DE102018130478A1 - Lawinen-Fotodiode - Google Patents

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DE102018130478A1
DE102018130478A1 DE102018130478.1A DE102018130478A DE102018130478A1 DE 102018130478 A1 DE102018130478 A1 DE 102018130478A1 DE 102018130478 A DE102018130478 A DE 102018130478A DE 102018130478 A1 DE102018130478 A1 DE 102018130478A1
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Tobias Beckerwerth
Patrick Runge
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lawinen-Fotodiode, mit mindestens einer Absorberschicht (11), in der unter Einwirkung von Licht freie Ladungsträger erzeugt werden; mindestens einer Multiplikatorschicht (13), in der eine Vervielfältigung der in der Absorberschicht (11) erzeugten Ladungsträger erfolgt; mindestens einer ersten und zweiten dotierten Kontaktschicht (10, 20), wobei die Kontaktschichten (10, 20) zueinander komplementäre Dotierungen aufweisen und sich die zweite Kontaktschicht (20) auf einer der Absorberschicht (11) abgewandten Seite der Multiplikatorschicht (13) befindet; mindestens einer komplementär zu der zweiten Kontaktschicht (20) dotierten Zwischenschicht (12) zwischen der Absorberschicht (11) und der Multiplikatorschicht (13); und einem integriert-optischen Wellenleiter (30), über den Licht in die Absorberschicht (11) einkoppelbar ist. Erfindungsgemäß ist die Absorberschicht (11) derart ausgebildet und komplementär zu der zweiten Kontaktschicht (20) dotiert ist, dass sie zumindest im Wesentlichen unverarmt ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Lawinen-Fotodiode.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Lawinen-Fotodiode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Lawinen-Fotodiode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 15.
  • Aus dem Stand der Technik sind Lawinen-Fotodioden (Avalanche-Fotodioden) bekannt, die neben einer intrinsischen Absorberschicht, in der unter Einwirkung von Licht freie Ladungsträger erzeugt werden, eine Multiplikatorschicht aufweisen, in der eine Vervielfältigung der in der Absorberschicht erzeugten Ladungsträger erfolgt. Darüber hinaus umfassen die bekannten Lawinen-Fotodioden eine dotierte „Ladungsschicht“ („Charge-Schicht“), mit der der Feldstärkeverlauf in der Fotodiode eingestellt wird. Dieses Fotodioden-Konzept wird als SACM („Separation of Absorption, Charge and Multiplication“) bezeichnet. Eine derartige Lawinen-Fotodiode ist zum Beispiel aus dem Artikel M. Nada et al., „Linearity improvement of high-speed avalanche photodiodes using thin depleted absorber operating with higher order modulation format“, OPTICS EXPRESS 27715, Vol. 23, No. 21 (2015) bekannt. Um ein zu hohes Rauschen zu vermeiden und einen möglichst schnellen Ladungsträgertransport zu ermöglichen, sind bei der Dotierung und der Dicke der Ladungsschicht jedoch nur sehr geringe Herstellungstoleranzen erlaubt, was die Herstellung der Diode erschwert.
  • Die Einkopplung des Lichts in eine Lawinen-Fotodiode kann über einen Wellenleiter erfolgen, wobei zum Beispiel eine evaneszente Einkopplung des Lichts in die Absorberschicht erfolgen kann; vgl. zum Beispiel die DE 10 2015 210 343 .
  • Das von Erfindung zu lösende Problem besteht darin, die Herstellung einer Lawinen-Fotodiode zu vereinfachen.
  • Dieses Problem wird durch die Bereitstellung der Lawinen-Fotodiode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Danach wird eine Lawinen-Fotodiode bereitgestellt, mit
    • - mindestens einer Absorberschicht, in der unter Einwirkung von Licht freie Ladungsträger erzeugt werden;
    • - mindestens einer Multiplikatorschicht, in der eine Vervielfältigung der in der Absorberschicht erzeugten Ladungsträger erfolgt;
    • - mindestens einer ersten und zweiten dotierten Kontaktschicht, wobei die Kontaktschichten zueinander komplementäre Dotierungen aufweisen und sich die zweite Kontaktschicht auf einer der Absorberschicht abgewandten Seite der Multiplikatorschicht befindet;
    • - mindestens einer komplementär zu der zweiten Kontaktschicht dotierten Zwischenschicht zwischen der Absorberschicht und der Multiplikatorschicht; und
    • - einem integriert-optischen Wellenleiter, über den Licht in die Absorberschicht einkoppelbar ist, wobei
    • - die Absorberschicht derart ausgebildet und komplementär zu der zweiten Kontaktschicht dotiert ist, dass sie zumindest im Wesentlichen unverarmt ist.
