DE102020001840B3

DE102020001840B3 - Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE102020001840B3
Application number: DE102020001840.8A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Strobl; Daniel Fuhrmann; Gregor Keller; Clemens Wächter
Original assignee: Azur Space Solar Power GmbH
Current assignee: Azur Space Solar Power GmbH
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2040-03-21

Abstract

Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10), aufweisend,- eine zumindest gebietsweise ausgebildete erste metallische Anschlusskontaktschicht (20),- eine zumindest gebietsweise ausgebildete hochdotierte erste Halbleiterkontaktschicht (16) eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierstoffkonzentration von mindestens 1·1018cm-3und mit einer ersten Gitterkonstanten,- ein Absorptionsgebiet (12) des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierstoffkonzentration von 8·1011cm-3- 8·1014cm-3, einer Schichtdicke (D12) von 80 µm - 2000 µm oder von 500 µm - 2000 µm oder von 900 µm - 2000 µm, mit einer ersten Energiebandlücke und mit der ersten Gitterkonstanten,- eine zumindest gebietsweise ausgebildete hochdotierte zweite Halbleiterkontaktschicht (14) eines zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierstoffkonzentration von mindestens 1·1018cm-3und einer Schichtdicke (D14) von höchstens 100 µm oder höchstens 50 µm,- eine zumindest gebietsweise ausgebildete zweite metallische Anschlusskontaktschicht (18), wobei- die erste Halbleiterkontaktschicht (16) als Mesa-Struktur mit einer Unterseite, einer Oberseite, einer Mesa-Breite (B16) und einer Mesa-Höhe (D16) ausgebildet ist und die Unterseite der ersten Halbleiterkontaktschicht (16) auf oder oberhalb eines ersten Oberflächenabschnitts einer Oberseite des Absorptionsgebiets (12) mit einer mit der Mesa-Breite (B16) übereinstimmenden Breite angeordnet ist,- eine Unterseite der ersten metallischen Anschlusskontaktschicht (20) stoffschlüssig mit der Oberseite der ersten Halbleiterkontaktschicht (16) verbunden ist,- die zweite Halbleiterkontaktschicht (14) mit einer dem Absorptionsgebiet (12) zugewandten Oberseite unterhalb des Absorptionsgebiets (12) angeordnet ist und- die zweite metallische Anschlusskontaktschicht (18) stoffschlüssig mit einer Unterseite der zweite Halbleiterkontaktschicht (14) verbunden ist,- das stapelförmige photonische III-V-Halbleiterbauelement (10) eine III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) mit der ersten Gitterkonstanten und einer sich von der ersten Energiebandlücke unterscheidenden zweiten Energiebandlücke aufweist, wobei- die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) den ersten oder den zweiten Leitfähigkeitstyp und eine Dotierstoffkonzentration von 1·1014cm-3- 5·1018cm-3aufweist,- die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) in einem ersten Abstand (A1) von mindestens 0,2 µm oder mindestens 2 µm oder von mindestens 10 µm oder von mindestens 20 µm oder von mindestens 40 µm zu der Mesa-Struktur der ersten Halbleiterkontaktschicht auf der Oberseite des Absorptionsgebiets (12) angeordnet und mit der Oberseite des Absorptionsgebiets (12) stoffschlüssig verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement.
III-V-Halbleiterdioden werden inzwischen mit jeweils angepassten Parametern in den verschiedensten Bereichen eingesetzt.
Aus „GaAs Power Devices“ von German Ashkinazi, ISBN 965-7094-19-4, Seite 8 und 9 ist eine hochspannungsfeste Halbleiterdiode mit p⁺ - n - n⁺ Struktur bekannt.
Weitere hochspannungsfeste III-V-Halbleiterdioden und entsprechende Herstellungsverfahren sind auch aus den Druckschriften DE 10 2016 013 540 A1 , DE 10 2016 013 541 A1 , DE 10 2016 015 056 A1 , DE 10 2017 002 935 A1 und DE 10 2017 002 936 A1 bekannt. Aus der JP H09- 172 222 A und der US 2017 / 0365 698 A1 sind weitere Halbleiterbauelemente, insbesondere LED Bauelemente, bekannt.
III-V-Halbleiterdioden werden als Pixel in 2D-Pixel-Array-Detektoren eingesetzt.
Beispielsweise sind Infrarotdetektoren aus„InGaAs NIR focal plane arrays for imaging and DWDM applications", Barton et al., Infrared Detectors and Focal Plane Arrays VII, Proc. Of SPIE Vol. 4721, 2002, bekannt. Die beschriebenen III-V-Halbleiterdiodenstrukturen weisen jeweils ein gitterangepasstes InGaAs Absorptionsgebiet auf einem n+ InP Substrat, ein durch Diffusion erzeugtes p+ Kontaktgebiet und eine InP Passivierungsschicht auf.
Entsprechende Infrarotdetektoren sind auch aus „Multiplexed 256 Element InGaAs Detector Arrays for 0.8 - 1.7 um Room-Temperature Operation“, Olsen et al., Infrared Technology XIV, SPIE Vol. 972, 279 und aus „InGaAs focal plane arrays developments at III-VLab“, Rouvie et al., Infrared Technology and Applications XXXVIII, Proc. Of SPIE Vol. 8358, 835308, 2012, doi: 10.1117/12.921134 bekannt.
Auch aus „FPA Development from InGaAs InSb to HgCdTe“, Yuan et al., Infrared Technology and Applications XXXIV, Proc. of SPIE Vol. 6940, 69403C, 2008, doi: 10.1117/12.782735 ist ein Infrarotdetektor bekannt, wobei verschiedene p-i-n Strukturen mit InGaAs mit unterschiedlichem Indium-Gehalt als Absorptionsgebiet auf einem InP Substrat gegebenenfalls mit einer Pufferschicht, sowie Pixel-Arrays auf Basis von InSb und HgCdTe beschrieben werden.
Aus „A Method for Adjusting the Performance of Epitaxial GaAs X-ray Detecotrs‟, Sun, G.C. and Bourgoin, J.C., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A, 2003, vol. 512, pp. 355-360, aus „GaAs Schottky versus p/i/n Diodes for Pixellated X-ray Detectors‟, Bourgoin, J.C. and Sun, G.C., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A, 2002, vol. 487, pp. 47-49, ebenso aus der DE 602 21 638 T2 , ist ein Verfahren und Gerät zur Herstellung eines GaAs-Detektors für eine Röntgenstrahl-Erfassung und eine Bildaufnahme bekannt. Des Weiteren ist aus der WO 2004 / 081 6 04 A2 eine weitere GaAs-Bildaufnahmevorrichtung zur Detektion von Röntgenstrahlung bekannt.
Als Pixel eines Röntgendetektors sind p-i-n Strukturen aus GaAs aus „GaAs Pixel-Detector Technology for X-ray Medical Imaging“, Lezhneva et al., Russian Microelectronics, Vol. 34, No. 4, 2005, pp. 229-241, bekannt, wobei sowohl epitaktisch gewachsene als auch implantierte p+ Kontaktgebiet offenbart werden. Alternativ werden GaAs basierte Schottky Dioden offenbart.
