DE112010002092T5

DE112010002092T5 - Fotodetektoren

Info

Publication number: DE112010002092T5
Application number: DE112010002092.2T
Authority: DE
Inventors: Doyeol Ahn
Original assignee: Industry Cooperation Foundation of University of Seoul
Current assignee: Industry Cooperation Foundation of University of Seoul
Priority date: 2009-05-26
Filing date: 2010-05-26
Publication date: 2017-09-28
Also published as: US20100301308A1; JP2012528481A; KR20120024827A; JP5984885B2; US8373153B2; WO2010137865A1; DE112010002092A5; JP2015019088A; KR101355983B1

Abstract

Es werden Ausführungen von Quantentopf-Fotodetektoren zur Verfügung gestellt. Bei einer Ausführungsform umfasst eine Quantenstruktur eine erste Sperrschicht, eine Topfschicht, die auf der ersten Sperrschicht angeordnet ist, und eine zweite Sperrschicht, die auf der Topfschicht angeordnet ist. Eine Metallschicht ist an die Quantenstruktur angrenzend angeordnet. Es sind Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden, bei denen eine Kopplung mit Oberflächenplasmon-Resonanzen angewendet wird, um den Wirkungsgrad des Fotodetektors zu verbessern. Einige Ausführungsformen sind für den UV- oder blauen Teil des elektromagnetischen Spektrums geeignet.

Description

Technisches Sachgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Implementierungen von Quantentopf-Fotodetektoren.
Hintergrund der Technik
Fotodetektoren (oder Fotosensoren) sind Sensoren, die in der Lage sind, Licht oder andere elektromagnetische Energie zu detektieren. Dies erfolgt durch Anwenden des Band-Band-Übergangs von Elektronen in einem Quantentopf zum Detektieren eines Energieniveaus eines Photons. Ein Quantentopf weist Teilbänder auf, und wenn ein Elektron in dem Quantentopf von einem Photon angeregt wird, springt das Elektron entsprechend dem Energieniveau des Photons zu einem anderen Teilband. Wenn ein Energieniveau eines Photons größer ist als die Lücke zwischen Teilband-Eniergieniveaus und das Photon in einen Quantentopf eines Fotodetektors eintritt, werden die Elektronen in dem Quantentopf angeregt und bewegen sich zu einem oberen Teilband. In einigen Fällen wird diese Bewegung der angeregten Elektronen zu dem oberen Teilband als ”Untertunnelung der Sperre” beschrieben. Ein solcher Elektronenübergang bewirkt einen elektrischen Strom durch den Fotodetektor.
Da nanophotonische Vorrichtungen in immer größerem Maße bei verschiedenen Anwendungen (z. B. Kompakt-Digitalkameras) verwendet werden, sind Fotodetektoren für diese Anwendungen kleiner geworden als die Wellenlänge des zu detektierenden Lichts. In diesem Fall sinkt die Detektionseffizienz sehr schnell ab, da die dielektrische Wellenleiterstruktur im Sub-Wellenlängenbereich ineffizient ist.
Offenlegung der Erfindung
Lösung des Problems
Übersicht
Es werden verschiedene Ausführungsformen von Fotodetektoren, die in der Lage sind, ein Photon zu detektieren, offengelegt. Bei einer Ausführungsform umfasst bei einem Beispiel, das nicht als Einschränkung angesehen werden darf, ein Fotodetektor eine Quantenstruktur mit einer ersten Sperrschicht, einer Topfschicht, die auf der ersten Sperrschicht angeordnet ist, und einer zweiten Sperrschicht, die auf der Topfschicht angeordnet ist. Eine Metallschicht ist an die Quantenstruktur angrenzend angeordnet.
Die vorstehende Übersicht dient nur der Erläuterung und darf in keiner Weise als Einschränkung angesehen werden. Zusätzlich zu den erläuternden Aspekten, Ausführungsformen und Merkmalen, die oben beschrieben sind, werden weitere Aspekte, Ausführungsformen und Merkmale anhand der Zeichnungen und der nachstehenden detaillierten Beschreibung offensichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine erläuternde Ausführungsform eines Fotodetektors.
2 zeigt eine Querschnittansicht des in 1 dargestellten Fotodetektors und eines darin befindlichen elektrischen Felds.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer erläuternden Ausführungsform eines Prozesses zum Fertigen eines Fotodetektors.
4A–4E zeigen eine erläuternde Ausführungsform eines Prozesses zum Herstellen eines Fotodetektors.
5 zeigt eine weitere erläuternde Ausführungsform eines Fotodetektors.
6 zeigt ein elektrisches/optisches Feld, das in dem in 5 dargestellten Fotodetektor ausgebildet ist.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm einer weiteren erläuternden Ausführungsform eines Prozesses zum Fertigen eines Fotodetektors.
Verfahren zum Durchführen der Erfindung
In der nachstehenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die Teil der Beschreibung bilden. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen typischerweise gleiche Bauteile, sofern im Zusammenhang nichts anderes vorgegeben ist. Die erläuternden Ausführungsformen, die in der detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den Patentansprüchen dargestellt sind, dürfen nicht als Einschränkung angesehen werden. Es können andere Ausführungsformen verwendet werden, und es können andere Änderungen durchgeführt werden, ohne dass dadurch vom Geist oder Schutzumfang des hier vorgestellten Gegenstands abgewichen wird. Es ist offensichtlich, dass Aspekte der vorliegenden Offenlegung, wie allgemein hier beschrieben und in den Figuren dargestellt, in einer großen Vielzahl von unterschiedlichen Konfigurationen angeordnet, ersetzt, kombiniert und ausgelegt werden können, die alle ausdrücklich hier in Betracht gezogen werden.
1 zeigt eine erläuternde Ausführungsform eines Fotodetektors 100. Wie dargestellt, kann der Fotodetektor 100 eine laminierte Struktur aufweisen, bei der ein Substrat 110, eine erste dotierte Schicht 120, eine Quantenstruktur 130 und eine zweite dotierte Schicht 140 gestapelt sind. Bei einigen Ausführungsformen sind das Substrat 110, die erste dotierte Schicht 120, die Quantenstruktur 130 und die zweite dotierte Schicht 140 der Reihe nach gestapelt. Die Quantenstruktur 130 kann eine erste Sperrschicht 132, eine zweite Sperrschicht 136 und eine Topfschicht 134, die zwischen der ersten Sperrschicht 132 und der zweiten Sperrschicht 136 angeordnet ist, aufweisen. Der Fotodetektor 100 kann ferner eine Metallschicht 150 aufweisen, die seitlich an die Quantenstruktur 130 angrenzt. Bei einer Ausführungsform kann die Metallschicht 150 ferner seitlich an die zweite dotierte Schicht 140 angrenzend ausgebildet sein und auf der ersten dotierten Schicht 120 ausgebildet sein. Der Fotodetektor 100 kann ferner eine erste Elektrode 160 auf der ersten dotierten Schicht 120 und eine zweite Elektrode 170 auf der zweiten dotierten Schicht 140 aufweisen, durch die eine vorbestimmte Spannung an den Fotodetektor 100 angelegt werden kann. Obwohl die Quantenstruktur 130 in 1 so dargestellt ist, dass sie nur eine Topfschicht 134 aufweist, kann die Quantenstruktur 130 bei anderen Ausführungsformen mehrere Topfschichten aufweisen. Bei einem Beispiel, das in keiner Weise als Einschränkung angesehen werden darf, kann die Quantenstruktur 130 mehrere Topfstrukturen umfassen, einschließlich zwei oder mehr Topfschichten, die Sperrschichten auf und unter den Topfschichten aufweisen; oder es können mehrere Quantenstrukturen vorgesehen sein, die übereinander oder seitlich nebeneinander gestapelt sind; oder andere Kombination daraus.