  • Bei der Absorberschicht handelt es sich somit nicht um eine intrinsische Halbleiterschicht, sondern um eine Halbleiterschicht mit einer externen Dotierung; d. h. die Absorberschicht wurde mit einem Dotierstoff versehen. Beispielsweise beträgt die Dotierstoffkonzentration der Absorberschicht mindestens 1 × 1017 cm-3 oder mindestens 5 × 1017 cm-3. Durch diese Dotierung der Absorberschicht und der Dotierung der Zwischenschicht entsteht insbesondere eine Raumladungszone, die sich zumindest im Wesentlichen nur in der (insbesondere intrinsischen) Multiplikatorschicht erstreckt und die Absorberschicht entsprechend zumindest im Wesentlichen unverarmt ist. Somit kann z.B. auch ohne eine Ladungsschicht zwischen der Absorber- und der Multiplikatorschicht einer ausreichend hohe Feldstärke im Bereich der Multiplikatorschicht erzeugt werden. Beispielsweise findet zumindest näherungsweise der gesamte Spannungsabfall in der Multiplikatorschicht statt, so dass die Kapazität der Lawinen-Fotodiode insbesondere durch die Dicke und die Fläche der Multiplikatorschicht bestimmt wird.
  • Mit der Dotierung der Absorberschicht dem möglichen Wegfall der Ladungsschicht erhöhen sich die Fertigungstoleranzen und es vereinfacht sich die Herstellung der Lawinen-Fotodiode. Denkbar ist insbesondere, dass die Herstellung der Schichten der Lawinen-Fotodiode (insbesondere der Absorberschicht und der Zwischenschicht) größere Herstellungstoleranzen in Bezug auf die Dotierung und/oder die Dicke dieser Schichten erlaubt. Darüber hinaus muss die Dotierung und/oder die Dicke der Absorber- und/oder der Zwischenschicht bei einer Änderung der Materialzusammensetzung und/oder der Dicke der Multiplikatorschicht nicht unbedingt angepasst werden. Denkbar ist auch, dass aufgrund der Dotierung der Absorberschicht die Kennlinie der Lawinen-Fotodiode linearer als bei herkömmlichen Lawinen-Fotodioden verläuft; insbesondere, da möglichen Raumladungseffekten, die auf das Vorhandensein von Löchern in der Absorberschicht zurückgehen, entgegengewirkt wird.
  • Es wird angemerkt, dass in der unverarmten Absorberschicht die Diffusion der dominierende Transportprozess sein kann. Um dennoch möglichst niedrige Transitzeiten in Bezug auf den Ladungsträgertransport zwischen der Absorber- und der Multiplikatorschicht zu erhalten, ist es denkbar, dass die Absorber- und die Zwischenschicht möglichst dünn ausgebildet werden. Insbesondere wird die Gesamtdicke der Absorber- und der Zwischenschicht so gewählt, dass die Transitzeit für den Transport der in der Absorberschicht erzeugten Elektronen-Loch-Paare bis zu der Multiplikatorschicht durch Diffusion vergleichbar ist mit der entsprechenden Transitzeit einer konventionellen SCAM-Lawinen-Fotodiode. Beispielsweise beträgt die Dicke der Absorber- und Zwischenschicht zusammen weniger als 500 nm, weniger als 450 nm oder weniger als 400 nm.