Ein ebenfalls auf Schottky-Dioden basierender Röntgendetektor auf GaAs-Basis ist aus „GaAs X-Ray System Detectors for Medical Applications“, Rizzi et al., https://www.researchgate.net/publication/237780321, bekannt.
Nachteilig an den beschriebenen Strukturen sind die Rest- bzw. Leckströme, die bei einem Betrieb in Sperrrichtung, insbesondere über die Ränder der planaren p-n Übergänge bzw. der Mesa-Strukturen auftreten.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.
Die Aufgabe wird durch einen III-V-Halbleiterdetektor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird ein stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement bereitgestellt.
Das stapelförmige photonische III-V-Halbleiterbauelement weist eine zumindest gebietsweise ausgebildete erste metallische Anschlusskontaktschicht sowie eine zumindest gebietsweise ausgebildete zweite metallische Anschlusskontaktschicht auf.
Außerdem weist das III-V-Halbleiterbauelement eine erstes hochdotierte Halbleiterkontaktschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierstoffkonzentration von mindestens 1·10¹⁸ cm^-3 oder von mindestens 5·10¹⁸ cm^-3 und mit einer ersten Gitterkonstanten.
Weiterhin weist das photonische III-V-Halbleiterbauelement ein Absorptionsgebiet des ersten Leitfähigkeitstyps mit der ersten Gitterkonstanten, mit einer ersten Energiebandlücke, mit einer Schichtdicke in einem Bereich zwischen 80 µm und 2000 µm und mit einer Dotierstoffkonzentration von 8·10¹¹ - 8 ·10¹⁴ cm^-3 auf.
Vorzugsweise weist das Absorptionsgebiet eine gleichmäßige Dotierstoffkonzentration über die gesamte Dicke des Absorptionsgebiets auf. In einer anderen Ausführungsform variiert die Höhe der Dotierstoffkonzentration über die Dicke des Absorptionsgebietes.
Zusätzlich weist das photonische III-V-Halbleiterbauelement eine zumindest gebietsweise ausgebildete hochdotierte zweite Halbleiterkontaktschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierstoffkonzentration von mindestens 1·10¹⁷ cm^-3 und einer Schichtdicke von höchstens 100 µm oder höchstens 50 µm auf.
Die erste Halbleiterkontaktschicht ist als Mesa-Struktur mit einer Unterseite, einer Oberseite, einer Mesa-Breite und einer Mesa-Höhe ausgebildet.
Die Unterseite der ersten Halbleiterkontaktschicht ist auf oder oberhalb eines ersten Oberflächenabschnitts der Oberseite des Absorptionsgebiets mit einer mit der Mesa-Breite übereinstimmenden Breite angeordnet.
Eine Unterseite der ersten metallischen Anschlusskontaktschicht ist stoffschlüssig mit der Oberseite der ersten Halbleiterkontaktschicht verbunden.
Die zweite Halbleiterkontaktschicht ist mit einer dem Absorptionsgebiet zugewandten Oberseite unterhalb des Absorptionsgebiets angeordnet und die zweite metallische Anschlusskontaktschicht ist stoffschlüssig mit einer Unterseite der zweiten Halbleiterkontaktschicht verbunden.
Das stapelförmige photonische III-V-Halbleiterbauelement weist außerdem eine III-V-Halbleiterpassivierungsschicht mit der ersten Gitterkonstanten und einer sich von der ersten Energiebandlücke unterscheidenden zweiten Energiebandlücke auf, wobei die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht den ersten oder den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, d.h. die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht und das Absorptionsgebiet weisen den gleichen Leitfähigkeitstyp auf oder die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht weist einen von dem Leitfähigkeitstyp des Absorptionsgebiets abweichenden Leitfähigkeitstyp auf.
Vorzugsweise ist die zweite Energiebandlücke der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht größer als die erste Energiebandlücke des Absorptionsgebiets.
Die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht weist eine Dotierstoffkonzentration in einem Bereich zwischen 1·10¹⁴ cm^-3 und 5·10¹⁸ cm^-3 auf.
Die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht ist in einem ersten Abstand von mindestens 0,2 µm oder von mindestens 2 µm oder von mindestens 10 µm oder von mindestens 20 µm oder von mindestens 40 µm und vorzugsweise maximal 500 µm oder vorzugsweise maximal 100 µm oder vorzugsweise maximal 50 µm zu der Mesa-Struktur der ersten Halbleiterkontaktschicht auf der Oberseite des Absorptionsgebiets angeordnet und mit der Oberseite des Absorptionsgebiets stoffschlüssig verbunden.
Es wird angemerkt, dass es sich auch bei dem Absorptionsgebiet um eine Halbleiterschicht handelt.
Es versteht sich, dass das photonische III-V-Halbleiterbauelement mit einer n-auf-p oder einer p-auf-n Struktur ausgebildet sein kann. Entsprechend ist entweder der erste Leitfähigkeitstyp n und der zweite Leitfähigkeitstyp p oder vice versa.
Es sei auch angemerkt, dass die metallischen Anschlusskontaktschichten jeweils elektrisch sehr gut leitfähig sind. Bevorzugt bestehen die metallischen Anschlusskontaktschichten aus einer oder mehreren Metallschichten, wobei die Metallschichten bevorzugt Ge und/oder Au und/oder Ag und/oder Pd umfassen.
Die metallischen Anschlusskontaktschichten stellen jeweils zu einer der beiden hochdotierten Halbleiterkontaktschichten einen elektrisch niederohmigen Kontakt her. Es versteht sich auch, dass die jeweilige Halbleiterschicht hierfür jeweils unmittelbar an die entsprechende metallische Anschlusskontaktschicht angrenzt.
Des Weiteren versteht es sich, dass die Anschlusskontaktschichten mittels Bonddrähte mit Kontaktfingern, den sogenannten Pins, und / oder mittels Kontaktpunkten, sogenannten Bumps, mit Flip-Chip-Montage verschaltet sind, indem das photonische Bauelement oder auch mehrere photonische Bauelemente auf einem Träger beispielsweise in Form eines Leadframes angeordnet sind.
Alle Halbleiterschichten, also insbesondere das Absorptionsgebiet, die Halbleiterkontaktschichten sowie die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht des photonischen III-V-Halbleiterbauelements sind bevorzugt epitaktisch erzeugt.
Das Absorptionsgebiet sowie die Halbleiterkontaktschichten bestehen beispielsweise aus GaAs oder umfassen beispielsweise GaAs und werden beispielsweise nacheinander auf einem GaAs-Substrat oder auch auf einem Ge-Substrat, z.B. mit einer InGaAs-Pufferschicht zum Ausgleichen des Gitterkonstantenunterschieds zu GaAs, aufgewachsen.
Das Aufwachssubstrat, also z.B. das GaAs-Substrat oder das Ge-Substrat mit der InGaAs-Schicht, wird anschließend durch Schleifen und / oder Ätzen und / oder andere Prozesse, z.B. Ablösen, teilweise oder vollständig entfernt.
