DE19515369A1 - Spektralselektive Photodiode mit diffraktiven Strukturen - Google Patents

Spektralselektive Photodiode mit diffraktiven Strukturen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der optischen Strahlungsmeßtechnik insbesondere im sichtbaren und angrenzenden Bereich. Sie umfaßt alle Anwendungen in der Analyse- und Meß­ technik, in denen elektromagnetische Strahlung, insbesondere sichtbares Licht, innerhalb eines de­ finierten Spektralbereichs gemessen und/oder auf ihre spektrale Zusammensetzung untersucht wird. Bislang hinlänglich bekannte Verfahren zur spektralselektiven Beobachtung elektromagnetischer Strahlung mit Hilfe einer Photodiode beruhen im allgemeinen darauf, daß im Strahlengang zwischen der zu beobachtenden Strahlungsquelle und der Photodiode geeignete Bandpaßfilterelemente anordnet sind. Diese können sowohl extern oder auch unmittelbar auf der Halbleiteroberfläche der Photodiode angebracht sein und beispielsweise durch Interferenzschichten realisiert sein /Literatur/.
Eine andere allgemein bekannte Anordnung zur spektralselektiven Beobachtung elektro­ magnetischer Strahlung besteht im wesentlichen aus einer oder mehreren Photodioden, die bereits monochromatische Strahlung empfangen, welche durch externe Elemente wie Beugungsgitter, Prismen, Verlaufsinterferenzfilter räumlich separiert wurde /Literatur/.
Anordnungen zur Spektralanalyse auf der Basis mehrerer integrierter Photodioden mit jeweils verschiedenen, auf die Halbleiteroberfläche direkt aufgebrachten Bandpaß-und/oder Kantenfiltern sind ebenfalls hinlänglich bekannt /Literatur: Verlaufsmatrix auf HL-OF/.
Sie bedürfen zu ihrer Herstellung einer aufwendigen Hybridtechnik, um genannte Filter auf die Oberfläche aufzubringen bzw. um die Filterparameter lateral zu variieren.
Die genannten Anordnungen nach dem Stand der Technik haben den Nachteil, daß Photodioden und externe dispersive und/oder modulierende optische Elemente mechanisch montiert und justiert werden müssen, bzw. daß variierte oder verlaufende Bandpaß- und/oder Kantenfilter zur Aufbringung auf eine gemeinsame Halbleiteroberfläche aufwendiger Hybridtechniken bedürfen. Es war daher Aufgabe der Erfindung, die Schwierigkeiten und Nachteile, die sich im Stand der Technik zeigen, zu beseitigen und eine ausschließlich mittels Standardtechnologien der Mikroelektronik herstellbare spektralselektive Photodiode anzugeben.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen genannten Verfahren und Anordnungen. Bevorzugte Ausführungsformen und Variationen werden durch die Unteransprüche angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet vor allem, monolithische, durch alleinige Verwendung von einheitlichen Standardtechnologien preiswert herzustellende Halbleiterbauelemente zur Spektralanalyse zu benutzen. Grundsätzlich besteht keine Notwendigkeit zur Kalibration und/oder Justage im Anschluß an die Bauelementfertigung. Zudem besteht in einigen Ausführungsformen die Möglichkeit, durch einfache Variation äußerer elektronischer Parameter den zu beobachtbaren Spektralbereich an die konkreten Erfordernisse des jeweiligen Einsatzfalles anzupassen.
Aufbau und Wirkungsweise der F-Diode sollen nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungs­ beispielen erläutert werden.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 Schichtaufbau einer Photodiode mit Beugungsstruktur und einer Raumladungszone;
Fig. 2 Beugungsstrukturen der Photodiodenoberfläche;
Fig. 3 Schichtaufbau einer Photodiode mit Schichtfolge Antireflexionsschicht/Beugungs­ strukturen/Isolatorschicht/Halbleiterschicht 1/Halbleiterschicht 2 mit mehreren Raum­ ladungszonen.
