DE112014004665T5

DE112014004665T5 - Doppeldurchgang-Fotodiode mit eingebettetem Reflektor

Info

Publication number: DE112014004665T5
Application number: DE112014004665.5T
Authority: DE
Inventors: Wojciech Giziewicz
Original assignee: FCI Asia Pte Ltd
Current assignee: Amphenol FCI Asia Pte Ltd
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2016-09-15
Also published as: US20160240718A1; CN105612621A; WO2015054469A1

Abstract

Eine Fotodiode, insbesondere eine Fotodiode für Anwendungen zur Datenübertragung, kann ein Halbleitersubstrat beinhalten, welches auch als Substratschicht bezeichnet werden kann und eine erste Halbleiterschicht, die unterstützt wird von, z. B. angeordnet ist auf dem Halbleitersubstrat. Die Fotodiode kann weiter eine zweite Halbleiterschicht beinhalten die unterstützt wird von, z. B. angeordnet ist auf der ersten Halbleiterschicht. Die Fotodiode kann weiter einen optischen Halbleiterspiegel beinhalten, der zwischen dem Halbleitersubstrat und der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist, so dass wenn einfallendes Licht die zweite Halbleiterschicht und die erste Halbleiterschicht entlang einer ersten Richtung ein erstes Mal durchläuft, das einfallende Licht von dem optischen Halbleiterspiegel reflektiert wird, um die erste Halbleiterschicht ein zweites Mal zu durchlaufen, was auch als zweiter Durchgang bezeichnet werden kann. Daher kann die Fotodiode auch als Doppeldurchgang-Fotodiode bezeichnet werden.

Description

Hintergrund
Eine wichtige Anwendung von Fotodioden ist die optische Datenübertragung, bei welcher Fotodioden in optischen Empfängern benutzt werden um empfangene Lichtpulse, die gemäß der zu übertragenden Daten moduliert sind, in elektrische Signale umzuwandeln.
Fotodioden können zwei sich berührende Halbleiterschichten umfassen, die unterschiedlich dotiert sind. In einem Prozess des Dotierens eines Halbleiters können Unreinheiten mit Absicht in den Halbleiter eingeführt werden, so dass seine elektrischen Eigenschaften verändert werden. In einem n-dotierten Halbleiter sind die Unreinheiten Elektronenspender, die Elektronen bereitstellen, welche zu der Elektronenleitfähigkeit des Halbleiters beitragen können. In einem p-dotierten Halbleiter sind die Unreinheiten Elektronenempfänger die zur Leitfähigkeit des Halbleiters beitragen können durch das Bereitstellen von Elektronenlöchern, welche sich durch den Halbleiter bewegen können.
Typischerweise ist eine Schicht einer Fotodiode n-dotiert und eine andere Schicht ist p-dotiert, wodurch ein p-n-Übergang erzeugt wird. Natürlicherweise wird über dem p-n-Übergang ein Verarmungsbereich ausgebildet in welchem alle freien Ladungsträger aufgrund eines Konzentrationsgradienten von Elektronen und Löchern weg diffundieren, was ein elektrisches Feld über dem Verarmungsbereich erzeugt. Wenn ein Photon, das ausreichend Energie hat, die Diode trifft, regt das Photon ein Elektron an und erzeugt dadurch ein freies Elektron und ein positiv geladenes Elektronenloch. Wenn die Absorption in oder in der Nähe (z. B. eine Diffusionslänge entfernt) von dem Verarmungsbereich des p-n-Übergangs stattfindet, werden die Träger von dem elektrischen Feld des Verarmungsbereichs aus dem Übergang gefegt. Daher bewegen sich Löcher in Richtung der Anode und Elektronen bewegen sich in Richtung der Kathode, wobei ein Fotostrom erzeugt wird. Der resultierende Fotostrom ist über eine große Größenordnung proportional zu der Intensität des einfallenden Lichtes. Daher können Lichtpulse durch Mittel einer Fotodiode in elektrische Pulse umgewandelt werden.
Für Anwendungen der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung können PIN-Fotodioden benutzt werden. Die PIN-Fotodioden können einen breiten, schwach dotierten (beinahe intrinsischen) Halbleiterbereich zwischen dem p-Typ-Halbleiter und der n-Typ-Halbleiterschicht haben. Aufgrund der intrinsischen Region können PIN-Fotodioden im Vergleich zu anderen Dioden ein schnelleres Umschalten erlauben. Daher können PIN-Dioden im Vergleich zu konventionellen Fotodioden eine höhere Bandbreite haben.
Wenn Fotodioden für Anwendungen der Datenübertagung gestaltet werden, kann man versuchen Ziele, die typischerweise miteinander konkurrieren, z. B. eine hohe Bandbreite und hohe Effizienz, zu erreichen. Eine Bandbreite einer Fotodiode kann eine obere Grenzen setzen für die Datenraten, die erreicht werden können, wenn die Fotodiode als ein optischer Empfänger fungiert. Die Bandbreite hängt von der Dauer des Fotostrompulses eines Elektronenlochpaars ab, das von einem einfallenden Photon gebildet wird (die Antwortzeit). Die Effizienz einer Fotodiode ist das Verhältnis des erzeugten Fotostroms zu der einfallenden Lichtleistung. Die Effizienz ist abhängig von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes auf die Fotodiode. Die Effizienz kann auch als Quantenausbeute ausgedrückt werden, welches das Verhältnis der Anzahl der fotogenerierten Ladungsträger zu der Anzahl der einfallenden Photonen ist.
Bandbreite und Effizienz sind typischerweise konkurrierende Gestaltungsziele in dem Sinne, dass wenn man eines der beiden verbessert, sich das andere üblicherweise verschlechtert. Zum Beispiel resultiert das Vergrößern der Größe einer aktiven (fotoerzeugenden) Region einer Fotodiode um die Effizienz zu verbessern in einer erhöhten Antwortzeit und resultiert dadurch in einer niedrigeren Bandbreite. Umgekehrt resultiert das Erhöhen der Bandbreite durch Reduzierung der Größe der aktiven Region in einer niedrigeren Effizienz.