In einer Ausführungsform wird hierfür während eines Herstellprozesses des stapelförmigen III-V-Halbleiterbauelements unterhalb des zweiten Halbleiterkontaktgebiets oder unterhalb einer als zweites Halbleiterkontaktgebiet dienenden Pufferschicht und oberhalb eines Substrats eine Ätzstoppschicht erzeugt, wobei die Ätzstoppschicht ein nachfolgendes Ablösen der Substratschicht und der Pufferschicht oder nur der Substratschicht ermöglicht.
Insbesondere ermöglicht es die Ätzstoppschicht, Substrat und/oder Pufferschicht ohne eine mechanischen Schleifprozess zu entfernen.
Die Ätzstoppschicht selbst kann danach auch entfernt werden. Die Ätzstoppschicht weist eine starke chemische Anisotropie gegenüber den angrenzenden Schichten auf, das heißt die Ätzrate für die Ätzstoppschicht und insbesondere die anschließende Schichten des Bauelements unterscheiden sich mindestens um einen Faktor 10.
Die Ätzstoppschicht besteht üblicherweise aus GaInP oder AlGaAs und die umgebenden Schichten aus GaAs oder GaInAs. Die entfernten Schichten sind in dem finalen Bauelement nicht mehr vorhanden.
In einer weiteren Ausführungsform wird auf einem Ge-Substrat eine InGaP- oder InGaAs-Zwischenschicht zum Ausgleich eines Gitterkonstantenunterschieds zu folgenden GaAs-Schichten des III-V-Bauelements aufgewachsen, wobei die Zwischenschicht gleichzeitig als Ätzstoppschicht dient. Anschließend werden die Halbleiterschichten des Bauelements angefangen mit einer zweiten Halbleiterkontaktschicht, bevorzugt aus GaAs, epitaktisch erzeugt.
Später wird erst das Ge-Substrat mittels eines Ätzprozesses entfernt und danach mittels eines weiteren Ätzprozesses die InGaP- oder InGaAs-Zwischenschicht von dem photonischen GaAs-Bauelement entfernt.
Alternativ zu dem vollständigen Entfernen des Aufwachssubstrats wird das Aufwachssubstrat, z.B. ein mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp dotiertes GaAs-Substrat, nur teilweise entfernt, so dass eine verbleibende dünne Schicht die hochdotierte zweite Halbleiterkontaktschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps ausbildet.
Die Mesa-Struktur der ersten Halbleiterkontaktschicht ist bevorzugt durch zwei Ätzschritte und einen zweiten Epitaxieprozess erzeugt.
Bevorzugt erzeugt ein erster Ätzschritt eine durch die epitaktisch erzeugte flächige III-V-Halbleiterpassivierungsschicht bis zu dem Absorptionsgebiet reichende Lücke, anders ausgedrückt die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht ist im Bereich der Lücke weggeätzt.
Anschließend werden der Mesa-Struktur entsprechende Schichten aufgewachsen und mittels des zweiten Ätzschritts die Mesa-Struktur freilegt.
Die erste metallische Anschlusskontaktschicht wird entweder vor oder nach dem zweiten Ätzschritt auf die Oberseite der Mesa-Struktur aufgebracht.
Es versteht sich, dass insbesondere durch den zweiten Ätzschritt Gräben in einem die Mesa-Struktur umgebenden Bereich des Absorptionsgebiets entstehen, da gemäß bevorzugter Ausführungsformen keine oder nur eine sehr geringe Ätz-Selektivität zwischen dem Material der Mesa-Struktur und dem Material des Absorptionsgebiet besteht.
Alternativ wird zuerst eine der Mesa-Struktur entsprechende flächige Schicht auf dem Absorptionsgebiet aufgewachsen und die Mesa-Struktur durch Entfernen eines Teils dieser Schicht mittels eines ersten Ätzschritts freigelegt. Anschließend wird die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht aufgewachsen und mittels eines zweiten Ätzschritts in einem Bereich auf und um die Mesa-Struktur wieder entfernt.
Es versteht sich, dass aufgrund der gegebenenfalls hohen Ätz-Selektivität der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht gegenüber dem Absorptionsgebiet die Oberseite des Absorptionsgebiets zwischen der Mesa-Struktur und unterhalb der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht keinen Niveauunterschied, also keinen Graben aufweist.
Alternativ oder ergänzend sind eine oder mehrere Schichten des photonischen III-V-Halbleiterbauelements mittels eines Wafer-Bonds miteinander verbunden.
Es versteht sich auch, dass zumindest die mindestens eine Halbleiterkontaktschicht, das als Halbleiterschicht ausgebildete Absorptionsgebiet und die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht des photonischen III-V-Bauelements jeweils mindestens ein Element der III. Hauptgruppe und mindestens ein Element der V. Hauptgruppe aufweisen. Bevorzugt bestehen die genannten Schichten bzw. Gebiete aus III-V-Materialien, z.B. GaAs, AlGaAs, InGaP, InAlP, InAlGaP, GaAsP, InGaAs oder InP.
Es wird angemerkt, dass ein aus einem III-V-Material bestehendes Gebiet bzw. Schicht nur im Wesentlichen aus III-V-Material bestehen muss bzw. neben einem III-V-Material, also einem Material welches einen oder mehrere Elemente der III. und/oder V. Hauptgruppe umfasst, gegebenenfalls noch Verunreinigungen und/oder Dotierstoffe und/oder Störstellen aufweisen kann.
Entsprechendes gilt für ein aus GaAs oder einer anderen ausdrücklich genannten Materialkombination bestehenden Halbleitergebiet bzw. eine Halbleiterschicht. Weist eine Schicht eine ausdrücklich genannte Materialkombination auf, so wird damit ausgedrückt, dass das Material der Schicht aus einer Verbindung der ausdrücklich genannten Materialien und gegebenenfalls weiteren Elementen der III. und/oder V. Hauptgruppe besteht. Eine GaAs aufweisende Schicht kann also beispielsweise eine InGaAs-Schicht sein.
In Weiterbildungen weist das photonische III-V-Halbleiterbauelement zusätzlich Halbleiterschichten aus anderen Halbleitermaterialien oder zusätzliche Schichten aus anderen nicht-Halbleiter-Materialien, z.B. eine Nitridschicht oder eine Oxidschicht oder eine Polyimidschicht als weitere Passivierungsschicht, auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen das Absorptionsgebiet und die erste und zweite Halbleiterkontaktschicht aus GaAs oder InGaAs oder weisen einen Indium-Gehalt von höchstens 30% auf, da GaAs und InGaAs eine hohe Ladungsträgerbeweglichkeit aufweisen.
Die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht besteht bevorzugt aus InGaP oder InAlP oder InAlGaP oder AlGaAs. In einer Weiterbildung ist die zweite Energiebandlücke der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht größer als die erste Energiebandlücke des Absorptionsgebiets.
III-V-Halbleiter, insbesondere GaAs, liefern eine besonders hohe Elektronenbeweglichkeit von 8800 Vs/cm bei einer Dotierung kleiner als 1·10¹⁵ cm^-3. Beispielsweise beträgt die Elektronenbeweglichkeit in InGaAs bei einer Dotierung kleiner als 1·10¹⁵ cm^-3 ca. 12.000 Vs/cm.