Fig. 4 Wellenlängen-Tiefen-Diagramm der Ladungsträgergeneration
Fig. 1 zeigt die schematische Anordnung einer Photodiode (10), bestehend aus einem Halbleiter (3) mit einem solchen Dotierungsprofil, daß in einer definierten Tiefe unter der Oberfläche (1) sich eine Raumladungszone (4) ausbildet. Direkt auf der Oberfläche (1) befinden sich diffraktive Strukturen (2) (Beugungsstrukturen), die ein Amplitudengitter bilden. Weiterhin besitzt die Photodiode (10) mit der Raumladungszone (4) elektrisch verbundene Kontakte (9). In einer bevorzugten Ausführung besteht die Photodiode (10) aus einem p⁺-Si-Substrat mit der Dotierung von ca. 10¹⁹/cm³ und einer epitaktisch aufgewachsenen ca. T=450 nm dicken n⁻-Si-Schicht mit der Dotierung von etwa 10¹⁵/cm³. Diese Epitaxieschicht besitzt eine zusätzliche n⁺-Dotierung mit etwa 10²⁰/cm³ vollständig bis zur Substratobergrenze, ausgenommen ein Gebiet mit ca. 500 nm Durchmesser. Die laterale Ausbildung der Beugungsstruktur (2) wird in Fig. 2a in der Draufsicht gezeigt. Die Beugungsstrukturen (2) werden aus dem Leitbahnmaterial Aluminium realisiert; die Gitterabstände der ca. 10 konzentrischen Gitterringe liegen in der Größenordnung um 200 nm. Die Gitterringabstände ri von einer Symmetrieachse berechnen sich zu ri²=(i*λ/nsi+T)²-T2.; z. B. mit einer vorgegebenen zu beobachtenden Wellenlänge λ=700 nm. Eine zusätzliche radiale Verbindung dieser Gitterstrukturen dient zur Kontaktierung.
Anordnung und Verfahren arbeiten auf folgende Weise:
Durch den p⁺/n⁻-Übergang bildet sich in 450 nm Tiefe von der Oberfläche (1) entfernt eine 500 nm breite Raumladungszone (4) aus, welche sich vornehmlich in das n⁻-Gebiet ausdehnt. Eine auf die Oberfläche (1) lotrecht einfallende parallele Strahlung wird an den konzentrischen Beugungs­ strukturen (2) derart gebeugt, daß sich im Halbleitervolumen (3) eine von Ort und Wellenlänge abhängige Intensitätsverteilung ausprägt. Aufgrund der definiert gestalteten Beugungsgitter­ geometrie bildet sich in der Tiefe von T=450 nm auf der Symmetrieachse ein Intensitätsmaximum (Brennpunkt) für Strahlung der Wellenlänge λ=700 nm aus; und somit auch ein Maximum der Absorption und Ladungsträgergeneration für die betreffende Wellenlänge. Eine an diesem Ort befindliche Raumladungszone (4) separiert die ihn ihrem Einflußbereich generierten Ladungsträger durch ihr elektrisches Feld und führt diese dem äußeren Abgriff (9) zu. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß für Strahlung kürzerer Wellenlänge sich das entsprechende Intensitäts- und Ladungsträger­ generations-Maximum in größeren Tiefen T von der Oberfläche - außerhalb dieser Raumladungs­ zone - ausbildet; für größere Wellenlängen liegt dieser Ort in geringeren Tiefen. Somit wird eine wellenlängenselektive Beobachtung von Strahlung gestattet.