Der Fotodetektor 100 kann ein Photon mit einem spezifischen Energieniveau (z. B. Licht im blauen Spektrum) detektieren durch Detektieren eines bestimmten Pegels eines elektrischen Stroms. Der elektrische Strom kann nicht durch den Fotodetektor 100 fließen, selbst wenn eine Leistungsquelle eine vorbestimmte Spannung an den Fotodetektor 100 anlegt. Der elektrische Strom kann nicht fließen, da Elektronen in der Topfschicht 134 nicht genug Energie aufweisen, um die Sperrschichten 132, 136 zu untertunneln. Bei einer Ausführungsform kann dann, wenn der Fotodetektor 100 ein Photon empfängt, das ein ausreichendes Energieniveau (z. B. Licht im blauen Spektrum) aufweist, ein Elektron im Grundzustand in der Topfschicht 134 die Energie des Photons absorbieren und auf einen höheren Energiezustand (d. h. ein höheres Teilband) springen. Die Elektronen in einem höheren Energiezustand können sich durch die Sperrschichten 132, 136 tunneln, um einen elektrischen Strom durch den Fotodetektor 100 zu bewirken. Entsprechend kann der Fotodetektor 100 ein Photon detektieren, das ein Licht im blauen Spektrum aufweist, wenn ein durch den Fotodetektor 100 fließender elektrischer Strom detektiert wird.

Die Quantenstruktur 130 kann dazu ausgebildet sein, ein Photon mit einem spezifi schen Energieniveau (z. B. Licht im blauen Spektrum) zu detektieren. Bei einer Ausführungsform kann die Topfschicht 134 einen Halbleiter umfassen, der eine Bandlückenenergie aufweist, die dem blauen Spektrum entspricht. Beispielsweise kann ein Halbleiter in der Topfschicht 134 eine Bandlückenenergie von ungefähr 2,853 eV aufweisen, was der Wellenlänge von ungefähr 435 nm entspricht. Beispielsweise kann ein Halbleiter in der Topfschicht 134 aus einem der folgenden Halbleiter der Gruppe II–VI ausgewählt sein, wie z. B. CdSe, CdS, ZnS, MgSe, MgS, ZnO, MgO, CdO, BeO, CdS, CdSe oder Verbindungen daraus. Der Fotodetektor 100 kann Licht in einem beliebigen Spektrum durch Einstellen der Halbleiterkomponenten in der Topfschicht 134 auf eine Bandlückenenergie, die dem zu detektierenden Lichtspektrum entspricht, detektieren. Die nachstehende Tabelle 1 zeigt Beispiele für Halbleiter der Gruppe II–VI mit ihrer Bandlückenenergie (eV), der Gitterkonstante (a-Achse) in Angström (Å) und Kristallstruktur. Tabelle 1 [Tabelle 1]

Halbleiter der Gruppe II–VI	Bandlückenenergie (eV)	Gitterkonstante (Å)	Kristallstruktur
CdSe	1,732–4,30	1,73–4,2999	hexagonal
CdS	2,428–4,13	2,482–4,135	hexagonal
ZnS	3,67	3,82	hexagonal
MgSe	4,05	4,15	hexagonal
MgS	4,87	5,203	Steinsalz
ZnO	3,24	3,44	hexagonal
MgO	4,22	7,672	Steinsalz
CdO	4,69	2,28	Steinsalz
BeO	2,698	10,585	hexagonal

Wie in der vorstehenden Tabelle 1 gezeigt ist, weisen die Halbleiter der Gruppe II–VI eine Bandlückenenergie auf, die in einem Bereich von ungefähr 1,5 eV bis ungefähr 5,0 eV liegt. Beispielsweise kann die Topfschicht 134 Halbleiterverbindungen umfassen, deren Bestandteile so aus den Halbleitern der Gruppe II–VI, die in Tabelle 1 aufgeführt sind, ausgewählt sind, dass sie eine Bandlückenenergie aufweisen, die einem vorbestimmten Spektrum entspricht. Verbindungen, die Halbleiter der Gruppe II–VI mit einer hexagonalen Kristallstruktur umfassen, können eine hohe Bindeenergie aufweisen, die zum Verbessern der Quantenausbeute vorteilhaft ist. Ferner ist bekannt, dass hexagonale Halbleiter der Gruppe II–VI bei hohen Anregungsniveaus widerstandsfähiger gegenüber der Bildung von dunklen Flecken sind als kubische Halbleiter der Gruppe II–VI. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine hexagonale Struktur eine Struktur mit einer geringen Symmetrie ist, die die Ausbreitung von Fehlern in Vorrichtungen unterdrückt. Beispielsweise sei angenommen, dass ein Stapelfehler in einer Vorrichtung auftritt. Wenn die Vorrichtung symmetrisch strukturiert ist, kann sich der Stapelfehler leicht durch die symmetrische Struktur ausbreiten. Der Stapelfehler kann sich in einer hexagonalen Struktur oder einer nicht symmetrischen Struktur jedoch nicht ausbreiten und kann an einem bestimmten Punkt stoppen. Die Sperrschichten 132, 136 können so ausgebildet sein, dass sie ein solches Energieband aufweisen, dass Träger, wie z. B. Elektronen oder Löcher, in einer Topfschicht 134 eingeschlossen sind. Bei einer Ausführungsform können die Sperrschichten 132, 136 ein höheres Leitungsband aufweisen als ein Leitungsband der Topfschicht 134, um Elektronen in der Topfschicht 134 einzuschließen. Bei einer Ausführungsform können die Sperrschichten 132, 136 ein niedrigeres Valenzband aufweisen als ein Valenzband der Topfschicht 134, um Löcher in der Topfschicht 134 einzuschließen.
Bei einer Ausführungsform kann die Topfschicht 134 CdZnS aufweisen, bei dem es sich um eine Legierung aus CdS und ZnS handelt. Sowohl CdS als auch ZnS sind Halbleiter mit einer direkten Bandlücke und weisen eine hexagonale Kristallstruktur auf. Die Bandlückenenergie von Cd_xZn_1-xS kann durch die folgende Gleichung 1 ausgedrückt werden.
[Gleichung 1]

E_g= 3,723 – 1,241x eV

Nach der Gleichung 1 beträgt dann, wenn x = 0,7 ist, die Bandlückenenergie Eg von Cd_xZn_1-xS 2,853 eV, was einer Wellenlänge von 435 nm (z. B. dem blauen Spektrum) entspricht. Das X in Cd_xn_1-xS, das in der Topfschicht 134 enthalten ist, kann in einem Bereich von ungefähr 0,5 bis 1 für die Detektion des blauen Spektrums liegen. Bei einer Ausführungsform können die Sperrschichten 132, 136 eines von ZnS, MgZnS und CdMgZnS aufweisen, wenn die Topfschicht 134 CdZnS enthält.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Topfschicht 134 CdZnO aufweisen, bei dem es sich um eine Legierung aus CdO und ZnO handelt. Sowohl CdO als auch ZnO sind Halbleiter mit einer direkten Bandlücke. Bei einer Ausführungsform können die Sperrschichten 132, 136 eines von ZnO, MgZnO und CdMgZnO aufweisen, wenn die Topfschicht 134 CdZnO enthält.
Die Topfschicht 134 kann eine Dicke von mehreren Nanometern aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Topfschicht 134 weniger als ungefähr 10 nm oder weniger als ungefähr 3 nm betragen. Bei anderen Ausführungsformen kann die Dicke der Topfschicht 134 in einem Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 10 nm, von ungefähr 2 nm bis ungefähr 8 nm oder von ungefähr 3 nm bis ungefähr 6 nm liegen. Die Sperrschichten 132, 136 können eine Dicke aufweisen, die auf der Dicke der Topfschicht 134 basiert. Bei einer Ausführungsform kann die Dicke der Sperrschichten 132, 136 in einem ähnlichen Bereich liegen wie die der Topfschicht 134. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Dicke der Sperrschichten 132, 136 größer sein als die der Topfschicht 134, und zwar um ungefähr 2 nm oder weniger.
Die Quantenstruktur 130 kann eine Breite von mehreren Hundert Nanometern aufweisen. Bei einer Ausführungsform kann die Breite der Quantenstruktur 130 in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 1000 nm, von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm oder von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm liegen.