Niedrig dotierte dicke Schichten, wie die erfindungsgemäße Absorptionsschicht, lassen sich inzwischen beispielsweise mittels MOVPE oder LPE abscheiden, wodurch ein dem Bauelement entsprechender Schichtstapel auf einfache Weise erzeugt werden kann.
Durch die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht werden Leckströme im Randbereich und über die Oberfläche des Halbleiterbauelements bzw. über den Rand verlaufende Strompfad unterdrückt. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Durchbruchspannung wesentlich von dem ersten Abstand zwischen der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht und der ersten Halbleiterkontaktschicht bestimmt wird.
Mit dem erfindungsgemäßen photonischen Halbleiterbauelement lassen sich Durchbruchfeldstärken von bis zu 40 V/µm und sehr zuverlässig Durchbruchfeldstärken von über 20 V/µm erreichen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur sind ein besonders geringer Sperrstrom und eine hohe Durchbruchspannung. Insbesondere weist die Durchbruchkennlinie einen idealen Verlauf auf.
Mit dem besonders dicken Absorptionsgebiet oberhalb von 80 µm bis zu einer Dicke von 2000 µm oder einer Dicke zwischen 500µm und 2000 µm oder zwischen 800 µm und 2000 µm und der besonders hohen Sperrspannung eignet sich die erfindungsgemäße Halbleiterstruktur besonders als Pixel zur Strahlungsdetektion insbesondere zur Detektion von Röntgenstrahlen. Anders ausgedrückt, das photonische Bauelement eignet sich insbesondere als Röntgendetektor.
Durch den ersten Abstand der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht zu dem Halbleiterkontaktgebiet werden auch bei hohen Sperrspannungen oberhalb von 400 V besonders niedrige Sperrströme von kleiner als 1 µA erreicht. Insbesondere liegen die Sperrströme in einem Bereich zwischen 0,5 nA und 50 nA oder unterhalb von 100 nA.
Hierdurch lassen sich hohe Rückwärtsspannungen anlegen, um die mittels einer Absorption erzeugten Ladungsträger in Richtung des p-n Übergangs zu trennen. Es versteht sich, dass sich hierdurch eine sehr hohe Empfindlichkeit des Detektors erzielen lässt.
Außerdem treten an der Grenzfläche zwischen dem Absorptionsgebiet und der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht im Vergleich zu einer Grenzfläche eines Absorptionsgebiets zu einer üblichen Passivierungsschicht, wie z.B. Si₃N₄ oder SiO₂, deutlich weniger Rekombinationen auf, wodurch die Empfindlichkeit des Bauelements ebenfalls erhöht wird und die Leckströme wesentlich reduziert werden. Insbesondere werden durch die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht im Vergleich zu einer üblichen SiN oder SiO Passivierungsschicht Oberflächenzustände besser abgesättigt. Höchst vorteilhaft für die Passivierungswirkung der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht ist dabei, dass durch eine im Vergleich zum Absorptionsgebiet erhöhte Energiebandlücke die Ladungsträger von der Oberfläche ferngehalten und so effektiv Leckströme reduziert werden können.
Mittels der besonders dünnen zweiten metallischen Anschlussschicht, bevorzugt nicht flächig sondern punktförmig oder fingerförmig bzw. streifenförmig ausgeführt, und mittels zweier dünn ausgeführter Halbleiterkontaktschicht wird die Durchlässigkeit für Photonen, beispielsweise Röntgenstrahlen, erhöht. Hierdurch eignet sich das erfindungsgemäße photonische Halbleiterbauelement insbesondere als Pixel eines Pixel-Array-Röntgendetektors.
Vorzugsweise weist die zweite metallische Anschlussschicht eine Dicke kleiner als 100 µm oder kleiner als 10 µm oder kleiner als 2 µm jedoch größer als 0,1 nm auf.
Es versteht sich außerdem, dass das photonische Bauelement zur Detektion von Strahlen so ausgerichtet wird, dass diese auf die zweite metallische Anschlusskontaktschicht und die Unterseite des Bauelements auftreffen. Die Begriffe „unten“ und „oben“ bzw. „unterhalb“ und „oberhalb“ dienen lediglich dazu, die Anordnung der einzelnen Schichten und Gebiete zueinander zu beschreiben und geben keine absolute Richtung an.
In einer ersten Ausführungsform weist die zweite Halbleiterkontaktschicht eine Schichtdicke von 0,1 µm - 100 µm oder von 0,1 µm - 50 µm oder von 0,1 µm - 10 µm oder von 0,1 µm - 5 µm auf. Alternativ oder ergänzend weist die zweite Halbleiterkontaktschicht die erste Gitterkonstante auf.
In einer anderen Ausführungsform ist die zweite Halbleiterkontaktschicht als eine Substratschicht oder als eine Pufferschicht ausgebildet. Anders ausgedrückt weist eine einzige Halbleiterschicht sowohl die Funktion und Eigenschaften der zweiten Halbleiterkontaktschicht als auch der Substratschicht oder der Pufferschicht auf bzw. erfüllt beide Funktionen.
Vorzugsweise weist die als metamorphe Pufferschicht ausgebildete zweite Halbleiterkontaktschicht eine Dicke zwischen 2 µm und 5 µm und eine Dotierung bis 1·19 cm^-3 auf. In einer ersten Ausführungsform der zweiten Halbleiterkontaktschicht als Pufferschicht, umfasst die metamorphe Pufferschicht wenigstens drei Halbleiterschichten, wobei sich die Gitterkonstanten der Halbleiterschichten der metamorphen Pufferschicht von Halbleiterschicht zu Halbleiterschicht bevorzugt ändert. In einer anderen Ausführungsform variiert die Gitterkonstante der Halbleiterschicht stufenlos zwischen den beiden Gitterkonstanten.
In einer Weiterbildung weist die zweite Halbleiterkontaktschicht die erste Gitterkonstante auf und ist stoffschlüssig mit dem Absorptionsgebiet oder mit einer zwischen dem Absorptionsgebiet und der zweiten Halbleiterkontaktschicht angeordneten Halbleiterzwischenschicht verbunden.
In einer alternativen Weiterbildung weist die zweite Halbleiterkontaktschicht eine von der ersten Gitterkonstanten abweichende zweite Gitterkonstante auf und zwischen der zweite Halbleiterkontaktschicht und dem Absorptionsgebiet ist eine Pufferschicht mit der ersten Gitterkonstanten an einer dem Absorptionsgebiet zugewandten Oberseite und der zweiten Gitterkonstante an einer der zweite Halbleiterkontaktschicht zugewandten Unterseite angeordnet.
Vorzugsweise weist die metamorphe Pufferschicht eine Dicke zwischen 2 µm und 5 µm und eine Dotierung zwischen 1·17 ^-3 und 1·19 cm^-3 auf. In einer ersten Ausführungsform der Pufferschicht, umfasst die metamorphe Pufferschicht wenigstens drei Halbleiterschichten, wobei sich die Gitterkonstanten der Halbleiterschichten der metamorphen Pufferschicht von Halbleiterschicht zu Halbleiterschicht bevorzugt ändert.