Verstärkte Hohlraumresonatoren (resonant cavity enhanced – RCE) Fotodetektoren sind bekannt um sowohl die Bandbreite als auch die Effizienz zu verbessern. In RCE Fotodetektoren ist eine Fotodiode in einem Fabry-Pèrot Hohlraumresonator angeordnet. Der Effekt des optischen Hohlraums ist es, das optische Feld durch Resonanz zu verstärken und es dadurch zu ermöglichen die Fotodiode dünner zu machen und dadurch schneller, während gleichzeitig die Quantenausbeute bei den resonanten Wellenlängen erhöht wird. RCE Fotodetektoren haben einen Nachteil darin, dass sie typischerweise schwierig herzustellen sind, z. B. aufgrund des zusätzlichen optischen Resonators, der reflektierende Oberflächen beinhaltet, die genau ausgerichtet sein müssen. Weiterhin umfassen RCE Fotodetektoren eine hohe Wellenlängenselektivität aufgrund des Hohlraumresonators, was in manchen Anwendungen der Datenübertragung, die eine relativ breite Wellenlängenempfindlichkeit benötigen, von Nachteil sein kann.
In US-Patent Nr. 6,023,485 ist eine vertikale Hohlraum-Oberflächen-Emittierender-Laser-(vertical cavity surface emitting laser – VCSEL)Anordnung mit einem integrierten Fotodetektor offenbart. Der offenbarte Fotodetektor ist eine PIN-Fotodiode die sich mit dem VCSEL, der auf der Oberseite der Fotodiode angeordnet ist, einen verteilten Bragg-Reflektor (distributed bragg reflector – DBR) teilt. Diese Fotodiode ist nicht geeignet um als Empfänger für Anwendungen in Datenübertragung zu fungieren, aufgrund des VCSEL und des DBR, der auf der Oberseite der Fotodiode angebracht ist, um die Fotodiode zu blockieren.
Zusammenfassung
Diese Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form, die weiter unten in der detaillierten Beschreibung beschrieben werden, einzuführen. Diese Zusammenfassung beabsichtigt weder Schlüsselmerkmale oder essentielle Merkmale des beanspruchten Gegenstandes zu identifizieren, noch ist beabsichtigt, sie zu benutzen, um den Umfang des beanspruchten Gegenstandes zu begrenzen. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht begrenzt auf Einschränkungen, die irgendeinen oder alle Nachteile, die in irgendeinem Teil dieser Offenbarung vermerkt sind, zu lösen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet eine Fotodiode, insbesondere eine Fotodiode für Anwendungen zur Datenübertragung, ein Halbleitersubstrat, welches auch als Substratschicht bezeichnet werden kann und eine erste Halbleiterschicht die unterstützt wird von, z. B. angeordnet ist auf dem Halbleitersubstrat. Die Fotodiode kann weiter eine zweite Halbleiterschicht beinhalten die unterstützt wird von, z. B. angeordnet ist auf der ersten Halbleiterschicht. Die Fotodiode kann weiter einen optischen Halbleiterspiegel beinhalten, der zwischen dem Halbleitersubstrat und der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist, so dass wenn einfallendes Licht die zweite Halbleiterschicht und die erste Halbleiterschicht entlang einer ersten Richtung ein erstes Mal durchläuft, das einfallende Licht von dem optischen Halbleiterspiegel reflektiert wird, um die erste Halbleiterschicht ein zweites Mal zu durchlaufen, was auch als zweiter Durchgang bezeichnet werden kann. Daher kann die Fotodiode auch als Doppeldurchgang-Fotodiode bezeichnet werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zur Herstellung einer Fotodiode, z. B. einer Fotodiode die für Anwendungen in der Datenübertragung benutzt werden kann, Bereitstellen eines Halbleitersubstrats und Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht beinhalten, so dass die erste Halbleiterschicht unterstützt wird von, z. B. angeordnet ist auf dem Halbleitersubstrat. Das Verfahren kann weiter das Anordnen einer zweiten Halbleiterschicht beinhalten, so dass die zweite Halbleiterschicht unterstützt wird von, z. B. angeordnet ist auf der ersten Halbleiterschicht. Das Verfahren kann weiter das Anordnen eines optischen Halbleiterspiegels zwischen dem Halbleitersubstrat und der ersten Halbleiterschicht beinhalten, so dass wenn einfallendes Licht die zweite Halbleiterschicht und die erste Halbleiterschicht entlang einer ersten Richtung durchläuft, das einfallende Licht von dem optischen Halbleiterspiegel reflektiert wird, so dass das Licht ein zweites Mal die erste Halbleiterschicht durchläuft. Ein verteilter Bragg-Reflektor (DBR) kann auf dem Substrat gezüchtet werden um den Halbleiterspiegel auszubilden, z. B. durch Züchten sich abwechselnder Schichten von AlAs und AlGaAs. Anschließend kann eine Standardfotodiode oder PIN-Fotodiodenstruktur auf dem DBR gezüchtet werden. Das Verfahren kann den Schritt der Dotierung (z. B. n-Dotierung) des Halbleiterspiegels beinhalten unter Benutzung von Dotierungstechniken wie z. B. Gasphasenepitaxie.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorangegangene Zusammenfassung sowie die folgende detaillierte Beschreibung von einer beispielhaften Ausführungsform werden besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen gelesen werden. Die Erfindung ist jedoch nicht begrenzt auf die spezifischen Mittel, die in den Zeichnungen gezeigt sind. In den Zeichnungen:
1 ist ein schematischer Querschnitt einer Fotodiode nach Stand der Technik;
2 ist ein schematischer Querschnitt einer Fotodiode gemäß einer Ausführungsform;
3 ist eine Zeichnung von einer Modulationsantwort gegen die Modulationsfrequenz einer Messanordnung unter Einbeziehung einer Fotodiode nach Stand der Technik;
4 ist eine Zeichnung einer Modulationsantwort gegen die Modulationsfrequenz einer anderen Messanordnung, unter Einbeziehung einer Fotodiode nach Stand der Technik, mit einer logarithmischen Frequenzskala;
5 ist eine Zeichnung von dem simulierten Fotostrom gegen die Frequenz von einer Fotodiode nach Stand der Technik und einer Fotodiode gemäß einer Ausführungsform;
6 ist eine Zeichnung von der Absorption gegen die Photonenergie einer Fotodiode gemäß einer Ausführungsform; und
7 ist eine Tabelle die einen Vergleich der Eigenschaften von Fotodioden nach Stand der Technik und Fotodioden gemäß einer Ausführungsform zeigt.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Der Einfachheit halber wurden dieselben oder äquivalente Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Bestimmte Terminologie wird in der folgenden Beschreibung nur der Einfachheit halber benutzt und ist nicht einschränkend. Die Worte „links”, „rechts”, „vorderseitig”, „rückseitig”, „obere(r)” und „untere(r)” bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf welche Bezug genommen wird. Die Worte „nach vorne” (forward, forwardly), „nach hinten”, „innere(r)”, „einwärts” (inward, inwardly), „äußere(r)”, „auswärts” (outward, outwardly), „aufwärts” (upward, upwardly) und „abwärts” (downward, downwardly) bezeichnen Richtungen, hin zu dem geometrischen Zentrums des Objekts, auf das sich bezogen wird, bzw. weg von dem geometrischen Zentrum des Objekts, auf das sich bezogen wird, und auf bezeichnete Teile davon. Die Terminologie, die beabsichtigt ist nicht einschränkend zu sein, beinhaltet die oben aufgeführten Worte, Ableitungen davon und Worte mit ähnlicher Bedeutung.