Bei einer weiteren Ausführungsform können Halbleiter der Gruppe II–VI, die in der Topfschicht 134 und in den Sperrschichten 132, 136 enthalten sind, unterschiedliche Gitterkonstanten aufweisen. Unterschiede bei den Gitterkonstanten der Topfschicht 134 und der Sperrschichten 132, 136, die Halbleiter der Gruppe II–IV aufweisen, welche einen starken piezoelektrischen Effekt oder eine spontane Polarisierung zeigen, können eine Belastung und/oder ein elektrisches (Palarisierungs-)Feld in der Topfschicht 134 hervorrufen. Durch die Belastung und/oder ein elektrisches Feld in der Topfschicht 134 kann sich die gesamte Quantenausbeute in dem Fotodetektor 100 verschlechtern. Die Quantenstruktur 130 kann ferner so ausgebildet sein, dass die Belastung oder das elektrische Feld in der Topfschicht 134 verringert wird. Bei einer Ausführungsform kann die Quantenstruktur 130 ferner eine zusätzliche Sperrschicht aufweisen, die zwischen der Topfschicht 134 und mindestens einer der Sperrschichten 132, 136 angeordnet ist. Die zusätzliche Sperrschicht kann die gleichen Materialien (oder Halbleiter) aufweisen wie die Topfschicht 134. In der zusätzlichen Sperrschicht kann die Zusammensetzung der Materialien so eingestellt sein, dass diese ein korrektes Energieband aufweist. Bei einer Ausführungsform kann die Quantenstruktur 130 so ausgebildet sein, dass sie eine Supergitter-Mehrfachschicht aufweist, die mehrere Topfschichten und mehrere Sperrschichten umfasst. Bei der Supergitter-Mehrfachschicht kann jede Schicht eine Dicke von ungefähr 1,5 nm oder weniger aufweisen. Bei einer Ausführungsform können die Sperrschichten 132, 136 eine quaternäre Halbleiterverbindung aufweisen, wie z. B. MgCdZnS, MgCdZnO oder jede geeignete Verbindung aus vier (4) Elementen, die aus Halbleitern der Gruppe II–VI ausgewählt sind. Die Zusammensetzung der quaternären Halbleiterverbindung kann so eingestellt sein, dass die Belastung oder das elektrische Feld in der Topfschicht 134 verringert wird.
Die Metallschicht 150 kann als Oberflächenplasmon-Wellenleiter dienen und ein elektrisches und/oder optisches Feld in der Quantenstruktur 130 konzentrieren. Bei einer Ausführungsform kann die Metallschicht 150 ein Metallmaterial mit einer Permittivität aufweisen, die größer ist als die Permittivität der Quantenstruktur 130. Die Beziehung der elektrischen Felder, die in der Metallschicht 150 und der Quantenstruktur 130 gebildet sind, kann durch die Gleichung 2 dargestellt werden. [Gleichung 2]
wobei D_x die elektrische Flussdichte entlang der x-Achse ist, E_x die elektrische Feldstärke entlang der x-Achse ist und ε die Permittivität ist.
Nach Gleichung 2 ist das Permittivitätsverhältnis der Metallschicht 150 zu der Quantenstruktur 130 größer als 1. Somit kann ein stärkeres elektrisches Feld und/oder optisches Feld in der Quantenstruktur 130 gebildet werden. Das Permittivitätsverhältnis der Metallschicht 150 zu der Quantenschicht 130 kann in einem Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 100 für ein vorbestimmtes Spektrum liegen, wie z. B. die Wellenlängen in dem blauen Spektrum. Bei einer Ausführungsform kann der Typ des Metallmaterials, das in der Metallschicht 150 enthalten ist, von der Frequenz eines Zielphotons, das in dem Wellenleiter einzuschließen ist, abhängig sein, da die Permittivität eines Metalls in Abhängigkeit von der Frequenz des Photons variiert. Bei einer Ausführungsform kann die Metallschicht 150 ein Metallmaterial mit einer Permittivität aufweisen, die für die Detektion des blauen Spektrums geeignet ist. Beispielsweise kann die Metallschicht 150 ein oder Verbindungen aus Ag, Al, Au, Ni, Ti oder jedem geeigneten anderen Material aufweisen.
2 zeigt eine Draufsicht des in 1 dargestellten Fotodetektors 100 und eine grafische Darstellung eines darin ausgebildeten elektrischen/optischen Felds. Die Symbole E, X, WQ stellen ein elektrisches und/oder optisches Feld, das in einer entsprechenden Region ausgebildet ist, eine Richtung entlang der Breite des Fotodetektors 100 bzw. die Breite der Quantenstruktur 130 dar. Die gleichen Bezugszeichen bezeichnen die gleichen Elemente. Wie in 2 gezeigt ist, ist ein elektrisches und/oder optisches Feld auf der Quantenstruktur 130 konzentriert, da das Permittivitätsverhältnis der Metallschicht 150 und der Quantenstruktur 130 größer ist als 1. Somit kann anders als bei einem herkömmlichen dielektrischen Wellenleiter ein elektrisches/optisches Feld nicht zu dem Wellenleiter (der Metallschicht 150) diffundieren, selbst wenn sich die Breite WQ der Quantenstruktur 130 verringert, z. B. auf mehrere Hundert oder mehrere Zehn Nanometer. Daher kann der Detektionswirkungsgrad nicht absinken, obwohl der Fotodetektor 100 kleiner wird als die Wellenlänge eines zu detektierenden Photons.
Die Metallschicht 150 kann eine Breite von mehreren Nanometern, mehreren Zehn Nanometern oder mehreren Hundert Nanometern aufweisen. Bei einer Ausführungsform kann die Breite der Metallschicht 150 in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 1000 nm, von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm oder von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm liegen.
Wie in 1 gezeigt ist, kann das Substrat 110 Halbleitersubstrate aufweisen, die zum Wachsenlassen von anderen Schichten (d. h. der ersten dotierten Schicht 120, der Quantenstruktur 130 und der zweiten dotierten Schicht 140) beim Prozess zum Fertigen des Fotodetektors 100 geeignet sind. Bei einer Ausführungsform kann das Substrat 110 Saphir aufweisen, wenn die Quantenstruktur 130 Halbleiter der Gruppe II–VI umfasst. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Substrat 110 GaAs (111) oder GaAs (001) aufweisen, wenn die Quantenstruktur 130 Halbleiter der Gruppe II–VI umfasst. Halbleiter der Gruppe II–VI können auf einem GaAs-(111) oder GaAs-(001)Substrat wachsen, da GaAs eine Ebene ähnlich einem Hexagon entlang der Richtung (111) oder (001) bietet. Da GaAs kostengünstiger ist als Saphir, können die Konstrukteure beispielsweise aus Gründen der Kostenbegrenzung GaAs oder Saphir als Substrat 110 wählen.
Die erste dotierte Schicht 120 kann n-Halbleitermaterialien aufweisen. Zum Ausbilden der ersten dotierten Schicht 120 kann eine i-Schicht, wie z. B. ZnS oder ZnO, auf dem Substrat 110 wachsen. Dann kann die i-Schicht mit einem n-Fremdatom dotiert werden, wie z. B. Si, Ge, Sn oder Te. Die erste dotierte Schicht 120 kann Träger, wie z. B. Elektronen, zu der Quantenstruktur 130 liefern und kann einen ohmschen Kontakt mit der ersten Elektrode 160 vereinfachen. Bei einer Ausführungsform kann die erste dotierte Schicht 120 zwei oder mehr dotierte Schichten aufweisen, einschließlich einer hoch dotierten Schicht 122 und einer normal dotierten Schicht 124, wie in 1 gezeigt ist. Die hoch dotierte Schicht 122 kann mehr Träger und gute ohmsche Eigenschaften aufweisen, während die normal dotierte Schicht 124 gute Kristalleigenschaften aufweisen kann, um die Quantenausbeute in der Quantenstruktur 130 zu verbessern. Beispielsweise kann die hoch dotierte Schicht 122 einen spezifischen Widerstand aufweisen, der im Bereich von ungefähr 0,01 Ohm/cm bis ungefähr 0,1 Ohm/cm liegt. Die normal dotierte Schicht 124 kann beispielsweise einen spezifischen Widerstand aufweisen, der höher ist als ungefähr 600 Ohm/cm. Die zweite dotierte Schicht 140 kann ein p-Halbleitermaterial aufweisen. Zum Ausbilden der zweiten dotierten Schicht 140 kann eine i-Schicht, wie z. B. ZnS, auf der Quantenstruktur 130 wachsen. Dann kann die i-Schicht mit einem p-Fremdatom dotiert werden, wie z. B. Zn, Mg, Ca oder Be. Die zweite dotierte Schicht 140 kann Träger, wie z. B. Löcher, zu der Quantenstruktur 130 liefern und kann einen ohmschen Kontakt mit der zweiten Elektrode 170 vereinfachen. Bei einer Ausführungsform kann die zweite dotierte Schicht 140 einen spezifischen Widerstand aufweisen, der höher ist als ungefähr 600 Ohm/cm. Die Typen der ersten und der zweiten dotierten Schicht 120, 140 können verändert werden; als Beispiel dafür, das jedoch nicht als Einschränkung angesehen werden darf, kann die erste dotierte Schicht 120 mit einem p-Fremdatom dotiert werden, und die zweite dotierte Schicht 140 kann mit einem n-Fremdatom dotiert werden. Bei weiteren Ausführungsformen kann die erste dotierte Schicht 20 mit einem n-Fremdatom dotiert werden, und die zweite dotierte Schicht 140 kann mit einem p-Fremdatom dotiert werden.