  • Über den integriert-optischen Wellenleiter ist Licht beispielsweise evaneszent in die Absorberschicht einkoppelbar. Mit Hilfe der evaneszenten Lichteinkopplung kann z.B. ein großer Teil oder zumindest im Wesentlichen sogar die gesamte Fläche der Absorberschicht genutzt werden, so dass auch bei geringerer Dicke der Absorberschicht eine Diode mit hoher Empfindlichkeit realisierbar ist. Denkbar ist allerdings auch, dass der Wellenleiter so ausgebildet ist, dass Licht über eine Stirnseite des Wellenleiters in die Absorberschicht einkoppelbar ist. Beispielsweise grenzt eine Stirnseite des Wellenleiters an die Absorberschicht oder zumindest an mindestens eine der beiden Kontaktschichten und/oder die Multiplikatorschicht an, wobei Licht über diese Stirnseite (und insbesondere über eine Stirnseite der Absorberschicht) in die Absorberschicht eingekoppelt werden kann. Die Lichteinkopplung per integriert-optischem Wellenleiter erlaubt z.B. eine Integration der Diode in integrierte photonische Schaltkreise (PICs).
  • Möglich ist, dass es sich bei der Dotierung der ersten Kontaktschicht um eine p-Dotierung und bei der Dotierung der zweiten Kontaktschicht um eine n-Dotierung handelt. Beispielsweise weisen die Absorberschicht und/oder die Zwischenschicht jeweils eine Dotierstoffkonzentration von mindestens 1 × 1017 cm-3 oder von mindestens 5 × 1017 cm-3 auf, wie oben bereits erwähnt.
  • Die Multiplikatorschicht ist hingegen beispielsweise als eine zumindest im Wesentlichen verarmte Schicht ausgebildet. Insbesondere handelt es sich bei der Multiplikatorschicht um eine intrinsische Schicht.
  • Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist die Zwischenschicht aus einem anderen Material ausgebildet als die Absorberschicht und/oder die Multiplikatorschicht. Denkbar ist, dass die Zwischenschicht zumindest abschnittsweise eine Bandlücke aufweist, deren Größe zwischen der Größe der Bandlücke der Absorberschicht und der Größe der Bandlücke der Multiplikatorschicht liegt. Beispielsweise ist die Zwischenschicht in Form einer Anpassungsschicht (Grading-Schicht) ausgebildet. Eine derartige Anpassungsschicht dient insbesondere zur Anpassung der Bandlücke der Absorberschicht und der Bandlücke der Multiplikatorschicht. So kann sich die Materialzusammensetzung der Anpassungsschicht von der Absorberschicht bis zu der Multiplikatorschicht so verändern, dass sich die Bandlücke der Anpassungsschicht von der Absorberschicht bis zu der Multiplikatorschicht (insbesondere kontinuierlich oder zumindest im Wesentlichen kontinuierlich) vergrößert.
  • Möglich ist jedoch auch, dass es sich bei der Zwischenschicht nicht um eine Anpassungsschicht handelt. Beispielsweise ist die Zwischenschicht aus demselben Material wie die Multiplikatorschicht ausgebildet, wobei die Zwischenschicht jedoch höher dotiert ist als die Multiplikatorschicht bzw. die Multiplikatorschicht überhaupt nicht (extern) dotiert ist. Die Zwischenschicht weist somit insbesondere im Vergleich mit der Bandlücke der Absorberschicht deutlich höhere Bandlücke der Multiplikatorschicht auf und ist somit nicht zur Lichtabsorption ausgebildet. Beispielsweise ist die Zwischenschicht hier vielmehr nach Art einer Charge-Schicht ausgebildet.
  • Die Zwischenschicht grenzt insbesondere unmittelbar an die Multiplikatorschicht an. Denkbar ist auch, dass mehrere Zwischenschichten vorhanden sind. Zudem können auch mehrere Absorberschichten und/oder mehrere Multiplikatorschichten vorgesehen sein.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich die zweite Kontaktschicht zwischen dem Wellenleiter und der Multiplikatorschicht. Denkbar ist, dass die zweite Kontaktschicht wie oben bereits erwähnt eine n-Dotierung und die erste Kontaktschicht eine p-Dotierung aufweist. Die erste Kontaktschicht befindet sich in diesem Fall insbesondere (z.B. unmittelbar angrenzend) oberhalb der Absorberschicht.