Es ist ein Ziel einer Ausführungsform eine Fotodiode vorzusehen, z. B. eine Fotodiode für Anwendungen der Datenübertragung, die eine große Bandbreite und hohe Effizienz hat. Die Fotodiode kann auch einfach herzustellen und kosteneffizient sein. Weiterhin kann die Fotodiode eine relativ breite Wellenlängenempfindlichkeit bereitstellen. Diese und andere Ziele, die während des Lesens der folgenden Beschreibung offensichtlich werden, können z. B. von einer Fotodiode gemäß der Ansprüche und einem Verfahren zum Herstellen der Fotodiode, gemäß der Ansprüche gelöst werden.
Zunächst bezugnehmend auf 1 ist ein schematischer Querschnitt einer PIN-Typ-Fotodiode 10 nach Stand der Technik gezeigt, welche eine Fotodiode ist, die eine intrinsische Schicht 13 zwischen einer n-dotierten Schicht 12 und einer p-dotierten Schicht 14 beinhaltet. Die n-dotierte Schicht 12 ist auf einer Substratschicht 11 angeordnet. Die intrinsische Schicht 13 kann im Wesentlichen undotiert sein. Wie gezeigt, kann die intrinsische Schicht auf der n-dotierten Schicht 12 angeordnet sein. Weiter kann eine p-dotierte Schicht 14 auf der intrinsischen Schicht 13 angeordnet sein.
Die Fotodiode 10 definiert eine aktive Region, welche eine Region sein kann in welcher Fotoabsorption in einer messbaren Menge resultiert. Die aktive Region definiert eine Dicke t₁ entlang einer ersten Richtung d₁, so dass die Lichtabsorption in der aktiven Region proportional ist zu 1 – exp(– t₁α), wobei α ein Parameter ist, der abhängt von dem Material und der Energie des einfallenden Lichtes. Entsprechend ist die Lichtabsorption in der Substratschicht 11 proportional zu exp(– t₁α). Daher kann mehr Licht in der aktiven Region absorbiert werden je größer die Dicke t₁ ist, was in einer höheren Effizienz resultiert. Jedoch, wie oben erwähnt, kann die größere Dicke t₁ in einer niedrigeren Laufzeit der Fotodiode 10 und daher in einer niedrigen Bandbreite resultieren. Somit kann es bei herkömmlichen Fotodioden, wie z. B. der Fotodiode 10 zu einem Kompromiss zwischen der Empfindlichkeit und der Laufzeit kommen.
Nun bezugnehmend auf 2 ist ein schematischer Querschnitt einer PIN-Typ-Fotodiode 20 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Die Fotodiode 20 kann ein Halbleitersubstrat 21, welches auch als Substratschicht 21 bezeichnet werden kann und eine erste Halbleiterschicht 23 beinhalten, die unterstützt von, z. B. angeordnet ist auf dem Halbleitersubstrat 21. Die Fotodiode 20 kann weiter eine zweite Halbleiterschicht 25, die unterstützt von, z. B. angeordnet ist auf der ersten Halbleiterschicht 23, beinhalten. Die Fotodiode 20 kann weiter einen optischen Halbleiterspiegel 22 beinhalten, der angeordnet ist zwischen dem Halbleitersubstrat 21 und der ersten Halbleiterschicht 23, so dass, wenn einfallendes Licht die zweite Halbleiterschicht 25 und die erste Halbleiterschicht 23 entlang der ersten Richtung d_1- ein erstes Mal durchquert, das einfallende Licht von dem optischen Halbleiterspiegel 22 reflektiert wird um die erste Halbleiterschicht 23 ein zweites Mal zu durchlaufen, was auch als ein zweiter Durchgang bezeichnet werden kann. Daher kann die Fotodiode 20 auch als eine Doppeldurchgangdiode 20 bezeichnet werden. Im Gegensatz zu der Fotodiode 10 der 1 kann der Halbleiterspiegel 22 zwischen der Substratschicht 21 und der ersten Halbleiterschicht 23 angeordnet sein. Weiter kann die Fotodiode 20 eine intrinsische Schicht 24 beinhalten, die im Wesentlichen undotiert sein kann und unterstützt werden kann von, z. B. angeordnet sein kann auf der ersten Halbleiterschicht 23, welche n-dotiert sein kann und daher auch als eine n-dotierte Schicht 23 bezeichnet werden kann. Die zweite Halbleiterschicht 25, welche p-dotiert sein kann und daher auch als eine p-dotierte Schicht 25 bezeichnet werden kann, kann unterstützt werden von, z. B. angeordnet sein auf der intrinsischen Schicht 24. Die intrinsische Schicht 24 kann eine geringere Verunreinigungsdichte haben als die ersten und zweiten Halbleiterschichten 23 und 25. Daher kann die intrinsische Schicht 24 als im Wesentlichen undotiert bezeichnet werden. Beispielsweise kann die intrinsische Schicht 24 von einem im Wesentlichen undotierten Halbleitermaterial ausgebildet werden. Das reflektierte Licht kann zumindest einen Teil der intrinsischen Schicht 24 durchlaufen, daher kann das Licht die aktive Region ein zweites Mal erreichen und die Empfindlichkeit der Fotodiode 20 kann im Vergleich zu einer konventionellen Fotodiode, beispielsweise der Fotodiode 10 erhöht werden.
