insbesondere zeigt 2 einen Schichtaufbau (16), bei dem die Absorptionselemente (12, 14) auf unterschiedlichen Seiten eines Substrats (20) angeordnet vorliegen. Bei dem in 2 dargestellten beispielhaften Aufbau ist das obere Absorptionselement (12) auf einer Oberseite des Substrats (20) angeordnet, während das untere Absorptionselement (14) auf einer Unterseite des Substrats (20) angeordnet ist. Vorzugsweise können zwischen den Absorptionselementen (12, 14) und dem Substrat (20) jeweils Kontakte (18a, b, c) oder Kontaktschichten angeordnet sein. Die Gesamtheit der Kontaktschichten 18a, b, c wird in der Figurenbeschreibung und den Ansprüchen bevorzugt durch das Bezugszeichen „18“ beschrieben. Es ist im Sinne dieser Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass die Photosignale, insbesondere die Photoströme, zwischen zwei Kontakten (18) gemessen werden, die jeweils das erste Absorptionselement (12) und das zweite Absorptionselement (14) umgeben. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass das erste Photosignal, das vorzugsweise von einem ersten Photostrom 11 gebildet wird, zwischen den beiden Kontakten (18) gemessen wird, die das erste Absorptionselement (12) umgeben. Es ist im Sinne der Erfindung ferner bevorzugt, dass das zweite Photosignal, das vorzugsweise von einem zweiten Photostrom 12 gebildet wird, zwischen den beiden Kontakten (18) gemessen wird, die das zweite Absorptionselement (14) umgeben. Das Photosignal wird vorzugsweise jeweils dadurch hervorgerufen, dass Ladungsträger durch die einfallende Strahlung in dem Absorptionselement (12, 14) freigesetzt werden, wobei die sich Ladungsträger innerhalb des Absorptionselements (12, 14) durch die angelegte Spannung in einer gerichteten Bewegung von einem Kontakt (18) zu anderen Kontakt (18) bewegen. Dieser Ladungsträgerstrom kann vorzugsweise als Photostrom gemessen werden.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung, insbesondere Wavemeter
12: oberes Absorptionselement
14: unteres Absorptionselement
16: Schichtaufbau
18: Kontakte (a: erster Kontakt, b: zweiter Kontakt, c: dritter Kontakt)
20: Substrat

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2006/071971 A2 [0004]
US 5760419 A [0005]

Claims

Vorrichtung (10) zur Bestimmung einer Wellenlänge einer Strahlung umfassend mindestens zwei Absorptionselemente (12, 14), wobei die Absorptionselemente (12, 14) in einem Schichtaufbau (16) übereinander angeordnet vorliegen dadurch gekennzeichnet, dass ein oberes Absorptionselement (12) eine vertikal variierende chemische Zusammensetzung aufweist und ein unteres Absorptionselement (14) chemisch homogen ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionselemente (12, 14) mindestens ein Halbleitermaterial umfassen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionselemente (12, 14) binäre, ternäre oder quaternäre Legierungen umfassen.
Vorrichtung (10) einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass ein Material für die Absorptionselemente (12, 14) ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend (Mg,Zn)O, (In,Ga)₂O₃, (Si,Ge), (Si,Ge)C, (Al,Ga)₂O₃, (In,Ga)As, (AI,Ga)As, (In,Ga)N, (AI,Ga)N, (Cd,Zn)O, Zn(O,S), (AI,Ga,ln)As, (In,Ga)(As,P), (AI,Ga,ln)N, (Mg,Zn,Cd)O oder (Al,Ga,In)₂O₃.
Vorrichtung (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionselemente (12, 14) dazu eingerichtet sind, Strahlung in dem definierten Wellenlängenbereich zu absorbieren.
Vorrichtung (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau (16) ein Substrat (20) umfasst, wobei das obere Absorptionselement (12) und das untere Absorptionselement (14) auf unterschiedlichen Seiten des Substrats (20) angeordnet vorliegen.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (20) für die Strahlung zumindest teilweise transparent ausgebildet ist.
Vorrichtung (10) einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau (16) zwischen den Absorptionselementen (12, 14) Kontakte (18) umfasst, wobei zwischen den Kontakten (18) Photoströme messbar sind.
Verfahren zur Bestimmung einer Wellenlänge einer Strahlung umfassend die folgenden Schritte a) Bereitstellung einer Vorrichtung zur Detektion einer Wellenlänge einer Strahlung, b) Bereitstellung einer Strahlung, deren Wellenlänge bestimmt werden soll, wobei die Strahlung auf die Vorrichtung gerichtet wird, c) Absorption eines ersten Anteils der Strahlung durch ein oberes Absorptionselement (12) und Umwandlung in ein Photostrom-Signal 11, d) Absorption eines zweiten Anteils der Strahlung durch ein unteres Absorptionselement (14) und Umwandlung in ein Photostrom-Signal 12 e) Bestimmung der Wellenlänge der Strahlung unter Berücksichtigung des Signal-Verhältnisses 11/12.
Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass das Signal-Verhältnis von der Wellenlänge der einfallenden Strahlung abhängt.