Die Schichten 120, 132, 134, 136, 140 in dem Fotodetektor 100 können unter Anwendung eines der folgenden Verfahren wachsen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Molekularstrahlepitaxie (molecular beam epitaxy – MBE), metallorganische Gasphasenabscheidung (metalorganic chemical vapor deposition – MOCVD) oder zahlreiche andere Wachsenlassverfahren, die geeignet sind.
Bei einer Ausführungsform kann die erste Elektrode 160 eine laminierte Struktur aus Ti/Al aufweisen. Obwohl 1 eine Ausführungsform zeigt, bei der ein Teil der Quantenstruktur 130 und der zweiten dotierten Schicht 140 entfernt worden ist, um einen Teil der ersten dotierten Schicht 120 freizulegen, um die erste Elektrode 160 darauf auszubilden, sind verschiedene andere Ausführungsformen möglich. Beispielsweise kann das Substrat 110 entfernt werden und kann die erste Elektrode 160 unter der ersten dotierten Schicht 120 ausgebildet werden.
Bei einer Ausführungsform kann die zweite Elektrode 170 eine laminierte Struktur aus Ni/Au oder Ag/Au aufweisen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die zweite Elektrode 170 ein transparentes Metall aufweisen, wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO), damit Photone oder anderes Licht die zweite Elektrode 170 durchlaufen können.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer erläuternden Ausführungsform eines Prozesses zum Fertigen eines Fotodetektors. Beispielsweise kann bei dem in 3 dargestellten Prozess der Fotodetektor 100 so gefertigt werden, wie er in 1 gezeigt ist. Beginnend mit Block S110 wird ein Substrat, beispielsweise das Substrat 110, bereitgestellt. In Block S120 werden eine erste dotierte Schicht, eine Quantenstruktur und eine zweite dotierte Schicht auf dem Substrat ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt dies der Reihe nach. Beispielsweise können, wie in 4A gezeigt ist, eine erste dotierte Schicht 120, eine Quantenstruktur 130 und eine zweite dotierte Schicht 140 der Reihe nach auf einem Substrat 110 ausgebildet werden. Wie in 4A gezeigt ist, kann die Quantenstruktur 130 eine erste Sperrschicht 132, eine Topfschicht 134, die auf der ersten Sperrschicht 132 ausgebildet ist, und eine zweite Sperrschicht 136, die auf der Topfschicht 134 ausgebildet ist, aufweisen. Die Schichten 120, 132, 134, 136, 140 können unter Anwendung eines der folgenden Verfahren wachsen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Molekularstrahlepitaxie (MBE), metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder zahlreiche andere Wachsenlassverfahren, die geeignet sind.
Die Quantenstruktur 130 kann dazu ausgebildet sein, ein Photon mit einem spezifischen Energieniveau (z. B. Licht im blauen Spektrum) zu detektieren. Bei einer Ausführungsform kann die Topfschicht 134 einen Halbleiter umfassen, der eine Bandlückenenergie aufweist, die dem blauen Spektrum entspricht. Beispielsweise kann ein Halbleiter in der Topfschicht 134 eine Bandlückenenergie von ungefähr 2,853 eV aufweisen, was einer Wellenlänge von ungefähr 435 nm entspricht. Beispielsweise kann ein Halbleiter, der in der Topfschicht 134 enthalten ist, aus einem der folgenden Halbleiter der Gruppe II–VI ausgewählt sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, CdSe, CdS, ZnS, MgSe, MgS, ZnO, MgO, CdO, BeO, CdS, CdSe oder Verbindungen daraus. Halbleitermaterialien (oder Verbindungen) in der Topfschicht 134 können so ausgewählt sein, dass sie eine Bandlückenenergie aufweisen, die dem von dem Fotodetektor 100 zu detektierenden Spektrum entspricht. Die Sperrschichten 132, 136 können so ausgebildet sein, dass sie ein solches Energieband aufweisen, dass Träger, wie z. B. Elektronen oder Löcher, in der Topfschicht 134 eingeschlossen sind. Bei einer Ausführungsform können die Sperrschichten 132, 136 ein höheres Leitungsband aufweisen als ein Leitungsband der Topfschicht 134, um Elektronen in der Topfschicht 134 einzuschließen. Bei einer Ausführungsform können die Sperrschichten 132, 136 ein niedrigeres Valenzband aufweisen als ein Valenzband der Topfschicht 134, um Löcher in der Topfschicht 134 einzuschließen. Beispielsweise kann die Topfschicht 134 CdZnS aufweisen, bei dem es sich um eine Legierung aus CdS und ZnS handelt. Sowohl CdS als auch ZnS sind Halbleiter mit einer direkten Bandlücke und weisen eine hexagonale Kristallstruktur auf und sind die für die Topfschicht 134 geeignet. Beispielsweise kann die Topfschicht 134 CdZnO aufweisen, bei dem es sich um eine Legierung aus CdO und ZnO handelt. Sowohl CdO als auch ZnO sind Halbleiter mit einer direkten Bandlücke, die für die Topfschicht 134 geeignet sind.
Die Topfschicht 134 kann eine Dicke von mehreren nm aufweisen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Dicke der Topfschicht 134 weniger als ungefähr 10 nm oder weniger als ungefähr 3 nm betragen. Bei einer Ausführungsform kann die Dicke der Topfschicht 134 in einem Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 10 nm, von ungefähr 2 nm bis ungefähr 8 nm oder von ungefähr 3 nm bis ungefähr 6 nm liegen. Die Sperrschichten 132, 136 können eine Dicke aufweisen, die auf der Dicke der Topfschicht 134 basiert. Bei einer Ausführungsform kann die Dicke der Sperrschichten 132, 136 in einem ähnlichen Bereich liegen wie die der Topfschicht 134. Bei einer Ausführungsform kann die Dicke der Sperrschichten 132, 136 größer sein als die der Topfschicht 134, und zwar um ungefähr 2 nm oder weniger.
Das Substrat 110 kann elf Halbleitersubstrat aufweisen, das zum Wachsenlassen von anderen Schichten (d. h. der ersten dotierten Schicht 120, der Quantenstruktur 130 und der zweiten dotierten Schicht 140) geeignet ist. Bei einer Ausführungsform kann das Substrat 110 Saphir aufweisen, wenn die Quantenstruktur 130 Halbleiter der Gruppe II–VI umfasst. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das Substrat 110 GaAs (111) oder GaAs (001) aufweisen, wenn die Quantenstruktur 130 Halbleiter der Gruppe II–VI umfasst. Halbleiter der Gruppe II–VI können auf einem GaAs-(111) oder GaAs-(001) Substrat wachsen, da GaAs eine Platte ähnlich einem Hexagon entlang der Richtung (111) oder (001) bietet. Da GaAs kostengünstiger ist als Saphir, können die Konstrukteure in Abhängigkeit von den Kosten GaAs oder Saphir als Substrat 110 wählen.