Wie oben beschrieben kann der Halbleiterspiegel 22 n-dotiert sein und daher mit einem niedrigeren Widerstand hergestellt werden als ein p-dotierter Halbleiterspiegel welcher die Geschwindigkeit der Fotodiode verbessern kann. Ebenfalls kann „compositional grading” und/oder Modulationsdotierung zwischen entsprechenden Spiegelschichten genutzt werden um den Energiebandversatz zu verringern und dadurch den Widerstand zu verringern. Zusätzlich kann es von Vorteil sein, da Fotodioden grundsätzlich mit Sperrvorspannung genutzt werden, in bestimmten Anwendungen eine gemeinsame Spiegelschicht zu verwenden, die als der n-Typ-Kontakt für viele, z. B. alle Fotodioden in einer Anordnung oder Matrix fungiert.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist der Halbleiterspiegel 22 zwischen dem Halbleitersubstrat 21 und der ersten Halbleiterschicht 23 der einzige Spiegel in der Fotodiode 20. Daher ist kein zweiter Spiegel auf oder über der zweiten Halbleiterschicht 25 entlang der ersten Richtung d₁ angeordnet, gemäß der zuvor genannten Ausführungsform.
Die Fotodiode 20 definiert eine aktive Region, welche eine Region sein kann, in welcher Fotoabsorption in einer messbaren Menge resultiert. Die aktive Region der Fotodiode 20 definiert eine Dicke t₂ entlang der ersten Richtung d₁, so dass Lichtabsorption in der aktiven Region proportional ist zu 1 – exp(– t₂α), wobei α ein Parameter ist, der von dem Material und der Energie des einfallenden Lichtes abhängt. Licht, das auf die Fotodiode 20 einfällt kann von dem Halbleiterspiegel 22 reflektiert werden, um reflektiertes Licht zu definieren. Das reflektierte Licht und daher die Reflexion kann durch einen Reflexionskoeffizienten charakterisiert werden, der eine Intensität des reflektierten Lichtes relativ zum Lichteinfall auf den Halbleiterspiegel 22 anzeigt. Aufgrund der Reflexion des einfallenden Lichtes durch den Halbleiterspiegel 22 kann eine Absorption des reflektierten Lichtes in der aktiven Region, während des zweiten Durchgangs des Lichtes durch die aktive Region, proportional sein zu R·(1 – exp(– t₂α))². Entsprechend kann die Lichtabsorption in dem Substrat 21 proportional sein zu (1 – R)·exp(– t₂α).
Daher wird im Vergleich zu der Fotodiode 10 in der Substratschicht 21 der Fotodiode 20 weniger Licht absorbiert und in der aktiven Region der Fotodiode 20 mehr Licht absorbiert, weil das Licht während eines ersten Durchgangs (von dem einfallenden Licht) und dem zweiten Durchgang (von dem reflektierten Licht) absorbiert wird. Daher kann Licht von dem ersten Durchgang und dem zweiten Durchgang zusammengefasst werden, um das gesamte Licht zu definieren, das in der aktiven Region absorbiert wird. Als Beispiel wird, wenn der Reflexionskoeffizient 1 ist, nichts von dem einfallenden Licht in dem Substrat 21 absorbiert und das gesamte Licht wird zurück in die aktive Region reflektiert. Aber, wenn der Koeffizient geringer als 1, beispielsweise 0,9 ist, wird ein erster Bruchteil des einfallenden Lichtes durch das Substrat 21 absorbiert und ein zweiter Bruchteil, der größer ist als der erste Bruchteil, wird zurück in die aktive Region reflektiert. In manchen Fällen absorbiert der Halbleiterspiegel 22 im Wesentlichen kein Licht oder er absorbiert nur einen kleinen, vernachlässigbaren Bruchteil des einfallenden Lichtes, wodurch das meiste des einfallenden Lichtes durch die ersten und zweiten Halbleiterschichten 23 und 25 reflektiert wird, um eine zweite Lichtabsorption in der aktiven Region der Fotodiode 20 zu erlauben und daher wird nur ein kleiner Bruchteil des einfallenden Lichtes übertragen zu, und absorbiert von der Substratschicht 21.
Wie gezeigt ist die Fotodiode 20 Galliumarsenid (GaAs) basierend, was hohe Schaltfrequenzen und Anwendungen mit niedrigem Rauschen ermöglichen kann. Daher wird es verstanden werden, dass die Fotodiode 20 aus anderen Typen von Halbleitermaterialien, wie gewünscht, gebildet werden kann, wie z. B. siliziumbasierende Halbleitermaterialien. Weiterhin ist die Fotodiode 20, wie gezeigt, eine PIN-Typ Fotodiode, welche die intrinsische Schicht 24 beinhaltet. Die intrinsische Schicht 24 kann von einem im Wesentlichen undotierten Halbleitermaterial ausgebildet werden, so dass die Verunreinigungsdichte in der intrinsischen Schicht 24 viel geringer ist, als die in den ersten und zweiten Halbleiterschichten 23 und 25. Die intrinsische Schicht 24 kann schnelleres Schalten erlauben und kann in einer größeren Bandbreite, im Vergleich zu Fotodioden ohne eine intrinsische Schicht, resultieren. Es wird jedoch verstanden werden, dass die Fotodiode 20 ohne intrinsische Schicht konstruiert werden kann.
Noch bezugnehmend auf 2 kann die Fotodiode 20 einen oder mehrere elektrische Kontakte 26 beinhalten, die auf der ersten Halbleiterschicht 23 angeordnet sind. Die Fotodiode 20 kann weiter einen oder mehrere elektrische Kontakte 27 beinhalten, die auf der zweiten Halbleiterschicht 25 angeordnet sein können. Die elektrischen Kontakte 26 und 27 können genutzt werden, um den Fotostrom, der erzeugt wird, abzuführen. Beispielsweise kann die Fotodiode 20 elektrisch an einer elektronischen Schaltung, beispielsweise einem oder mehreren Verstärkern, über die elektrischen Kontakte 26 und 27 verbunden werden. Die elektrischen Kontakte 26 und 27 können, wie gewünscht, aus jedem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein, z. B. Kupfer, Gold oder eine Legierung davon. Die elektrischen Kontakte 26 und 27 können, während des Wachstumsprozesses des jeweiligen Halbleiterkristalls der Fotodiode 20, auf die jeweiligen Halbleiterschichten aufgebracht werden, oder können anschließend, wie gewünscht, auf den Aufwuchs aufgebracht werden, durch Nutzung von jeglicher geeigneten Verbindungstechnik.