In einer anderen Ausführungsform variiert die Gitterkonstante der Halbleiterschicht stufenlos zwischen den beiden Gitterkonstanten.
In einer ersten Ausführungsform weist die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht eine Schichtdicke von 0,02 µm - 1 µm oder zwischen 0,02 µm und 10 µm auf.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht eine Verbindung aus InGaP oder AlGaAs oder InGaAsP oder InAlP oder InAlGaP oder besteht aus AlGaAs oder aus InGaP oder aus InGaAsP oder aus InAlP oder aus InAIGaP.
In einer anderen Ausführungsform beträgt der erste Abstand der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht zu der ersten Halbleiterkontaktschicht mindestens 1% oder mindestens 10 % oder mindestens 50% oder mindestens 75% der Schichtdicke des Absorptionsgebiets.
Es versteht sich, dass der erste Abstand sich nach der Sperrspannung richtet. Je größer die Sperrspannung, umso größer muss der erste Abstand sein. Hieraus ergibt sich ein entsprechender Zusammenhang zwischen dem Abstand und der Schichtdicke des Absorptionsgebiets.
In einer weiteren Ausführungsform umschließt die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht in einer Projektion senkrecht zu der Oberseite der ersten Halbleiterkontaktschicht die erste Halbleiterkontaktschicht vollständig.
Die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht weist also in der Projektion quasi eine Durchgangsöffnung auf und die erste Halbleiterkontaktschicht ist so innerhalb dieser Durchgangsöffnung angeordnet, dass ein Abstand eines Randes der ersten Halbleiterkontaktschicht zu einem Rand der Durchgangsöffnung immer größer oder gleich dem ersten Abstand ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist das stapelförmige photonische III-V-Halbleiterbauelement eine weitere Passivierungsschicht auf, wobei die weitere Passivierungsschicht zumindest eine Oberseite der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht, eine der Mesa-Struktur zugewandte Seitenfläche der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht und einen Teil einer an die Seitenfläche der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht angrenzenden Oberseite des Absorptionsgebiets überdeckt. Bevorzugt überdeckt die weitere Passivierungsschicht die gesamte sich von der Seitenfläche der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht bis zu der Mesa-Struktur erstreckende Oberseite des Absorptionsgebiets, eine Seitenfläche der Mesa-Struktur und einen Teil der ersten metallischen Kontaktschicht, wobei ein weiterer Teil der Oberseite der ersten metallischen Kontaktschicht von der weiteren Passivierungsschicht ausgespart wird.
In einer Weiterbildung umfasst die weitere Passivierungsschicht Si₃N₄ und / oder SiO₂ und / oder SiNO_x und / oder Polyimid oder besteht aus Si₃N₄ und / oder SiO₂ und / oder SiNO_x und / oder Polyimid.
In einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Halbleiterkontaktschicht und/oder die erste Halbleiterkontaktschicht und/oder das Absorptionsgebiet und/oder die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht jeweils epitaktisch auf einer vorausgehenden Schicht des photonischen III-V-Halbleiterbauelements erzeugt.
In einer anderen Weiterbildung weist die zweite metallische Anschlusskontaktschicht eine Schichtdicke von 5 nm - 2 µm oder von 10 nm - 1 µm auf.
Da die zweite metallische Anschlusskontaktschicht auf der Eintrittsseite von zu detektierender Strahlung angeordnet ist, ist eine besonders geringe Schichtdicke gerade bei einer flächigen oder zumindest größere Flächen bedeckenden Ausgestaltung der Anschlusskontaktschicht vorteilhaft, um Verluste beim Eintritt bzw. Durchlaufen der Anschlusskontaktschicht zu minimieren.
In einer alternativen Ausführungsform ist die zweite metallische Anschlusskontaktschicht flächig oder punktförmig oder fingerförmig ausgebildet.
Als flächige Schicht wird eine Anschlusskontaktschicht bezeichnet, welche die Unterseite der untersten Halbleiterschicht des photonischen III-V-Halbleiterbauelements, z.B. das Absorptionsgebiet oder eine zweite Halbleiterkontaktschicht, vollständig oder zumindest zu einem großen Teil, z.B. zu 70%, bedeckt.
Eine fingerförmige Anschlusskontaktschicht bedeckt die Unterseite der untersten Halbleiterschicht nur teilweise mit einzelnen länglichen Anschlusskontaktschichtabschnitten, z.B. streifenförmig.
Jeder Anschlusskontaktabschnitt ist einzeln angeschlossen oder über einen beispielsweise quer zu den weiteren Anschlusskontaktschichtabschnitten verlaufenden streifenförmigen weiteren Anschlusskontaktschichtabschnitt verbunden.
Die fingerförmige Ausgestaltung lässt gegebenenfalls größere Teile der Oberfläche der untersten Halbleiterscheibe frei, wodurch Verluste beim Auftreffen von Strahlung verringert bzw. vermieden werden.
Eine punktförmige zweite metallische Anschlusskontaktschicht bedeckt einen noch geringeren Anteil der Oberfläche der untersten Halbleiterschicht des Bauelements und ist daher hinsichtlich von Strahlungsverlusten innerhalb der Anschlusskontaktschicht besonders vorteilhaft. Bei geringen zu erwartenden Stromstärken sind außerdem keine weiteren Nachteile für eine punktförmige Ausgestaltung zu erwarten.
In einer anderen Weiterbildung weisen die erste und zweite Halbleiterkontaktschicht und das Absorptionsgebiet des photonischen III-V-Halbleiterbauelements jeweils GaAs auf oder bestehen jeweils aus GaAs.
In einer anderen Ausführungsform weist die Oberseite der ersten Halbleiterkontaktschicht einen kreisförmigen oder einen ovalen oder einen mehreckigen Umfang auf. Es versteht sich, dass der Umfang der Mesa-Struktur der Form der Oberseite der ersten Halbleiterkontaktschicht entspricht.
In einer weiteren Ausführungsform weist das stapelförmige photonische III-V-Halbleiterbauelement alternativ oder ergänzend eine zumindest gebietsweise ausgebildete Halbleiterzwischenschicht mit einer Dotierstoffkonzentration von 1·10¹⁴ - 1·10¹⁶ cm^-3 sowie eine Schichtdicke von höchstens 50 µm oder höchstens 30 µm auf, wobei die Halbleiterzwischenschicht oberhalb des Absorptionsgebiets und unterhalb der ersten Halbleiterkontaktschicht angeordnet ist und den ersten Leitfähigkeitstyp und die erste Gitterkonstante aufweist und/oder die Halbleiterzwischenschicht unterhalb des Absorptionsgebiets und oberhalb eines zweiten Halbleiterkontaktschicht angeordnet ist und den zweiten Leitfähigkeitstyp und eine der Gitterkonstanten der zweiten Halbleiterkontaktschicht entsprechende Gitterkonstante aufweist.