Die erste dotierte Schicht 120 kann n-Halbleitermaterialien aufweisen. Zum Ausbilden der ersten dotierten Schicht 120 kann eine i-Schicht, wie z. B. ZnS, auf dem Substrat 110 wachsen. Dann kann die i-Schicht mit einem n-Fremdatom, wie z. B. Si, Ge, Sn oder Te, dotiert werden. Die erste dotierte Schicht 120 kann Träger, wie z. B. Elektronen, zu der Quantenstruktur 130 liefern und kann einen ohmschen Kontakt mit der ersten Elektrode 160 vereinfachen. Bei einer Ausführungsform kann die erste dotierte Schicht 120 zwei oder mehr dotierte Schichten aufweisen, einschließlich einer hoch dotierten Schicht 122 und einer normal dotierten Schicht 124, wie in 4A gezeigt ist. Die hoch dotierte Schicht 122 kann mehr Träger und gute ohmsche Eigenschaften aufweisen, während die normal dotiere Schicht 124 gute Kristalleigenschaften aufweisen kann, um die Quantenausbeute in der Quantenstruktur 130 zu verbessern. Beispielsweise kann die hoch dotierte Schicht 122 einen spezifischen Widerstand aufweisen, der im Bereich von ungefähr 0,01 Ohm/cm bis ungefähr 0,1 Ohm/cm liegt. Bei einem weiteren Beispiel kann die normal dotierte Schicht 124 einen spezifischen Widerstand aufweisen, der höher ist als ungefähr 600 Ohm/cm. Die zweite dotierte Schicht 140 kann ein p-Halbleitermaterial aufweisen. Zum Ausbilden der zweiten dotierten Schicht 140 kann eine i-Schicht, wie z. B. ZnS, auf der Quantenstruktur 130 wachsen. Dann kann die i-Schicht mit einem p-Fremdatom dotiert werden, wie z. B. Zn, Mg, Ca oder Be. Die zweite dotierte Schicht 140 kann Träger, wie z. B. Löcher, zu der Quantenstruktur 130 liefern und kann einen ohmschen Kontakt mit der zweiten Elektrode 170 vereinfachen. Bei einer Ausführungsform kann die zweite dotierte Schicht 140 einen spezifischen Widerstand aufweisen, der höher ist als ungefähr 600 Ohm/cm. Die Dotierungstypen der ersten und der zweiten dotierten Schicht 120, 140 können verändert werden. Als Beispiel dafür, das jedoch nicht als Einschränkung angesehen werden darf, kann die erste dotierte Schicht 120 mit einem p-Fremdatom dotiert werden, während die zweite dotierte Schicht 140 mit einem n-Fremdatom dotiert werden kann.
Wie in 3 gezeigt ist, werden in Block S130 laminierte Schichten in Würfelform mit einer Größe eines Fotodetektors ausgebildet, beispielsweise des Fotodetektors 100, wie in 1 gezeigt ist. Block S130 ist optional vorgesehen und kann wegfallen, wenn die Schichten so ausgebildet sind, dass sie der Größe des Fotodetektors entsprechen.
Ein Teil der zweiten dotierten Schicht und der Quantenstruktur wird in Block S140 entfernt. Beispielsweise kann, wie in 4B gezeigt ist, ein Teil der zweiten dotierten Schicht 140 und der Quantenstruktur 130 entfernt werden, wobei eine Struktur verbleibt, die eine Breite WQ aufweist. Bei einer Ausführungsform kann ein Teil mindestens einer der Schichten 130, 140 durch Trockenätzen entfernt werden. Bei einer Ausführungsform kann die vorbestimmte Breite WQ der Quantenstruktur 130 und der zweiten dotierten Schicht 140 mehrere Hundert Nanometer betragen. Beispielsweise kann die Breite WQ in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 1000 nm, von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm oder von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm liegen.
In Block S150 wird eine Metallschicht auf der ersten und der zweiten dotierten Schicht angrenzend an die ausgebildete Quantenstruktur hergestellt. Beispielsweise kann, wie in 40 gezeigt ist, eine Metallschicht 150' so ausgebildet sein, dass sie die erste dotierte Schicht 120, die Quantenstruktur 130 und die zweite dotierte Schicht 140 bedeckt. Bei einer Ausführungsform kann die Metallschicht 150' durch Aufsputtern oder Vakuumbedampfen ausgebildet werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Metallschicht 150' jeden geeigneten Typ von Metallmaterial umfassen, das eine Permittivität aufweist, die größer ist als die Permittivität der Quantenstruktur 130. Das Permittivitätsverhältnis der Metallschicht 150 zu der Quantenstruktur 130 kann in einem Bereich von ungefähr 2 bis ungefähr 100 liegen, was für das Detektieren eines bestimmten Spektrums geeignet ist. Bei einer Ausführungsform kann das Metallmaterial, das in der Metallschicht 150 enthalten ist, von der Frequenz eines zu detektierenden Photons abhängig sein, da die Permittivität eines Metalls in Abhängigkeit von der Frequenz des Photons variiert. Bei einer Ausführungsform kann die Metallschicht 150 ein Metallmaterial mit einer Permittivität aufweisen, die für die Detektion des blauen Spektrums geeignet ist. Beispielsweise kann die Metallschicht 150 eines von Ag, Al, Au, Ni, Ti oder jedem geeigneten anderen Metall oder Verbindungen daraus aufweisen.
in Block S160 wird eine Metallschicht poliert. Beispielsweise kann, wie in 4D gezeigt ist, die in 4C dargestellte Metallschicht 150' so poliert sein, dass sich ihre Oberfläche im Wesentlichen auf der gleichen Höhe mit der zweiten dotierten Schicht 140 befinden kann, wodurch die Metallschicht 150 gebildet wird. Bei einer Ausführungsform kann das Polieren mechanisch oder chemisch durchgeführt werden.
In Block S170 wird ein Teil der Metallschicht und der ersten dotierten Schicht entfernt. Beispielsweise kann, wie in 4E gezeigt ist, ein Teil der Metallschicht 150 und der ersten dotierten Schicht 120 entfernt werden, um einen Teil der ersten dotierten Schicht 120 freizulegen und damit eine Metallschicht 150 verbleibt, die eine Breite WM aufweist. Bei einer Ausführungsform kann ein Teil der hoch dotierten Schicht 122 der ersten dotierten Schicht 120 entfernt werden, um einen Teil der normal dotierten Schicht 124 der ersten dotierten Schicht 120 freizulegen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Teil der hoch dotierten Schicht 122 entfernt werden, um einen verbleibenden Teil davon freizulegen, wie in 4E gezeigt ist. Bei einer weiteren Ausführungsform kann ein Teil der normal dotierten Schicht 124 entfernt werden, um einen verbleibenden Teil davon freizulegen. Die Metallschicht 150 kann eine Breite WM von mehreren Nanometern, mehreren Zehn Nanometern oder mehreren Hundert Nanometern aufweisen. Bei einer Ausführungsform kann die Breite WM der Metallschicht 150 in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 1000 nm, von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm oder von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm liegen. Die Metallschicht 150 kann als Plasmon-Wellenleiter dienen und ein elektrisches und/oder optisches Feld in der Quantenstruktur 130 konzentrieren.
In Block S180 werden eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf einem freiliegenden Abschnitt einer ersten dotierten Schicht bzw. auf einer zweiten dotierten Schicht ausgebildet. Beispielsweise können, wie in 1 gezeigt ist, die erste Elektrode 160 und die zweite Elektrode 170 auf einem freiliegenden Abschnitt der ersten dotierten Schicht 120 bzw. auf der zweiten dotierten Schicht 140 ausgebildet sein. Bei einer Ausführungsform kann eine erste Elektrode eine laminierte Struktur aus Ti/Al aufweisen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine zweite Elektrode eine laminierte Struktur aus Ni/Au oder Ag/Au aufweisen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die zweite Elektrode ein transparentes Metall aufweisen, wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO), damit Photone oder anderes Licht die zweite Elektrode durchlaufen können.