Wie gezeigt ist der optische Halbleiterspiegel 22 der Fotodiode 20 ein verteilter Bragg-Reflektor (DBR). Daher wird verstanden werden, dass die Fotodiode 20, wie gewünscht, alternative Spiegel beinhalten kann. Der DBR kann mehrere Schichten entlang der ersten Richtung d₁ definieren, so dass die Schichten sich abwechseln zwischen Schichten, die einen hohen Brechungsindex haben und Schichten, die einen niedrigen Brechungsindex haben, entlang der ersten Richtung. Beispielsweise beinhaltet, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, der DBR sich abwechselnde Schichten von Aluminiumarsenid (AlAs) und Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs). Der DBR kann in der Fotodiode 20 durch einen konventionellen Kristallwachstumsprozess, wie beispielsweise Epitaxie, integriert sein. Die Schichten des Halbleiterspiegels 22, beispielsweise des DBR, können auf dem Substrat 21 gezüchtet werden, vor dem Züchten einer Standardfotodiode oder PIN-Fotodiodenstruktur. Zum Beispiel kann der DBR aus sich abwechselnden Schichten von Aluminiumarsenid (AlAs) und Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) ausgebildet sein. AlAs und AlGaAs haben beinahe gleiche Gitterkonstanten, die es ermöglichen effizient Schichten aufeinander zu züchten. Die Gitterkonstante oder Gitterparameter beziehen sich auf den konstanten Abstand zwischen den Einheitszellen in einem Kristallgitter. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann der Halbleiterspiegel 22 und insbesondere der DBR zwischen 8 und 12 Paare, beispielsweise 10 Paare von AlAs- und AlGaAs-Schichten beinhalten.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform können die Fotodiode 20 und insbesondere der DBR der Fotodiode 20 aus sich abwechselnden Schichten von AlAs und AlGaAs zusammengesetzt sein, so dass die AlGaAs-Schichten ausreichend Al-Inhalt haben, so dass ihre Bandlücke größer ist, als die Energie der Photonen, die einem Wellenlängenbereich zugeordnet ist, für welche die Fotodiode empfindlich ist. Zum Beispiel kann in einigen Fällen der Al-Gehalt der AlGaAs-Schichten größer sein als 10%, beispielsweise zumindest 12%. Ein Al-Gehalt von zumindest 12% kann in einer ausreichenden Bandlücke für eine typische 850 nm Anwendung, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, resultieren.
Der DBR kann zwischen 8 und 12 Paaren von AlAs-/AlGaAs-Schichten umfassen. Es wurde von den Urhebern dieser Offenbarung herausgefunden, dass solch eine Anzahl von Reflektorpaaren ausreichend ist, um eine Reflektivität von 80% bis 90% zu erreichen, was zu den vorteilhaften Effekten, die oben beschrieben sind, führt. Weiterhin erlaubt diese Anzahl von Reflektorpaaren eine relativ dünne DBR-Struktur, die in einem nur geringen Anstieg der Kristallwachstumsdicke und daher in vernachlässigbaren Herstellungskosten resultiert. Zum Beispiel kann der DBR 10 Paare von AlAs- und AlGaAs-Schichten umfassen.
Der optische Halbleiterspiegel 22 kann eine Reflektivität von ungefähr 80% bis ungefähr 90% definieren. Es wurde hierin herausgefunden, dass dieser Bereich von Reflektivität ausreichend sein kann um einen oder mehrere vorteilhafte Effekte der hierin beschriebenen Ausführungsformen zu erhalten. Es wird verstanden werden, dass die Fotodiode 20 und insbesondere der Halbleiterspiegel 22 hergestellt werden kann, um andere Reflektivitäten wie gewünscht zu definieren. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Spiegel 22 und insbesondere der DBR, der sich abwechselnde AlAs- und AlGaAs-Schichten auf einem GaAs-Substrat, näherungsweise 10 Paare von sich abwechselnden Schichten beinhaltet, die auch als Reflektorpaare bezeichnet werden können, eine Reflektivität zwischen 80% und 90% erreichen.
Der Halbleiterspiegel 22 kann dotiert, beispielsweise hochdotiert sein, um die Leitfähigkeit der Fotodiode 20 zu verbessern. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Dotierungskonzentration des Halbleiterspiegels 22 zumindest ungefähr 10¹⁸ cm^–3, um eine benötigte Leitfähigkeit der Fotodiode 20 bereitzustellen. Gemäß der dargestellten Ausführungsform kann der Halbleiterspiegel 22 n-dotiert sein, um freie Elektronen als Ladungsträger zu beinhalten, welche eine größere Mobilität als Elektronenlöcher erreichen können, die durch p-dotierte Halbleiter bereitgestellt werden und daher wird es verstanden werden, dass der Halbleiterspiegel 22 wie gewünscht p-dotiert sein kann, gemäß sich abwechselnder Ausführungsformen. Die Halbleiter können dotiert werden, indem Standarddotierungstechniken sowie z. B. Gasphasenepitaxie, worin ein Gas, dass das negative Dotierungsmittel enthält, über den Substratwafer geleitet wird, verwendet werden. In einem Beispiel, in welchem ein GaAs n-dotiert ist, kann Hydrogensulfid über das Galliumarsenid geleitet werden und Schwefel kann in die Struktur eingearbeitet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Dotierungskonzentration der ersten und zweiten Halbleiterschichten 23 und 25 zwischen ungefähr 10¹⁷ bis 10¹⁸ cm^–3 sein.