  • Möglich ist jedoch auch, dass sich die zweite, insbesondere n-dotierte Kontaktschicht nicht zwischen dem Wellenleiter und der Multiplikatorschicht befindet, sondern oberhalb der Multiplikatorschicht; insbesondere unmittelbar angrenzend an die Multiplikatorschicht. In diesem Fall kann sich die Absorberschicht unterhalb der Multiplikatorschicht befinden (insbesondere unmittelbar an diese angrenzend), wobei zum Beispiel die erste, insbesondere p-dotierte Kontaktschicht unterhalb der Absorberschicht angeordnet ist (insbesondere unmittelbar angrenzend an die Absorberschicht). Beispielsweise befindet sich die erste Kontaktschicht in diesem Fall zwischen der Absorberschicht und dem Wellenleiter.
  • Es wird angemerkt, dass ein „integriert-optischer“ Wellenleiter insbesondere zumindest teilweise (etwa seine mindestens eine Kernschicht) auf einem (insbesondere zumindest näherungsweise planen) Substrat angeordnet (z.B. auf dem Substrat aufgewachsen) und/oder zumindest teilweise (etwa seine mindestens eine Mantelschicht) durch das Substrat ausgebildet ist. Insbesondere sind die Absorberschicht, die Multiplikatorschicht, die Zwischenschicht und die Kontaktschichten auf demselben Substrat angeordnet (insbesondere aufgewachsen) wie der Wellenleiter. Denkbar ist beispielsweise, dass ein Substrat aus Indiumphosphid verwendet wird, wobei der optische Wellenleiter, zumindest sein Wellenleiterkern, z.B. aus einer InGaAsP-Schicht ausgebildet ist. Die Erfindung ist natürlich nicht auf bestimmte Materialien beschränkt. Denkbar ist z.B. auch, dass ein Silizium-Substrat verwendet wird. Der Wellenleiter der erfindungsgemäßen Lawinen-Fotodiode ist beispielsweise in Form eines Rippen- oder Streifenwellenleiters ausgebildet
  • Die erfindungsgemäße Lawinen-Fotodiode kann z.B. als Empfänger in der optischen Nachrichtentechnik (d.h. als Komponente eines Datenübertragungssystems) eingesetzt werden (insbesondere als Empfänger für kurze Übertragungsstrecken, etwa im Burst-Mode-Betrieb). Denkbar ist auch der Einsatz als Einzelphotonenempfänger (SPAD) im Bereich der Quantenkommunikation.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Lawinen-Fotodiode, insbesondere oben beschrieben, mit den Schritten:
    • - Erzeugen mindestens einer Absorberschicht, in der unter Einwirkung von Licht freie Ladungsträger erzeugt werden;
    • - Erzeugen mindestens einer Multiplikatorschicht, in der eine Vervielfältigung der in der Absorberschicht erzeugten Ladungsträger erfolgt;
    • - Erzeugen mindestens einer ersten und zweiten dotierten Kontaktschicht, wobei die Kontaktschichten zueinander komplementäre Dotierungen aufweisen und sich die zweite Kontaktschicht auf einer der Absorberschicht abgewandten Seite der Multiplikatorschicht befindet;
    • - Erzeugen mindestens einer komplementär zu der zweiten Kontaktschicht dotierten Zwischenschicht zwischen der Absorberschicht und der Multiplikatorschicht; und
    • - Erzeugen eines integriert-optischen Wellenleiters, über den Licht in die Absorberschicht einkoppelbar ist, wobei
    • - die Absorberschicht derart ausgebildet und komplementär zu der zweiten Kontaktschicht dotiert erzeugt wird, dass sie zumindest im Wesentlichen unverarmt ist.