Kenner der Technik erkennen, dass bei diesem und anderen Prozessen und Verfahren, die hier offengelegt sind, die bei den Prozessen und Verfahren ausgeführten Funktionen in einer anderen Reihenfolge implementiert werden können. Ferner sind die dargestellten Schritte und Abläufe nur als Beispiele aufgeführt, und einige Schritte und Abläufe können optional vorgesehen sein, zu weniger Schritten und Abläufen zusammengefasst sein oder zu weiteren Schritten und Abläufen erweitert werden, ohne dass dadurch vom Wesen der offengelegten Ausführungsformen abgewichen wird.
5 zeigt eine erläuternde Ausführungsform eines Fotodetektors 200. Wie dargestellt, kann der Fotodetektor 200 eine laminierte Struktur aufweisen, die ein Substrat 210, eine erste dotierte Schicht 220, die auf dem Substrat 220 angeordnet ist, eine Quantenstruktur 230, die auf der ersten dotierten Schicht 220 angeordnet ist, und eine zweite dotierte Schicht 240, die auf der Quantenstruktur 230 angeordnet ist, umfasst. Bei einigen Ausführungsformen sind das Substrat 210, die erste dotierte Schicht 220, die Quantenstruktur 230 und die zweite dotierte Schicht 240 der Reihe nach gestapelt. Die Quantenstruktur 230 kann eine erste Sperrschicht 232, eine zweite Sperrschicht 236 und eine Topfschicht 234, die zwischen der ersten Sperrschicht 232 und der zweiten Sperrschicht 236 angeordnet ist, aufweisen. Der Fotodetektor 200 kann ferner eine Metallschicht 250 über der Quantenstruktur 230 aufweisen. Die Breite WM der Metallschicht 250 kann kleiner sein als die Breite WO der Quantenstruktur 230. Bei einer Ausführungsform kann die Metallschicht 250 auf der zweiten dotierten Schicht 240 ausgebildet sein, wie in 2 gezeigt ist. Bei einer weiteren Ausführungsform können zwei oder mehr Metallschichten 250 auf der zweiten dotierten Schicht 240 positioniert sein, um ein Raster zu bilden. Wie in 5 gezeigt ist, kann die erste dotierte Schicht 220 eine hoch dotierte Schicht 222 und eine normal dotierte Schicht 224 aufweisen.
Obwohl in 5 nicht gezeigt, kann bei einigen Ausführungsformen der Fotodetektor 200 ferner eine erste Elektrode auf der ersten dotierten Schicht 220 und eine zweite Elektrode auf der zweiten dotierten Schicht 240 aufweisen, so dass der Fotodetektor 200 eine vorbestimmte Spannung von einer außen angeordneten Leistungsquelle empfangen kann. Obwohl die Quantenstruktur 230 in 5 so dargestellt ist, dass sie nur eine Topfschicht 234 aufweist, kann die Quantenstruktur 230 bei anderen Ausführungsformen mehrere Topfschichten aufweisen. Bei einem Beispiel, das in keiner Weise als Einschränkung angesehen werden darf, kann die Quantenstruktur 230 mehrere Topfstrukturen umfassen, einschließlich zwei oder mehr Topfschichten, die Sperrschichten auf und unter den Topfschichten aufweisen; oder es können mehrere Quantenstrukturen vorgesehen sein, die übereinander oder seitlich nebeneinander gestapelt sind; oder andere Kombination daraus.
Bei einer Ausführungsform können die Schichten 210, 222, 224, 232, 234, 236, 240, 250 Materialien aufweisen, die denen der Schichten 110, 122, 124, 132, 134, 136, 140, 150, die in 1 gezeigt sind, ähnlich sind. Bei einer Ausführungsform kann die Topfschicht 234 einen Halbleiter umfassen, der eine Bandlückenenergie aufweist, die dem blauen Spektrum entspricht. Beispielsweise kann ein Halbleiter in der Topfschicht 234 eine Bandlückenenergie von ungefähr 2,853 eV aufweisen, was der Wellenlänge von ungefähr 435 nm entspricht. Bei einer Ausführungsform kann ein Halbleitermaterial, das in der Topfschicht 234 enthalten ist, aus einem der folgenden Halbleiter der Gruppe II–VI ausgewählt sein, wie z. B. CdSe, CdS, ZnS, MgSe, MgS, ZnO, MgO, CdO, BeO, CdS, CdSe oder Verbindungen daraus.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Breite WQ der Quantenstruktur 230 mehrere Hundert Nanometer betragen. Beispielsweise kann die Breite WQ in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 1000 nm, von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm oder von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm liegen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Breite WM der Metallschicht 250 mehrere Zehn Nanometer betragen. Beispielsweise kann die Breite WM in einem Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 100 nm, von ungefähr 2 nm bis ungefähr 50 nm oder von ungefähr 5 nm bis ungefähr 10 nm liegen. Die Anzahl oder die Breite WM der Metallschichten 250 kann in Abhängigkeit von Prozesskomplexitat und Kostenbegrenzungen bestimmt werden.
Bei einer Ausführungsform können die Schichten 210, 220, 230, 240 eine Dicke aufweisen, die der der Schichten 110, 120, 130, 140 ähnlich ist, die in 1 gezeigt sind. Bei einer weiteren Ausführungsform können die Schichten 210, 220, 230, 240 auf ähnliche Weise ausgebildet sein, wie die Schichten 110, 120, 130, 140, die in 1 gezeigt sind.
6 zeigt eine grafische Darstellung eines elektrischen/optischen Felds, das in dem in 5 gezeigten Fotodetektor 200 ausgebildet ist. Die E-Achse stellt das elektrische/optische Feld dar, das in dem Fotodetektor 200 ausgebildet ist, die X-Achse stellt die Position auf dem Fotodetektor dar und WM ist die Breite der Metallschicht 250. Wie in 6 gezeigt ist, ist das elektrische und/oder optische Feld innerhalb der Quantenstruktur 230 konzentriert, da das Permittivitätsverhältnis der Metallschicht 250 und der Quantenstruktur 230 größer als 1 ist. Somit kann anders als bei herkömmlichen dielektrischen Wellenleitern das elektrische/optische Feld nicht zu dem Wellenleiter (der Metallschicht 250) diffundieren, selbst wenn sich die Breite WQ der Quantenstruktur 130 verringert, z. B. auf mehrere Hundert oder mehrere Zehn Nanometer. Daher kann der Detektionswirkungsgrad nicht absinken, obwohl der Fotodetektor 200 kleiner wird als die Wellenlänge eines zu detektierenden Photons.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm einer erläuternden Ausführungsform eines Prozesses zum Fertigen eines Fotodetektors. Beispielsweise kann der in 5 gezeigte Fotodetektor 200 unter Anwendung des in 7 gezeigten Prozesses gefertigt werden. Beginnend mit Block 5210 wird ein Substrat (beispielsweise das Substrat 210, das in 5 gezeigt ist) bereitgestellt. In Block S220 werden eine erste dotierte Schicht, eine Quantenstruktur und eine zweite dotierte Schicht auf dem Substrat ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt dies der Reihe nach. Beispielsweise können, wie in 5 gezeigt ist, die erste dotierte Schicht 220, die Quantenstruktur 230 und die zweite dotierte Schicht 240 der Reihe nach auf dem Substrat 210 ausgebildet sein. Wie in 5 gezeigt ist, kann die Quantenstruktur 230 die erste Sperrschicht 232, die Topfschicht 234, die auf der ersten Sperrschicht 232 ausgebildet ist, und die zweite Sperrschicht 236, die auf der Topfschicht 234 ausgebildet ist, aufweisen. Die erste dotierte Schicht 220 kann die hoch dotierte Schicht 222 und die normal dotierte Schicht 224 aufweisen, wie in 5 gezeigt ist. Die Schichten 222, 224, 232, 234, 236, 240 können unter Anwendung eines der folgenden Verfahren wachsen, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Molekularstrahlepitaxie (MBE), metallorganische Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder zahlreiche andere Wachsenlassverfahren, die geeignet sind. Die Schichten 222, 224, 232, 234, 236, 240 können Materialien aufweisen, die denen der Schichten 122, 124, 132, 134, 136, 140, die in 1 gezeigt sind, ähnlich sind.