In einigen Fällen wird weniger als 10%, beispielsweise weniger als 5%, des einfallenden Lichtes durch das Halbleitersubstrat 21 absorbiert. Daher kann die Fotodiode 20 und insbesondere der optische Halbleiterspiegel 22 eine Fotoabsorption definieren, die weniger als 5% ist, so dass weniger als 5%, beispielsweise ein Bruchteil von 5%, des einfallenden Lichtes entlang der ersten Richtung d₁ in dem Substrat 21 absorbiert wird. Eine solch niedrige Fotoabsorption in dem Substrat 21 kann eine langsame Diffusion von Ladungsträgern in das Substrat 21 verhindern. Weiter kann das Halbleitersubstrat 21 halb isolierend (semi-insulating, si) sein, was parasitäre Kapazitätseffekte mit Kontaktpads der Fotodiode minimieren kann.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen einer Fotodiode, z. B. der Fotodiode 20, die in Anwendungen zur Datenübertragung benutzt werden kann, beinhalten das Bereitstellen des Halbleitersubstrats 21 und Ausbilden der ersten Halbleiterschicht 23, so dass die erste Halbleiterschicht unterstützt wird von, beispielsweise angeordnet ist auf dem Halbleitersubstrat 21. Das Verfahren kann weiter das Anordnen der zweiten Halbleiterschicht 25 beinhalten, so dass die zweite Halbleiterschicht 25 unterstützt wird von, beispielsweise angeordnet ist auf der ersten Halbleiterschicht 23. Das Verfahren kann weiter das Anordnen des optischen Halbleiterspiegels 22 zwischen dem Halbleitersubstrat 21 und der ersten Halbleiterschicht 23 beinhalten, so dass, wenn einfallendes Licht die zweite Halbleiterschicht 25 und die erste Halbleiterschicht 23 entlang der ersten Richtung d₁ durchquert, das einfallende Licht von dem optischen Halbleiterspiegel 22 so reflektiert wird, dass das Licht die erste Halbleiterschicht 23 ein zweites Mal durchquert. Das Verfahren zum Herstellen der Fotodiode 20 kann auf Epitaxie basieren. Zum Beispiel kann eine kristalline Deckschicht auf einem kristallinen Substrat (z. B. GaAs) angeordnet sein, so dass zwischen der Deckschicht und dem Substrat eine Registrierung (registry) stattfindet. Ein verteilter Bragg-Reflektor (DBR) kann auf dem Substrat gezüchtet werden, um den Halbleiterspiegel 22 auszubilden, beispielsweise durch Züchten sich abwechselnder Schichten von AlAs und AlGaAs. Anschließend kann eine Standardfotodioden- oder PIN-Fotodiodenstruktur auf dem DBR gezüchtet werden. Das Verfahren kann den Schritt der Dotierung (z. B. n-Dotierung) des Halbleiterspiegels 22 beinhalten, indem Dotierungstechniken wie beispielsweise Gasphasenepitaxie verwendet werden.
Die erste Halbleiterschicht 23 kann während eines Kristallwachstums direkt auf dem Halbleiterspiegel 22 gezüchtet werden. Weiter kann die zweite Halbleiterschicht 25 während eines Kristallwachstums direkt auf der ersten Halbleiterschicht 23 gezüchtet werden. Weiter kann die gesamte Fotodiode 20, gemäß einer Ausführungsform, in einem einzigen Prozess gezüchtet werden. Noch weiter kann die gesamte Fotodiode 20 in einen einzigen Epitaxieprozess gezüchtet werden. Daher können jegliche zusätzliche Kosten zum Integrieren des Halbleiterspiegels 22 in die Fotodiode 20 minimal sein.
Das Verfahren zum Herstellen der Fotodiode 20 kann weiter das Anordnen der intrinsischen Schicht 24 zwischen der ersten Halbleiterschicht 23 und der zweiten Halbleiterschicht 25 beinhalten. Die intrinsische Schicht 24 kann von einem im Wesentlichen undotierten Halbleiter ausgebildet werden, so dass der im Wesentlichen undotierte Halbleiter eine Verunreinigungsdichte definiert, die niedriger ist, als die Verunreinigungsdichten, die den ersten und zweiten Halbleiterschichten 23 und 25 zugeordnet sind.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren weiter den Schritt des Ausbildens des Halbleiterspiegels 22 als ein verteilter Bragg-Reflektor (DBR). Der DBR, welcher sich aus sich abwechselnden Schichten mit hohen und niedrigen Brechungsindices zusammensetzen kann, kann durch einen konventionellen Kristallwachstumsprozess wie Epitaxie in die Fotodiode 20 integriert werden. In einigen Fällen können die Schichten des DBR vor dem Wachstum einer Standardfotodioden- oder PIN-Fotodiodenstruktur auf dem Substrat gezüchtet werden. Das Verfahren kann weiter das Züchten des Halbleiterspiegels 22 während des Kristallwachstums auf dem Halbleitersubstrat 21 beinhalten. Kristallwachstum wie z. B. Epitaxie kann die Einarbeitung des Halbleiterspiegels 22 in die Fotodiode erlauben. Der Spiegel 22 kann während eines konventionellen Fotodiodenwachstumsprozesses auf dem Substrat 21 gezüchtet werden. In einer Ausführungsform kann das Verfahren weiter eine n-Dotierung des Halbleiterspiegels 22 beinhalten.
3 und 4 zeigen Messergebnisse, die durch Benutzung eines Aufbaus, der Fotodioden nach Stand der Technik beinhaltet, erhalten wurden, um einen beispielhaften Nachteil darzustellen, der durch verschiedene Ausführungsformen der Fotodiode 20 überwunden werden kann. In dem Beispiel wird eine Fotodiode nach Stand der Technik durch gepulstes Licht belichtet, das von einem vertikalen Hohlraum-Oberflächen-Emittierenden-Laser (vertical cavity surface emitting laser, VCSEL) emittiert wird. 3 basiert auf Daten, die der Publikation Westburgh et. al., IEEE Photonics Technology Letters, vol. 25 n. 8, 2013 entnommen sind. In 3 ist die Modulationsantwort der Fotodiode (in dB) gegen die Modulationsfrequenz (in GHz) des einfallenden Lichtes bei verschiedenen Betriebsströmen (in mA) der Laserdiode aufgetragen. Die Modulationsantwort zeigt eine unerwartete „Erhebung” bei niedrigen Frequenzen zwischen 0 GHz und näherungsweise 2 GHz, bevor das erwartete Frequenzverhalten der Laserdiode beobachtet wird. Es wird hierin erkannt, dass dieses niederfrequente („DC”)-Verhalten nicht von der Frequenzcharakteristik der Laserdiode verursacht wurde, sondern auf der benutzten Fotodiode basiert und weiter durch „slow-tail” Effekte aufgrund der Erzeugung von Ladungsträgern und Diffusion in das Substrat erklärt werden kann.
4 zeigt eine ähnliche Messung mit einer unterschiedlichen Fotodiode und unterschiedlichen Strompegeln, im Vergleich zu 3. Aufgrund der logarithmischen Frequenzskala kann das Verhalten im niedrigen Frequenzbereich zwischen 0 GHz und näherungsweise 2 GHz gut als ein Anstieg der Modulationsantwort mit niedrigeren Frequenzen (DC) gesehen werden. Wieder wird hierin erkannt, dass dieses Verhalten durch die Fotodiode und nicht durch den VCSEL, der gemäß eines beispielhaften Szenarios benutzt wurde, verursacht werden kann.