  • Die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Lawinen-Fotodiode erläuterten Ausführungsbeispiele können analog natürlich auch zur Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden. Beispielsweise wird der Wellenleiter so ausgebildet, dass Licht evaneszent in die Absorberschicht einkoppelbar ist. Denkbar ist jedoch auch wie oben bereits erwähnt, dass der Wellenleiter so ausgestaltet wird, dass Licht über eine Stirnseite des optischen Wellenleiters in die Absorberschicht eingekoppelt wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 schematisch eine Schnittansicht einer Lawinen-Fotodiode gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 eine Abwandlung der 1;
    • 3 schematisch die Bandstruktur der Lawinen-Fotodiode aus 1; und
    • 4 eine Lawinen-Fotodiode gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die in 1 dargestellte erfindungsgemäße Halbleiter-Lawinen-Fotodiode 1 umfasst mehrere Halbleiterschichten; insbesondere eine Absorberschicht 11 zur Lichtabsorption sowie eine Multiplikatorschicht 13. In der Absorberschicht 11 werden in an sich bekannter Weise unter Einwirkung von Licht freie Ladungsträger erzeugt, die in die Multiplikatorschicht 13 gelangen und dort vervielfältigt werden. Zwischen der Absorberschicht 11 und der Multiplikatorschicht 13 befindet sich eine Zwischenschicht in Form einer die Grading-Schicht 12, die zur Anpassung der Bandlücken der Absorberschicht 11 und der Multiplikatorschicht 13 dient. Insbesondere verändert sich die Zusammensetzung und damit die Bandlücke der Grading-Schicht 12 von der Absorberschicht 11 bis zu der Multiplikatorschicht 13 (vgl. zum Beispiel das Bandschema der Fotodiode 1 in 2).
  • Darüber hinaus umfasst die Lawinen-Fotodiode 1 eine erste Kontaktschicht in Form einer hochdotierten p-Kontaktschicht 10, die oberhalb der Absorberschicht 11 und insbesondere angrenzend an die Absorberschicht 11 angeordnet ist. Eine zweite Kontaktschicht in Form einer hochdotierten n-Kontaktschicht 20 ist auf einer der Absorberschicht 11 abgewandten Seite der Multiplikatorschicht 13 angeordnet; und zwar zwischen der Multiplikatorschicht 13 und einem integriert-optischen Wellenleiter 30. Bei der Absorberschicht 11 handelt es sich beispielsweise um eine InGaAs-Schicht, während die Multiplikatorschicht 13 etwa aus InAlAs besteht.
  • In den optischen Wellenleiter 30 wird das zu detektierende Licht L eingekoppelt, wobei das eingekoppelte Licht in dem Wellenleiter 30 zu dem Abschnitt der Lawinen-Fotodiode 1 geführt wird, in dem sich die Schichten 11 bis 13 befinden. Zudem ist der Wellenleiter 30 so beschaffen, dass zumindest ein Teil des in ihm geführten Lichts evaneszent in den Abschnitt der Fotodiode 1 mit den Schichten 11 bis 13 und somit insbesondere in die Absorberschicht 11 überkoppelt. Der optische Wellenleiter 30 weist insbesondere mindestens eine auf einem Substrat (nicht dargestellt) aufgewachsene Kernschicht auf, wobei beispielsweise ein an die Kernschicht angrenzender Abschnitt des Substrats eine Mantelschicht des Wellenleiters 30 ausbildet. Das Substrat ist insbesondere aus Indiumphosphid gebildet. Die Erfindung ist allerdings selbstverständlich nicht auf eine spezielle Ausgestaltung des Wellenleiters 30 beschränkt.
  • Sowohl die Absorberschicht 11 als auch die Grading-Schicht 12 weisen eine (externe) p-Dotierung auf, wobei die Grading-Schicht 12 unmittelbar an die Multiplikatorschicht 13 angrenzt. Beispielsweise beträgt die Dotierstoffkonzentration jeweils mindestens 1 × 1017cm-3.
  • Eine Ladungsschicht (Charge-Schicht) zwischen der Grading-Schicht 12 und der Multiplikatorschicht 13 ist nicht vorhanden. Aufgrund ihrer Dotierung erstreckt sich jedoch eine sich nach Anlegen einer Sperrspannung an die Kontaktschichten 10, 20 ausbildende Raumladungszone nicht in die Absorberschicht 11 hinein. Vielmehr bildet sich die Raumladungszone zumindest im Wesentlichen nur im Bereich der Multiplikatorschicht 13 aus, so dass die Absorberschicht 11 zumindest im Wesentlichen unverarmt ist. Die Dotierung der Absorberschicht 11 und der Wegfall der sonst üblichen Charge-Schicht ermöglichen eine Herstellung der Lawinen-Fotodiode mit größeren Herstellungstoleranzen, wie oben bereits ausgeführt.