In Block S230 werden laminierte Schichten in Würfelform mit einer Größe eines Fotodetektors ausgebildet, beispielsweise des Fotodetektors 200, wie in 5 gezeigt ist. Block S230 ist optional vorgesehen und kann wegfallen, wenn die Schichten so ausgebildet sind, dass sie der Größe des Fotodetektors entsprechen.
In Block S240 wird ein Teil der zweiten dotierten Schicht, der Quantenstruktur und der ersten dotierten Schicht entfernt, um einen Teil der ersten dotierten Schicht freizulegen. Beispielsweise kann, wie in 5 gezeigt ist, ein Teil der zweiten dotierten Schicht 240, der Quantenstruktur 230 und der ersten dotierten Schicht 220 entfernt werden, so dass eine Struktur verbleibt, die eine Breite WQ aufweist. Bei einer Ausführungsform kann die Breite WQ der verbleibenden zweiten dotierten Schicht, der Quantenstruktur und der ersten dotierten Schicht mehrere Hundert Nanometer betragen. Beispielsweise kann die Breite WO in einem Bereich von ungefähr 10 nm bis ungefähr 1000 nm, von ungefähr 10 nm bis ungefähr 500 nm oder von ungefähr 10 nm bis ungefähr 100 nm Gegen. In Block S250 werden eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode auf der ersten dotierten Schicht bzw. auf der zweiten dotierten Schicht ausgebildet. Bei einigen Ausführungsformen kann Block S250 später durchgeführt werden.
In Block S260 wird eine Metallschicht auf der zweiten datierten Schicht ausgebildet. Beispielsweise kann, wie in 5 gezeigt ist, die Metallschicht 250 auf der zweiten dotierten Schicht 240 ausgebildet sein. Bei einer Ausführungsform kann die Metallschicht 250 Materialien aufweisen, die denen der in 1 gezeigten Metallschicht 150 ähnlich sind. In Block 270 wird die Metallschicht gemustert, um eine Rasterstruktur zu bilden, wie beispielsweise die Metallschicht 250, die in 5 gezeigt ist. Bei einer Ausführungsform kann die Breite WM der Metallschicht mehrere Zehn Nanometer betragen. Beispielsweise kann die Breite WM in einem Bereich von ungefähr 1 nm bis ungefähr 100 nm, von ungefähr 2 nm bis ungefähr 50 nm oder von ungefähr 5 nm bis ungefähr 10 nm liegen. Die Anzahl oder die Breite WM der Metallschichten kann in Abhängigkeit von Prozesskomplexität und Kostenbegrenzungen bestimmt werden.
Die Reihenfolge der Abläufe kann in Abhängigkeit von Auslegungsoptionen verändert werden. Beispielsweise können die Blöcke S260 und S270 vor den Blöcken S240 und S250 durchgeführt werden.
Die vorliegende Offenlegung darf nicht hinsichtlich der besonderen Ausführungsformen, die in dieser Anmeldung beschrieben sind und die als Erläuterung verschiedener Aspekte vorgesehen sind, beschränkt werden. Es können zahlreiche Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden, ohne dass dadurch ihrem Geist und Schutzumfang abgewichen wird, wie es für Kenner der Technik offensichtlich ist. Funktional äquivalente Verfahren und Einrichtungen innerhalb des Schutzumfangs der Offenlegung zusätzlich zu den hier aufgeführten werden für Kenner der Technik anhand der vorstehenden Beschreibung offensichtlich. Solche Modifikationen und Änderungen werden als in den Schutzumfang der beiliegenden Patentansprüche fallend betrachtet. Die vorliegende Offenlegung ist nur durch die beiliegenden Patentansprüche sowie durch den vollen Umfang von Äquivalenten, die bezüglich der Patentansprüche rechtlich zulässig sind, beschränkt. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Offenlegung nicht auf besondere Verfahren, Reagenzien, Verbindungen, Zusammensetzungen oder biologische Systeme, die selbstverständlich variieren können, beschränkt ist. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die hier verwendete Terminologie nur zum Zwecke der Beschreibung besonderer Ausführungsformen dient und nicht als Einschränkung angesehen werden darf.
Bezüglich der Verwendung im Wesentlichen sämtlicher hier im Plural und/oder im Singular stehender Ausdrücke können Kenner der Technik diese Ausdrücke vom Plural in den Singular oder vom Singular in den Plural umsetzen, wie es in dem Zusammenhang und/oder bei der Anwendung sachgemäß ist. Die verschiedenen Umsetzungen von Singular/Plural können hier aus Gründen der Klarheit ausdrücklich dargelegt werden.
Es ist für Kenner der Technik offensichtlich, dass im Allgemeinen hier und insbesondere in den Patentansprüchen (z. B. Hauptteile der beiliegenden Patentansprüche) verwendete Ausdrücke im Allgemeinen als ”offene” Ausdrücke gemeint sind (z. B. muss der Ausdruck ”einschließlich” als ”einschließlich, aber nicht beschränkt auf” interpretiert werden, muss der Ausdruck ”weist auf” als ”weist zumindest auf” interpretiert werden, muss der Ausdruck ”umfasst” als ”umfasst, ist aber nicht beschränkt auf” interpretiert werden etc.). Es ist ferner für Kenner der Technik offensichtlich, dass dann, wenn eine bestimmte Anzahl einer Nennung im Oberbegriff beabsichtigt ist, eine solche Absicht ausdrücklich in dem Patentanspruch genannt wird, und wenn eine solche Nennung fehlt, ist eine solche Absicht nicht vorhanden. Beispielsweise können als Hilfe zum Verständnis die folgenden beiliegenden Patentansprüche die Verwendung der einleitenden Phrasen ”mindestens ein” und ”ein oder mehr” zur Einleitung von Patentansprüchen enthalten. Die Verwendung solcher Phrasen darf jedoch nicht dahingehend ausgelegt werden, dass impliziert wird, dass durch die Einleitung eines Patentanspruchs durch den unbestimmten Artikel ”ein” oder ”eine” ein bestimmter Patentanspruch, der einen solchen einleitenden Teil aufweist, auf Erfindungen beschränkt ist, die nur eine solche Nennung umfassen, selbst wenn der gleiche Patentanspruch die einleitenden Phrasen ”ein oder mehr” oder ”mindestens ein” und unbestimmte Artikel, wie ”ein” oder ”eine” aufweist (z. B. muss ”ein” und/oder ”eine” typischerweise so interpretiert werden, das ”mindestens ein” oder ”ein oder mehr” gemeint ist); das Gleiche gilt für die Verwendung von bestimmten Artikeln, die in dem Oberbegriff von Patentansprüchen verwendet werden. Ferner ist es selbst dann, wenn eine bestimmte Anzahl in einem Oberbegriff eines Patentanspruchs ausdrücklich genannt ist, für Kenner der Technik offensichtlich, dass diese Nennung typischerweise dahingehen zu interpretieren ist, dass sie mindestens die genannte Anzahl bedeutet (z. B. bedeutet die bloße Nennung von ”zwei Nennungen” ohne andere Modifikatoren typischerweise mindestens zwei Nennungen oder zwei oder mehr Nennungen). Ferner ist in denjenigen Fällen, in denen eine Gepflogenheit analog zu ”A, B und/oder C etc.” verwendet wird, eine solche Konstruktion im Allgemeinen in dem Sinne gemeint, in dem Kenner der Technik die Gepflogenheit verstehen würden (z. B. würde ”ein System, das A, B und/oder C aufweist” Systeme umfassen, aber nicht auf solche beschränkt sein, die A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen etc. aufweisen). In denjenigen Fällen, in denen eine Gepflogenheit analog zu ”A, B und/oder C etc.” verwendet wird, Ist eine solche Konstruktion im Allgemeinen in dem Sinne gemeint, in dem Kenner der Technik diese Gepflogenheit verstehen würden (z. B. würde ”ein System, das A, B und/oder C aufweist” Systeme umfassen, aber nicht auf diese beschränkt sein, die A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen etc. aufweisen). Es ist ferner für Kenner der Technik offensichtlich, dass praktisch jedes disjunktive Wort und/oder jede disjunktive Phrase, das/die zwei oder mehr alternative Ausdrücke präsentiert, ganz gleich, ob in der Beschreibung, den Patentansprüchen oder den Zeichnungen, so verstanden werden muss, dass die Möglichkeiten des Einschließens eines dieser Ausdrücke, eines der beiden Ausdrücke oder beider Ausdrücke in Betracht gezogen wird. Beispielsweise wird die Phrase ”A oder B” so verstanden, dass sie die Möglichkeiten von ”A” oder ”B” oder ”A und B” umfasst.