Wie in den 3 und 4 dargestellt, kann es eine Diskrepanz zwischen den DC- und HF-Modulationsantworten geben, die den Fotodioden nach Stand der Technik zugeordnet sind. Dies kann die Empfängerempfindlichkeit, aufgrund von Sättigung der Empfängerschaltung (künstliches, niedriges Extinktionsverhältnis) oder aufgrund von Verstärkeranpassungen, basierend auf einer mittleren empfangenen Intensität (effektive optische Modulationsabschwächung), reduzieren. Beispielsweise kann das oben beschriebene Verhalten der Fotodioden in Anwendungen zur Datenübertragung, die lange Kodierschemata (z. B. 64b/66b) oder unkodierte Daten benutzen, problematisch sein und kann in einer Schließung des vertikalen Auges resultieren.
Die beispielhaften Probleme, die oben beschrieben sind, tauchen nicht auf, wenn Fotodioden, beispielsweise die Fotodiode 20, gemäß verschiedener Ausführungsformen, benutzt werden, zumindest weil im Wesentlichen keine Absorption vorhanden ist und eine langsame Diffusion von langsamen Ladungsträgern in das Substrat 21 vorhanden ist. Weiterhin ist die HF-Empfindlichkeit erhöht, weil das Licht „wiederverwertet” wird, was eine erhöhte Absorption während des zweiten Durchgangs durch die aktive Region der Fotodiode 20 ermöglicht.
5 stellt die oben beschriebenen Charakteristika einer Fotodiode dar, beispielsweise der Fotodiode 20, die gemäß einer beispielhaften Ausführungsform konstruiert ist, im Vergleich zu Charakteristika einer Fotodiode nach Stand der Technik, beispielsweise der Fotodiode 10. Aufgrund der reflektierenden der Fotodiode 20 kann die Fotodiode 20 auch als Doppeldurchgang-Fotodiode 20, wie gezeigt, bezeichnet werden. Bezugnehmend auf 5 ist ein simulierter Fotostrom (in dB) gegen eine Modulationsfrequenz (in Hz) aufgetragen. Gemäß des dargestellten Beispiels übertrifft die Fotodiode 20 die Fotodiode 10, nach Stand der Technik, bei mehr als ungefähr 5 × 10⁷ Hz und insbesondere in dem Frequenzbereich, welches grundsätzlich als der Hochfrequenzbereich bezeichnet werden kann.
6 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Absorption α (in 10³ cm^–1) gegen die einfallende Photonenergie hν (in eV) bei unterschiedlichen Temperaturen (in K) der Fotodiode 20, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Bezugnehmend auf 6 kann die Fotodiode 20 ein exzellentes Wellenlängen- und Temperaturverhalten bereitstellen, insbesondere bei Wellenlängen jenseits normaler Industriespezifikationen, z. B. 865 nm (entsprechend näherungsweise 1,43 eV). Auch ist dort in diesem Bereich im Wesentlichen keine Wellenlängenabhängigkeit der Empfindlichkeit vorhanden, wenn die Fotodiode 20 gemäß der dargestellten Ausführungsform benutzt wird, während der Absorptionskoeffizient variieren kann in einem beispielhaften industriellen Bereich von 840 nm bis 860 nm (entsprechend näherungsweise 1,476 eV bis 1,4417 eV) von 15% bis 20%.
Zum Beispiel stellt die Tabelle in 7, bei Anwendungen der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung, einen Vergleich von Fotodioden nach Stand der Technik, beispielsweise der Fotodiode (PD) 10 gegenüber Fotodioden, gemäß verschiedener Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, beispielsweise der Fotodiode 20, die bei verschiedenen Datenraten (z. B. 14, 25 und 40 Gb/s) betrieben werden kann, zur Verfügung. Wie in 7 gezeigt, stellen die Fotodioden gemäß der verschiedenen Ausführungsformen (gezeigt in den Spalten 75 und 76) eine höhere Absorption in der aktiven Region der Fotodiode bereit, im Vergleich zu Fotodioden nach Stand der Technik (gezeigt in den Spalten 72, 73 und 74). Gleichzeitig kann die Absorption in dem Substrat bis zu einem kleinen Bruchteil, beispielsweise einem Bruchteil zwischen 3% und 4,3%, verringert werden.
Weiter bezugnehmend auf 7 und insbesondere auf die vierte Spalte 74 der 7 sind Charakteristika einer optimierten Fotodiode nach Stand der Technik gezeigt. Die optimierte Fotodiode wurde so gestaltet, um eine höhere intrinsische Bandbreite auf Kosten von niedriger Empfindlichkeit bereitzustellen, aber sie hat eine konventionelle Struktur (dieselbe Struktur wie die der Fotodiode in der dritten Spalte), beispielsweise eine Struktur wie die Fotodiode 10. Die Parameter in der fünften Spalte 75 sind Parameter einer Fotodiode gemäß einer Ausführungsform, aber sind auch basierend auf der Struktur der Fotodiode in der vierten Spalte. Insbesondere hat die Fotodiode, die in der fünften Spalte 75 gezeigt ist, dieselbe Tiefe des Absorptionsbereichs und dieselbe intrinsische Bandbreite wie die Vorrichtung nach Stand der Technik, die in der vierten Spalte 74 dargestellt ist, aber die Fotodiode, die in der fünften Spalte 75 dargestellt ist, beinhaltet den optischen Halbleiterspiegel 22. Daher zeigt die Fotodiode, gemäß der Ausführungsform, eine verbesserte Empfindlichkeit (nicht in der Tabelle gezeigt) im Vergleich zu der Fotodiode nach Stand der Technik, was in den Effekten des Halbleiterspiegels 22, wie oben beschrieben, begründet sein kann.
Die Fotodioden, beispielsweise die Fotodiode 20, gemäß dieser Offenbarung, kann mehrere Vorteile gegenüber Fotodioden nach Stand der Technik, beispielsweise der Fotodiode 10, bereitstellen. Zum Beispiel kann, aufgrund der Anordnung des Halbleiterspiegels 22 zwischen dem Halbleitersubstrat 21 und der ersten Halbleiterschicht 23, im Wesentlichen keine Fotoabsorption in dem Substrat 21 der Fotodiode 20 auftreten. Die Foto-Erzeugung von Ladungsträgern in dem Substrat 21 kann vermieden oder zumindest reduziert werden. In konventionellen Fotodioden können solche Ladungsträger andererseits langsam in das Substrat diffundieren, zu dem Hintergrundrauschen beitragen und die Antwortzeit und Bandbreite der Fotodiode reduzieren. In Fotodioden, die hierin beschrieben sind, können solch langsame Substratströme vermieden oder zumindest reduziert werden.