Die im Vergleich zu der nächstliegenden Halbleiterkontaktschicht schwächer dotierte Zwischenschicht gleichen Leitfähigkeitstyps reduziert die Leckströme der Schichtfolge und ermöglicht eine Verbesserung der Hochspannungseigenschaften.
Es versteht sich, dass eine zwischen dem Absorptionsgebiet und der ersten Halbleiterkontaktschicht angeordnete Zwischenschicht gegebenenfalls als Teil der Mesa-Struktur ausgebildet ist.
In einer weiteren Weiterbildung weist die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht den zweiten Leitfähigkeitstyp auf und eine zumindest gebietsweise ausgebildete dritte metallische Anschlusskontaktschicht ist stoffschlüssig mit einer Oberseite der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht verbunden.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die laterale und die vertikale Erstreckung sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigen, die

1 eine Querschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements,
2 eine Aufsicht auf eine Oberseite der ersten Ausführungsform des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements,
3 eine Querschnittansicht einer zweiten Ausführungsform des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements,
4 eine Querschnittansicht einer dritten Ausführungsform des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements,
5 eine Querschnittansicht einer vierten Ausführungsform des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements ,
6 eine Querschnittansicht einer fünften Ausführungsform des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements,
7 eine Aufsicht auf eine Unterseite einer sechsten Ausführungsform des stapelförmigen III-V-Halbleiterbauelements,
8 eine Aufsicht auf eine Unterseite einer siebten Ausführungsform des stapelförmigen III-V-Halbleiterbauelements,
9 eine Querschnittansicht einer achten Ausführungsform des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements.

Die Abbildung der 1 zeigt ein photonisches III-V-Halbleiterbauelement 10 mit einem Absorptionsgebiet 12, einer ersten Halbleiterkontaktschicht 16, einer zweiten Halbleiterkontaktschicht 14, einer ersten metallischen Anschlusskontaktschicht 20, einer zweiten metallischen Anschlusskontaktschicht 18 sowie einer III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22.
Das Absorptionsgebiet 12 ist als Halbleiterschicht ausgebildet und weist Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierstoffkonzentration von höchstens 10¹⁶ cm^-3 und eine Schichtdicke D12 von mindestens 80 µm bevorzugt mindestens 500 µm auf.
Die erste Halbleiterkontaktschicht 16 ist als Mesa-Struktur mit einer Mesa-Breite B16 und einer Schichtdicke D16 auf einem ersten Oberflächenabschnitt der Oberseite des Absorptionsgebiets 12 angeordnet und mit dem ersten Oberflächenabschnitt stoffschlüssig verbunden.
Die erste Halbleiterkontaktschicht 16 weist ebenfalls den ersten Leitfähigkeitstyp, also denselben Leitfähigkeitstyp wie das Absorptionsgebiet 12 auf, wobei eine Dotierstoffkonzentration mindestens 1·10¹⁸ cm^-3 beträgt.
Die erste metallische Anschlusskontaktschicht 20 bedeckt eine Oberseite der ersten Halbleiterkontaktschicht 16, weist eine Schichtdicke D20 auf und ist stoffschlüssig mit einer Oberseite der ersten Halbleiterkontaktschicht 16 verbunden.
In einem Abstand A1 um die Mesa-Struktur, also um den ersten Oberflächenabschnitt und die erste Halbleiterkontaktschicht 16, ist auf der Oberseite des Absorptionsgebiets 12 die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22 mit einer Schichtdicke D22 angeordnet.
Die zweite Halbleiterkontaktschicht 14 ist unterhalb des Absorptionsgebiets 12 angeordnet, wobei eine Oberseite der zweiten Halbleiterkontaktschicht 14 stoffschlüssig mit einer Unterseite des Absorptionsgebiets 12 verbunden ist.
Die zweite Halbleiterkontaktschicht 14 weist eine geringe Schichtdicke D14 auf, einen zweiten Leitfähigkeitstyp und eine Dotierstoffkonzentration von mindestens 10·10¹⁸ cm^-3 auf. Die zweite Halbleiterkontaktschicht 14 weist damit einen sich von dem Leitfähigkeitstyp des Absorptionsgebiets 12 unterscheidenden Leitfähigkeitstyp auf.
An einer Unterseite der zweiten Halbleiterkontaktschicht 14 folgt stoffschlüssig die zweite metallische Anschlusskontaktschicht 18, wobei die Anschlusskontaktschicht 18 die Unterseite des Absorptionsgebiets 12 flächig überdeckt und eine geringe Schichtdicke D18 aufweist.
Die zweite metallische Anschlusskontaktschicht 18 ist als dünne Metallschicht oder als mehrere streifen- bzw. fingerförmige Metallschichtabschnitte mit einer Schichtdicke D18 von höchstens 500 nm, z.B. 10 nm, auf einer Unterseite der zweiten Halbleiterkontaktschicht 14 ausgebildet.
Alle Halbleiterschichten des photonischen III-V-Halbleiterbauelements, also das Absorptionsgebiet 12, die beiden Halbleiterkontaktschicht 14 und 16 und die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22, sind zueinander gitterangepasst, weisen also alle eine erste Gitterkontante auf.
Der erste Leitfähigkeitstyp ist beispielsweise p und der zweite Leitfähigkeitstyp ist n, so dass sich eine p-auf-n Struktur ergibt. Alternativ ist der erste Leitfähigkeitstyp n und der zweite Leitfähigkeitstyp p und es ergibt sich eine n-auf-p Struktur.
Es versteht sich, dass die Begriffe „oben“, „oberhalb“, „unten“ und „unterhalb“ nur zur Anordnung der einzelnen Gebiete und Schichten relativ zueinander dienen und keine absolute Richtung angeben.
Das III-V-Halbleiterbauelement 10 ist dazu ausgelegt, Photonen, z.B. Röntgenstrahlen, zu detektieren, welche auf die Unterseite, also die zweite metallische Anschlusskontaktschicht 18 einfallen.
In der Abbildung der 2 ist eine Aufsicht auf die erste Ausführungsform des photonischen III-V-Halbleiterbauelements 10 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.
Die erste Halbleiterkontaktschicht 16 sowie die erste metallische Anschlusskontaktschicht 20 weisen jeweils einen kreisförmigen Umfang und einen Durchmesser mit der Kantenlänge B16 auf.
Die Mesa-Struktur ist von einem freiliegenden Abschnitt der Oberseite des Absorptionsgebiets 12 umgeben, wobei der Abschnitt durchgehend die Breite A1 aufweist. Die restliche Oberfläche des Absorptionsgebiets 12 ist vollständig von der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22 überdeckt.
Die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22 weist somit eine kreisförmige Aussparung mit einer Kantenlänge D auf, wobei die Kantenlänge der Summe aus der Kantenlänge B16 der ersten Halbleiterkontaktschicht 16 und der doppelten Breite A1 entspricht.
Nicht dargestellt sind Ausführungsformen mit einem ovalen oder beliebig vieleckigen, z.B. achteckigen oder rechteckigen Umfang der Mesa-Struktur.