  • In dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der p-Kontakt und der n-Kontakt sowie die Absorberschicht 11 und die Multiplikatorschicht 13 vertauscht. Somit befindet sich die n-dotierte zweite Kontaktschicht 20 nicht unterhalb, sondern oberhalb der Multiplikatorschicht 13, wobei sie insbesondere von oben an die Multiplikatorschicht 13 angrenzt. Entsprechend ist die p-dotierte erste Kontaktschicht 10 zwischen der p-dotierten Absorberschicht 11 und dem optischen Wellenleiter 30 angeordnet.
  • Die Bandstruktur der in 1 dargestellten Lawinen-Fotodiode 1 ist schematisch in 3 gezeigt. Darin kennzeichnet z.B. für die Absorberschicht 11, die Grading-Schicht 12 und die Multiplikatorschicht 13 jeweils die obere Linie die Lage des Leitungsbandes LB und die untere Linie die Lage des Valenzbandes VB. Die Dicken der Schichten 11 bis 13 sind mit „dabs “ (für die Absorberschicht 11), „dgrad “ (für die Grading-Schicht 12) und „dmult “ (für die Multiplikatorschicht 13) bezeichnet.
  • 3 ist zu entnehmen, dass die Bandlücke der Multiplikatorschicht 13 größer ist als die Bandlücke der Absorberschicht 11, wobei die Grading-Schicht 12 eine sich von der Absorberschicht 11 bis Multiplikatorschicht 13 verändernde Materialzusammensetzung aufweist, die zu einem Anstieg der Bandlücke von der Absorberschicht 11 bis zu der Multiplikatorschicht 13 führt. Wie oben bereits erläutert, erstreckt sich die Raumladungszone im Bereich der Multiplikatorschicht 13 und nicht in der Absorberschicht 11, so dass der vorherrschende oder sogar einzige Transportmechanismus in Bezug auf die erzeugten Ladungsträger in der Absorberschicht 11 die Diffusion ist (mit Pfeilen D gekennzeichnet). In der Multiplikatorschicht 13 hingegen werden Ladungsträger auch oder vorwiegend durch Drift (Pfeil DR) bewegt.
  • 4 bezieht sich auf eine Abwandlung der 1, wonach der integriert-optische Wellenleiter 30 nicht zur evaneszenten Einkopplung in die Absorberschicht 11 ausgebildet ist. Vielmehr grenzt eine Stirnseite 310 des Wellenleiters 30 an eine Seite 110 u.a. der Absorberschicht 11 an, so dass eine Lichteinkopplung in die Absorberschicht 11 nach Art einer Stoßkopplung („Buttjoint“) erfolgt. Vorliegend ist der Wellenleiter 30 zusammen mit den Schichten 10-13, 20 auf einem Substrat 100 angeordnet und grenzt daher auch an die unterhalb der Absorberschicht 11 befindlichen Schichten 11-13 und 20 an. Denkbar ist auch, dass der Wellenleiter 30 zumindest teilweise auch an die oberhalb der Absorberschicht 11 angeordnete p-Kontaktschicht 10 angrenzt.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass natürlich auch die Diode des Ausführungsbeispiels der 2 anstelle des evaneszent koppelnden Wellenleiters einen integriert-optischen Wellenleiter nach Art der 4 aufweisen kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015210343 [0003]

Claims (15)

  1. Lawinen-Fotodiode, mit - mindestens einer Absorberschicht (11), in der unter Einwirkung von Licht freie Ladungsträger erzeugt werden; - mindestens einer Multiplikatorschicht (13), in der eine Vervielfältigung der in der Absorberschicht (11) erzeugten Ladungsträger erfolgt; - mindestens einer ersten und zweiten dotierten Kontaktschicht (10, 20), wobei die Kontaktschichten (10, 20) zueinander komplementäre Dotierungen aufweisen und sich die zweite Kontaktschicht (20) auf einer der Absorberschicht (11) abgewandten Seite der Multiplikatorschicht (13) befindet; - mindestens einer komplementär zu der zweiten Kontaktschicht (20) dotierten Zwischenschicht (12) zwischen der Absorberschicht (11) und der Multiplikatorschicht (13); und - einem integriert-optischen Wellenleiter (30), über den Licht in die Absorberschicht (11) einkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (11) derart ausgebildet und komplementär zu der zweiten Kontaktschicht (20) dotiert ist, dass sie zumindest im Wesentlichen unverarmt ist.