Wenn die Fotodiode 20 in einer Anwendung zur Datenübertragung, wie einem optischen Empfänger, verwendet wird, kann die Fotodiode die Leistung des optischen Empfängers verbessern, indem die Empfindlichkeit für niedrige Frequenz (DC) und hohe Frequenz (HF) gleich oder zumindest ähnlich zueinander ausgestaltet wird. Dieser Vorteil wird ausführlicher oben beschrieben.
Ein anderer vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Erhöhung der Empfindlichkeit der hierin beschriebenen Fotodioden, beispielsweise der Fotodiode 20, aufgrund des zweiten Durchgangs des reflektierten Lichtes durch die aktive (fotoabsorbierende) Region. Daher trägt Licht, das andernfalls in dem Substrat verloren wäre, zu der Fotoerzeugung von schnellen Ladungsträgern in dem p-n-Übergang der Fotodiode bei und erhöht dadurch die Effizienz der Fotodiode.
Ein weiterer Vorteil der Fotodiode 20 ist eine Verbesserung der Wellenlängenempfindlichkeit. Anders als ein RCE Fotodetektor ist die Fotodiode 20 in einem relativ breiten Wellenlängenbereich empfindlich. Zum Beispiel erfordert der Halbleiterspiegel 22 zwischen dem Substrat 21 und der ersten Halbleiterschicht 23 nicht eine solche scharfe Wellenlängenselektivität, wie es der resonante Hohlraum eines RCE Fotodetektors erfordert.
Die Ausführungsformen, die in Verbindung mit den dargestellten Ausführungsformen beschrieben wurden, wurden zur Veranschaulichung präsentiert und daher ist die vorliegende Erfindung nicht beabsichtigt auf die offenbarten Ausführungsformen begrenzt zu sein. Weiterhin können, sofern nicht anders angedeutet, die Struktur und Merkmale der jeweiligen Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, auf andere Ausführungsformen, die hierin beschrieben sind, angewendet werden. Dementsprechend ist es für die Erfindung vorgesehen, alle Modifikationen und alternativen Anordnungen, die in dem Geist und Umfang der Erfindung beinhaltet sind, zu umfassen, z. B. gemäß der angefügten Ansprüche.

Claims

Eine Fotodiode umfassend: ein Halbleitersubstrat; eine erste Halbleiterschicht, die unterstützt wird von dem Halbleitersubstrat; eine zweite Halbleiterschicht, die unterstützt wird von der ersten Halbleiterschicht; und einen optischen Halbleiterspiegel, der zwischen dem Halbleitersubstrat und der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist, so dass wenn einfallendes Licht die zweite Halbleiterschicht und die erste Halbleiterschicht entlang einer ersten Richtung ein erstes Mal durchläuft, das einfallende Licht von dem optischen Halbleiterspiegel reflektiert wird, so dass das Licht die erste Halbleiterschicht ein zweites Mal durchläuft.
Die Fotodiode gemäß Anspruch 1, wobei der optische Halbleiterspiegel ein verteilter Bragg-Reflektor (distributed Bragg reflector – DBR) ist.
Die Fotodiode gemäß Anspruch 2, wobei der DBR sich abwechselnde Schichten von Aluminiumarsenid (AlAs) und Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) beinhaltet.
Die Fotodiode gemäß Anspruch 3, wobei der DBR zwischen 8 und 12 Paare von AlAs und AlGaAs-Schichten beinhaltet.
Die Fotodiode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Halbleiterspiegel während eines Kristallwachstums unmittelbar auf dem Halbleitersubstrat gezüchtet wird.
Die Fotodiode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Halbleiterspiegel eine reflektierende von ungefähr 80% bis ungefähr 90% definiert.
Die Fotodiode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der optische Halbleiterspiegel n-dotiert ist.
Die Fotodiode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleitersubstrat eine Fotoabsorption definiert, die weniger als 5% ist.
Die Fotodiode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine intrinsische Schicht, die so zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist, dass die Fotodiode ein PIN Fotodiode ist.
Die Fotodiode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Fotodiode eine Galliumarsenid (GaAs) basierende Fotodiode ist.
Die Fotodiode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Halbleiterschicht während eines Kristallwachstums unmittelbar auf dem Halbleiterspiegel gezüchtet wird.
Die Fotodiode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Halbleiterschicht während eines Kristallwachstums unmittelbar auf der ersten Halbleiterschicht gezüchtet wird.
Ein Verfahren zum Herstellen einer Fotodiode, das Verfahren umfassend die Schritte: Vorsehen eines Halbleitersubstrats; Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht, so dass die erste Halbleiterschicht von dem Halbleitersubstrat unterstützt wird; Ausbilden einer zweiten Halbleiterschicht; Anordnen der zweiten Halbleiterschicht, so dass die zweite Halbleiterschicht von der ersten Halbleiterschicht unterstützt wird; und Anordnen eines optischen Halbleiterspiegels zwischen dem Halbleitersubstrat und der ersten Halbleiterschicht, so dass wenn einfallendes Licht die zweite Halbleiterschicht und die erste Halbleiterschicht entlang einer ersten Richtung ein erstes Mal durchläuft, das einfallende Licht von dem optischen Halbleiterspiegel reflektiert wird, so dass es die erste Halbleiterschicht ein zweites Mal durchläuft.
Das Verfahren gemäß Anspruch 13, das Verfahren weiter aufweisend den Schritt des Ausbildens des Halbleiterspiegels, wobei das Ausbilden des Halbleiterspiegels das Ausbilden eines verteilten Bragg-Reflektors (DBR) umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei das Ausbilden des DBR das Ausbilden von sich abwechselnden Schichten von Aluminiumarsenid (AlAs) und Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Verfahren den Schritt des Züchtens des optischen Halbleiterspiegels auf dem Halbleitersubstrat während eines Kristallwachstums umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das Verfahren weiter den Schritt des Dotierens des optischen Halbleiterspiegels umfasst, so dass der optische Halbleiterspiegel n-dotiert ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei das Verfahren weiter den Schritt des Anordnens einer intrinsischen Schicht zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei das Verfahren weiter den Schritt des Züchtens der ersten Halbleiterschicht unmittelbar auf dem Halbleiterspiegel während eines Kristallwachstums umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das Verfahren weiter den Schritt des Züchtens der zweiten Halbleiterschicht unmittelbar auf der ersten Halbleiterschicht während eines Kristallwachstums umfasst.