Es versteht sich, dass die Aussparung der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22 nicht unbedingt die Form des Umfangs der Mesa-Struktur aufweisen muss. Die Form von der Aussparung in der III-V-Passivierungsschicht und des Umfangs der Mesa-Struktur unterliegen lediglich der Bedingung, dass an jedem Punkt ein Abstand A1 von einem gegebenen Mindestwert erfüllt sein muss.
In der Abbildung der 3 ist eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform des photonischen III-V-Halbleiterbauelements dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.
Das photonische III-V-Halbleiterbauelement weist zusätzlich eine Halbleiterzwischenschicht 24 mit einer Schichtdicke D24 auf, wobei die Halbleiterzwischenschicht den zweiten Leitfähigkeitstyp, also denselben Leitfähigkeitstyp wie die zweite Halbleiterkontaktschicht 14 aufweist.
Eine Dotierstoffkonzentration der Halbleiterzwischenschicht beträgt zwischen 1·10¹⁴ und 1·10¹⁶ cm^-3 und liegt damit unterhalb der sehr hohen Dotierung des zweiten Halbleiterkontaktgebiets 14.
In der Abbildung der 4 ist eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements 10 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 und 3 erläutert.
Die Halbleiterzwischenschicht 24 ist zwischen dem Absorptionsgebiet 12 und dem ersten Halbleiterkontaktgebiet 16 angeordnet und als Teil der Mesa-Struktur ausgebildet. Die Halbleiterzwischenschicht 24 weist den ersten Leitfähigkeitstyp, also einen mit der ersten Halbleiterkontaktschicht 16 und dem Absorptionsgebiet 12 übereinstimmenden Leitfähigkeitstyp auf.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform weist das photonische III-V-Halbleiterbauelement sowohl die Halbleiterzwischenschicht gemäß 3 als auch die Halbleiterzwischenschicht gemäß 4, also zwei Halbleiterzwischenschichten 24 auf.
In der Abbildung der 5 ist eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.
Gemäß der vierten Ausführungsform weist das photonische III-V-Halbleiterbauelement 10 zusätzlich eine gebietsweise ausgebildete dritte metallische Anschlusskontaktschicht 30 auf, wobei die dritte metallische Anschlusskontaktschicht 30 auf einem Abschnitt einer Oberseite der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22 ausgebildet und mit dem Abschnitt stoffschlüssig verbunden ist.
Außerdem weist die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22 den zweiten Leitfähigkeitstyp, also einen sich von dem Leitfähigkeitstyp der ersten Halbleiterkontaktschicht 16 und des Absorptionsgebiets 12 abweichenden Leitfähigkeitstyp auf.
Außerdem weist das III-V-Halbleiterbauelement 10 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel keinen Graben in dem freiliegenden Bereich der Oberseite des Absorptionsgebiets 12 zwischen der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22 und der Mesa-Struktur auf, was beispielsweise durch einen anderen Prozessablauf während der Herstellung erreicht wird.
Es versteht sich, dass das Vorhandensein bzw. Fehlen des Grabens auch unabhängig von dem dritten metallischen Anschlusskontakt 30 und der Art des Leitfähigkeitstyps der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22 erreicht wird.
In der Abbildung der 6 ist eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 und 5 erläutert.
Das photonische III-V-Halbleiterbauelement 10 weist zusätzlich eine Pufferschicht 32 auf, wobei die Pufferschicht 32 an einer Oberseite die erste Gitterkonstante und an einer Unterseite eine zweite Gitterkonstante aufweist.
Die Oberseite der Pufferschicht 32 ist stoffschlüssig mit der Unterseite des Absorptionsgebiets 12 verbunden und die Unterseite der Pufferschicht 32 ist stoffschlüssig mit der Oberseite der zweiten hochdotierten Halbleiterkontaktschicht 14 verbunden. Die zweite Halbleiterkontaktschicht 14 weist die zweite Gitterkonstante auf.
In einer nicht dargestellten Weiterbildung des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements ist zwischen der Pufferschicht 32 und der Absorptionsschicht 12 eine niedrig dotierte Zwischenschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps angeordnet.
In den Abbildungen der 7 und 8 sind Aufsichten auf eine Unterseite einer sechsten und siebten Ausführungsform des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.
In 7 ist eine punktförmige Ausgestaltung der zweiten metallischen Anschlusskontaktschicht 18 dargestellt, wobei die Anschlusskontaktschicht 18 einen quadratischen Umfang aufweist und in einer Ecke der Unterseite der zweiten Halbleiterkontaktschicht 14 angeordnet ist.
Nicht dargestellt sind Ausführungsformen mit einer punktförmigen Anschlusskontaktschicht 18 mit rechteckigem, mehreckigem, kreisförmigem oder ovalem Umfang und einer beliebigen Position auf der Unterseite des Absorptionsgebiets.
In der 8 ist eine fingerförmige Ausgestaltung der zweiten metallischen Anschlusskontaktschicht 18 dargestellt, wobei die einzelnen fingerförmigen Abschnitte der Anschlusskontaktschicht 18 gemäß der dargestellten Ausführung parallel zueinander verlaufen und mittels eines quer verlaufenden fingerförmigen Abschnitts elektrisch leitend verbunden sind.
In der Abbildung der 9 ist eine Schnittansicht einer achten Ausführungsform des stapelförmigen photonischen III-V-Halbleiterbauelements dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.
Gemäß der achten Ausführungsform weist das photonische III-V-Halbleiterbauelement 10 zusätzlich eine weitere Passivierungsschicht 34 auf, wobei die weitere Passivierungsschicht 34 eine Oberseite sowie der Mesa-Struktur zugewandte Seitenflächen der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22, den sich zwischen der Mesa-Struktur und der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht erstreckenden Teil der Oberfläche des Absorptionsgebiets 12, eine Seitenfläche der Mesa-Struktur und einen äußeren Randbereich einer Oberseite der ersten metallischen Anschlusskontaktschicht 20 überdeckt.
In einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform überdeckt die weitere Passivierungsschicht 34 nur die Oberseite und die der Mesa-Struktur zugewandten Seitenflächen der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22 sowie einen an die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht 22 angrenzenden Bereich der freiliegenden Oberseite des Absorptionsgebiets 12.
Es versteht sich auch, dass die Ausführungsformen der Figuren miteinander kompatibel sind.