  2. Lawinen-Fotodiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Dotierung der ersten Kontaktschicht (10) um eine p-Dotierung und bei der Dotierung der zweiten Kontaktschicht (20) um eine n-Dotierung handelt.
  3. Lawinen-Fotodiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (11) und/oder die Zwischenschicht (12) jeweils eine Dotierstoffkonzentration von mindestens 1 × 1017 cm-3 oder von mindestens 5 × 1017 cm-3 aufweisen.
  4. Lawinen-Fotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter (30) so ausgebildet ist, dass über ihn Licht evaneszent in die Absorberschicht (11) einkoppelbar ist oder der Wellenleiter (30) so ausgebildet ist, dass Licht über eine Stirnseite (310) des Wellenleiters (30) in die Absorberschicht (11) einkoppelbar ist.
  5. Lawinen-Fotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Multiplikatorschicht (13) um eine zumindest im Wesentlichen verarmte Schicht handelt.
  6. Lawinen-Fotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (12) aus einem anderen Material ausgebildet ist als die Absorberschicht (11).
  7. Lawinen-Fotodiode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (12) zumindest abschnittsweise eine Bandlücke aufweist, die zwischen der Bandlücke der Absorberschicht (11) und der Bandlücke der Multiplikatorschicht (13) liegt.
  8. Lawinen-Fotodiode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (12) in Form einer Grading-Schicht ausgebildet ist.
  9. Lawinen-Fotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (12) aus einem anderen Material ausgebildet ist als die Multiplikatorschicht (13).
  10. Lawinen-Fotodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (12) aus demselben Material wie die Multiplikatorschicht (13) ausgebildet ist.
  11. Lawinen-Fotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (12) unmittelbar an die Multiplikatorschicht (13) angrenzt.
  12. Lawinen-Fotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Kontaktschicht (20) zwischen dem Wellenleiter (30) und der Multiplikatorschicht (13) befindet.
  13. Lawinen-Fotodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zweite Kontaktschicht (20) oberhalb der Multiplikatorschicht (13) befindet und/oder die erste Kontaktschicht (10) zwischen dem Wellenleiter (30) und der Absorberschicht (11) angeordnet ist.
  14. Lawinen-Fotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Absorberschicht (11) und der Zwischenschicht (12) zusammen 400, 450 oder 500 nm nicht übersteigt.
  15. Verfahren zum Herstellen einer Lawinen-Fotodiode, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten: - Erzeugen mindestens einer Absorberschicht (11), in der unter Einwirkung von Licht freie Ladungsträger erzeugt werden; - Erzeugen mindestens einer Multiplikatorschicht (13), in der eine Vervielfältigung der in der Absorberschicht (11) erzeugten Ladungsträger erfolgt; - Erzeugen mindestens einer ersten und zweiten dotierten Kontaktschicht (10, 20), wobei die Kontaktschichten (10, 20) zueinander komplementäre Dotierungen aufweisen und sich die zweite Kontaktschicht (20) auf einer der Absorberschicht (11) abgewandten Seite der Multiplikatorschicht (13) befindet; - Erzeugen mindestens einer komplementär zu der zweiten Kontaktschicht (20) dotierten Zwischenschicht (12) zwischen der Absorberschicht (11) und der Multiplikatorschicht (3); und - Erzeugen eines integriert-optischen Wellenleiters (30), über den Licht in die Absorberschicht (11) einkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorberschicht (11) derart ausgebildet und komplementär zu der zweiten Kontaktschicht (20) dotiert erzeugt wird, dass sie zumindest im Wesentlichen unverarmt ist.
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