Wo Merkmale oder Aspekte der Offenlegung hinsichtlich von Markush-Gruppen beschrieben sind, erkennen Kenner der Technik ferner, dass die Offenlegung dadurch auch hinsichtlich eines einzelnen Elements oder einer Teilgruppe von Elementen der Markush-Gruppe beschrieben ist.
Wie für Kenner der Technik offensichtlich, umfassen für sämtliche Zwecke, wie z. B. in der schriftlichen Beschreibung, sämtliche hier offengelegten Bereiche auch sämtliche möglichen Teilbereiche und Kombinationen von Teilbereichen. Aufgeführte Bereiche können leicht als ausreichende Beschreibung erkannt werden, und es ist möglich, dass der gleiche Bereich in mindestens gleiche Hälften, Drittel, Viertel, Fünftel, Zehntel etc. unterteilt wird. Als Beispiel, das nicht als Einschränkung angesehen werden darf, kann jeder hier beschriebene Bereich in ein unteres Drittel, mittleres Drittel und oberes Drittel etc. unterteilt werden. Wie für Kenner der Technik ferner offensichtlich, umfassen Ausdrücke, wie z. B. ”bis zu”, ”mindestens” und dergleichen die genannte Anzahl und betreffen Bereiche, die nachträglich in Teilbereiche unterteilt werden können, wie oben beschrieben. Schließlich ist es für Kenner der Technik offensichtlich, dass ein Bereich jedes einzelne Element umfasst. Somit bezieht sich beispielsweise eine Gruppe, die 1–3 Zellen aufweist, auf Gruppen, die 1, 2, oder 3 Zellen umfasst. Ähnlich bezieht sich eine Gruppe, die 1–5 Zellen aufweist, auf Gruppen, die 1, 2, 3, 4 oder 5 Zellen umfasst, und so weiter.
Aus dem Vorhergehenden geht hervor, dass verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung hier zum Zwecke der Erläuterung beschrieben worden sind und dass verschiedene Modifikationen durchgeführt werden können, ohne dass dadurch vom Schutzumfang und Geist der vorliegenden Offenlegung abgewichen wird. Entsprechend dürfen die verschiedenen hier offengelegten Ausführungsformen nicht als Einschränkung angesehen werden, wobei der tatsächliche Schutzumfang und Geist von den nachstehenden Patentansprüchen festgelegt wird.

Claims

Vorrichtung, die umfasst: eine Quantenstruktur, die umfasst: eine erste Sperrschicht; eine Topfschicht, die auf der ersten Sperrschicht angeordnet ist; und eine zweite Sperrschicht, die auf der Topfschicht angeordnet ist; und eine Metallschicht, die an die Quantenstruktur angrenzend angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Quantenstruktur einen Halbleiter der Gruppe II–VI umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Halbleiter der Gruppe II–VI eine hexagonale Struktur aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Topfschicht Cd_xZn_1-xS aufweist, wobei x in einem Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 1 liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste und die zweite Sperrschicht einen Halbleiter umfasst, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die im Wesentlichen ZnS, MgZnS, MgCdZnS, ZnO, MgZnO und MgCdZnO aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Quantenstruktur eine Breite von weniger als ungefähr 100 nm aufweist und die Metallschicht eine Breite von weniger als ungefähr 100 nm aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Metallschicht ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe, die im Wesentlichen Ag, Al, Au, Ni und Ti aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine erste dotierte Schicht, die unter der ersten Sperrschicht angeordnet ist; und eine zweite dotierte Schicht, die auf der zweiten Sperrschicht angeordnet ist, wobei die Metallschicht auf der ersten dotierten Schicht und an die zweite dotierte Schicht angrenzend angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, die ferner umfasst: ein Substrat, das unter der ersten dotierten Schicht angeordnet Ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Substrat GaAs umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Metallschicht seitlich an beide Seiten der Quantenstruktur angrenzend angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Topfschicht Elektronen auf Teilbändern aufweist, so dass ein oder mehr Übergänge zwischen den Teilbändern einem Photon mit einem blauen Spektrum entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Metallschicht auf der Quantenstruktur angeordnet ist und die Metallschicht eine Breite aufweist, die kleiner ist als die Breite der Quantenstruktur.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner umfasst: eine erste dotierte Schicht, die unter der ersten Sperrschicht angeordnet ist; und eine zweite dotierte Schicht, die auf der zweiten Sperrschicht angeordnet ist, wobei die Metallschicht auf der zweiten dotierten Schicht angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der zwei oder mehr Metallschichten auf der Quantenstruktur angeordnet sind und eine Rasterstruktur bilden und eine Summe der Breiten der zwei oder mehr Metallschichten kleiner Ist als die Breite der Quantenstruktur.
Verfahren, das umfasst: Ausbilden einer Quantenstruktur durch: Ausbilden einer ersten Sperrschicht; Ausbilden einer Topfschicht auf der ersten Sperrschicht; und Ausbilden einer zweiten Sperrschicht auf der Topfschicht; Entfernen eines Teils der Quantenstruktur, bis die Quantenstruktur eine vorbestimmte Breite aufweist; und Ausbilden einer Metallschicht angrenzend an die Quantenstruktur.
Verfahren nach Anspruch 16, das ferner umfasst: Ausbilden einer ersten dotierten Schicht, wobei das Ausbilden einer ersten Sperrschicht das Ausbilden einer erste Sperrschicht auf der ersten datierten Schicht umfasst; und Ausbilden einer zweiten dotierten Schicht auf der zweiten Sperrschicht, wobei das Entfernen eines Teils der Quantenstruktur ferner das Entfernen eines Teils der Quantenstruktur umfasst, der der zweiten dotierten Schicht entspricht, so dass die zweite dotierte Schicht die gleiche Breite aufweist wie die Quantenstruktur, und das Ausbilden einer Metallschicht ferner das Ausbilden einer Metallschicht auf der ersten dotierten Schicht angrenzend an die Quantenstruktur und die zweite dotierte Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner umfasst: Bereitstellen eines Substrats, wobei das Ausbilden der ersten dotierten Schicht das Ausbilden der ersten dotierten Schicht auf dem Substrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Ausbilden der Metallschicht das Ausbilden einer Metallschicht umfasst, die seitlich an beide Seiten der Quantenstruktur angrenzt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Topfschicht Elektronen auf Teilbändern aufweist, so dass ein oder mehr Übergänge zwischen den Teilbändern einem Photon mit einem blauen Spektrum entsprechen.
Verfahren, das umfasst: Ausbilden einer Quantenstruktur durch: Ausbilden einer ersten Sperrschicht; Ausbilden einer Topfschicht auf der ersten Sperrschicht; und Ausbilden einer zweiten Sperrschicht auf der Topfschicht; und Ausbilden einer Metallschicht auf der Quantenstruktur, wobei die Metallschicht eine Breite aufweist, die kleiner ist als eine Breite der Quantenstruktur.
Verfahren nach Anspruch 21, das ferner umfasst. Ausbilden einer ersten dotierten Schicht, wobei das Ausbilden einer ersten Sperrschicht das Ausbilden einer ersten Sperrschicht auf der ersten dotierten Schicht umfasst; und Ausbilden einer zweiten dotierten Schicht auf der zweiten Sperrschicht, wobei das Ausbilden der Metallschicht ferner das Ausbilden einer Metallschicht auf der zweiten dotierten Schicht umfasst.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das Ausbilden der Metallschicht ferner das Ausbilden von zwei oder mehr Metallschichten auf der Quantenstruktur in Form eines Rasters umfasst und die Summe der Breiten der zwei oder mehr Metallschichten kleiner ist als die Breite der Quantenstruktur.