Claims

Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10), aufweisend, - eine zumindest gebietsweise ausgebildete erste metallische Anschlusskontaktschicht (20), - eine zumindest gebietsweise ausgebildete hochdotierte erste Halbleiterkontaktschicht (16) eines ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierstoffkonzentration von mindestens 1·10¹⁸ cm^-3 und mit einer ersten Gitterkonstanten, - ein Absorptionsgebiet (12) des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierstoffkonzentration von 8·10¹¹ cm^-3 - 8·10¹⁴ cm^-3, einer Schichtdicke (D12) von 80 µm - 2000 µm oder von 500 µm - 2000 µm oder von 900 µm - 2000 µm, mit einer ersten Energiebandlücke und mit der ersten Gitterkonstanten, - eine zumindest gebietsweise ausgebildete hochdotierte zweite Halbleiterkontaktschicht (14) eines zweiten Leitfähigkeitstyps mit einer Dotierstoffkonzentration von mindestens 1·10¹⁸ cm^-3 und einer Schichtdicke (D14) von höchstens 100 µm oder höchstens 50 µm, - eine zumindest gebietsweise ausgebildete zweite metallische Anschlusskontaktschicht (18), wobei - die erste Halbleiterkontaktschicht (16) als Mesa-Struktur mit einer Unterseite, einer Oberseite, einer Mesa-Breite (B16) und einer Mesa-Höhe (D16) ausgebildet ist und die Unterseite der ersten Halbleiterkontaktschicht (16) auf oder oberhalb eines ersten Oberflächenabschnitts einer Oberseite des Absorptionsgebiets (12) mit einer mit der Mesa-Breite (B16) übereinstimmenden Breite angeordnet ist, - eine Unterseite der ersten metallischen Anschlusskontaktschicht (20) stoffschlüssig mit der Oberseite der ersten Halbleiterkontaktschicht (16) verbunden ist, - die zweite Halbleiterkontaktschicht (14) mit einer dem Absorptionsgebiet (12) zugewandten Oberseite unterhalb des Absorptionsgebiets (12) angeordnet ist und - die zweite metallische Anschlusskontaktschicht (18) stoffschlüssig mit einer Unterseite der zweite Halbleiterkontaktschicht (14) verbunden ist, - das stapelförmige photonische III-V-Halbleiterbauelement (10) eine III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) mit der ersten Gitterkonstanten und einer sich von der ersten Energiebandlücke unterscheidenden zweiten Energiebandlücke aufweist, wobei - die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) den ersten oder den zweiten Leitfähigkeitstyp und eine Dotierstoffkonzentration von 1·10¹⁴ cm^-3 - 5·10¹⁸ cm^-3 aufweist, - die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) in einem ersten Abstand (A1) von mindestens 0,2 µm oder mindestens 2 µm oder von mindestens 10 µm oder von mindestens 20 µm oder von mindestens 40 µm zu der Mesa-Struktur der ersten Halbleiterkontaktschicht auf der Oberseite des Absorptionsgebiets (12) angeordnet und mit der Oberseite des Absorptionsgebiets (12) stoffschlüssig verbunden ist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiterkontaktschicht (14) eine Schichtdicke von 0,1 µm - 100 µm oder von 0,1 µm - 50 µm oder von 0,1 µm - 10 µm oder von 0,1 µm - 5 µm aufweist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiterkontaktschicht (14) als Substratschicht oder als Pufferschicht ausgebildet ist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiterkontaktschicht (14) die erste Gitterkonstante aufweist und stoffschlüssig mit der Unterseite des Absorptionsgebiets (12) oder mit einer zwischen dem Absorptionsgebiet (12) und der zweiten Halbleiterkontaktschicht (14) angeordneten Halbleiterzwischenschicht (24) verbunden ist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Halbleiterkontaktschicht (14) eine von der ersten Gitterkonstanten abweichende zweite Gitterkonstante aufweist und zwischen der zweiten Halbleiterkontaktschicht (14) und dem Absorptionsgebiet (12) eine Pufferschicht (32) mit der ersten Gitterkonstanten an einer dem Absorptionsgebiet zugewandten Oberseite und der zweiten Gitterkonstante an einer der zweite Halbleiterkontaktschicht zugewandten Unterseite angeordnet ist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) eine Schichtdicke von 0,02 µm - 1 µm oder zwischen 0,02 µm und 10 µm aufweist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) InGaP oder AlGaAs oder InGaAsP oder InAlP oder InAlGaP aufweist oder aus InGaP oder aus AlGaAs oder aus InGaAsP oder aus InAlP oder aus InAlGaP besteht.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abstand (A1) der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) zu der ersten Halbleiterkontaktschicht (16) mindestens 1% oder mindestens 10% oder mindestens 50% oder mindestens 75% der Schichtdicke (D12) des Absorptionsgebiets (12) beträgt.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) in einer Projektion senkrecht zu der Oberseite der ersten Halbleiterkontaktschicht (12) die erste Halbleiterkontaktschicht (16) vollständig umschließt.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das III-V-Halbleiterbauelement eine weitere Passivierungsschicht (34) aufweist, wobei die weitere Passivierungsschicht (34) zumindest eine Oberseite der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22), eine der Mesa-Struktur zugewandte Seitenfläche der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) und einen an die Seitenfläche der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) angrenzenden Teil einer Oberseite des Absorptionsgebiet (12) bedeckt.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Passivierungsschicht (34) Si₃N₄ und / oder SiO₂ und / oder SiNO_x umfasst oder aus Si₃N₄ und / oder SiO₂ und / oder SiNO_x und / oder Polyimid besteht.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbleiterkontaktschicht (16) und/oder das Absorptionsgebiet (12) und/oder die zweite Halbleiterkontaktschicht (14) und/oder die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) jeweils epitaktisch auf einer vorausgehenden Schicht des photonischen III-V-Halbleiterbauelements (10) erzeugt ist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite metallische Anschlusskontaktschicht (18) eine Schichtdicke von 5 nm - 2 µm oder von 10 nm - 1 µm aufweist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite metallische Anschlusskontaktschicht (18) punktförmig oder flächig oder fingerförmig ausgebildet ist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Halbleiterkontaktschicht (16), die zweite Halbleiterkontaktschicht (14) und das Absorptionsgebiet (12) jeweils GaAs aufweisen oder jeweils aus GaAs bestehen.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite der ersten Halbleiterkontaktschicht (16) einen kreisförmigen oder einen ovalen oder einen mehreckigen Umfang aufweist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stapelförmige photonische III-V-Halbleiterbauelement (10) eine zumindest gebietsweise ausgebildete Halbleiterzwischenschicht (24) mit einer Dotierstoffkonzentration von 1·10¹⁴ - 1·10¹⁶ cm-3 sowie eine Schichtdicke (D24) von höchstens 50 µm oder höchstens 30 µm aufweist, wobei die Halbleiterzwischenschicht (24) oberhalb des Absorptionsgebiets (12) jedoch unterhalb der ersten Halbleiterkontaktschicht (16) angeordnet ist und den ersten Leitfähigkeitstyp und die erste Gitterkonstante aufweist und/oder die Halbleiterzwischenschicht (24) unterhalb des Absorptionsgebiets (12) und oberhalb einer zweiten Halbleiterkontaktschicht (14) angeordnet ist und den zweiten Leitfähigkeitstyp und eine der Gitterkonstanten der zweiten Halbleiterkontaktschicht (14) entsprechende Gitterkonstante aufweist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die III-V-Halbleiterpassivierungsschicht den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist und eine zumindest gebietsweise ausgebildete dritte metallische Anschlusskontaktschicht (30) stoffschlüssig mit einer Oberseite der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) verbunden ist.
Stapelförmiges photonisches III-V-Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Energiebandlücke der III-V-Halbleiterpassivierungsschicht (22) größer als die erste Energiebandlücke des Absorptionsgebiets (12) ist.