In einer weiteren Ausführungsform nach Fig. 1 wird die Größe der Raumladungszone (4) durch eine über die äußeren Kontakte (9) angelegte Spannung beeinflußt. In mehreren Spannungs­ schritten U kann somit die Obergrenze der Raumladungszone (4) in den Tiefen t(U) variiert werden. Die Strahlungsanteile mit den größeren Wellenlängen λ(U), deren räumliche Beugungs­ intensitätsmaxima je nach Spannung ebenfalls durch die Raumladungszone (4) überstrichen werden, liefern einen zusätzlichen Beitrag ΔI(U) zum Photostrom I(U). Die Differenz von Photoströmen ΔIλ=I(Uλ+ΔU)-I(Uλ) ergibt dann den anteiligen Photostrom der zur Spannung Uλ zugehörigen Wellenlänge λ. Gleichzeitig ist diese Photostromdifferenz weitgehend von Offset­ größen bereinigt.
Es ist vorteilhaft, Kontrollgrößen zur definierten Steuerung dieser Spannung U zu gewinnen, um eine eindeutige Zuordnung von Spannung und beobachtbarer Wellenlänge zu gewährleisten, unabhängig von äußeren Störeinflüssen. Die Photodiode (10) kann zusätzlich mit - eventuell gepulster - Strahlung mindestens einer definierten bekannten Wellenlänge beaufschlagt werden, um nachträglich Spannung U und Wellenlänge λ zuordnen zu können und/oder Triggersignale zur Spannungskorrektur zu gewinnen. Außerdem können somit Vergleichsgrößen für einen Intensitätsbezug der zu beobachtenden Strahlung ermittelt werden. Eine weitere Kontrollmöglich­ keit liegt in der Gewinnung von Informationen über die Kapazität der Raumladungszone (4) und somit über deren räumliche Ausdehnung, indem der Spannung U über der Rauinladungszone (4) eine Kleinsignal Wechselspannung überlagert und der entsprechende Wechselstromanteil ausge­ wertet wird.
In Fig. 2 sind mehrere bevorzugte difftaktive Strukturen (2) dargestellt. Die ringförmigen Strukturen in Fig. 2a besitzen derartige radial abhängige Gitterabstände, daß, wie oben beschrieben, zumindest für eine bestimmte Wellenlänge ein in einer definierten Tiefe im Halbleiter gelegener Brennpunkt der betreffenden Strahlung entsteht. Die Gitterabstände sind zudem von der Art der Kollimation - ebene Wellen oder Kugelwellen - sowie vom Einfallswinkel der auftreffen­ den Strahlung abhängig. Zusätzlich können die ringförmigen Strukturen elektrisch leitend mitein­ ander verbunden sein, um ebenfalls die Funktion einer Kontaktierung zu übernehmen. Fig. 2b zeigt eine entsprechende diffraktive Struktur, welche anstatt eines Brennpunkts eine in definierter Tiefe gelegene Brennlinie im Halbleiter für die jeweiligen Wellenlängen erzeugt. Eine laterale Kombination mehrer ähnlich gearteter Beugungsstrukturen zeigt Fig. 2c. Insbesondere sind hier die Gitterabstände solcherart ausgebildet, daß sich in einer bestimmten gemeinsamen Tiefe im Halbleiter lateral nebeneinander Brennpunkte verschiedener Wellenlängen ausbilden. Selbstver­ ständlich können, wie in Fig. 2d für 4 linear angeordnete Zellen dargestellt, sich derartige Strukturen lateral - insbesondere zeilen- oder matrixförmig - wiederholen, um mit einer so erhaltenen gemeinsamen Beugungsstruktur eine bildlich aufgelöste spektrale Beobachtung mit einem monolithischen Bauelement zu realisieren.
Die Beugungsstrukturen (2) sind vorzugsweise lateral, d. h. auf ebener Bauelement-Oberfläche (1) angeordnet und sind nicht aus dieser Ebene heraus in die dritte Dimension gekrümmt. Sie können vollständig mit Standard-Technologien der Mikroelektronik im üblichen Herstellungsprozeß der Photodiode - vorzugsweise holographisch - erzeugt werden, sofern die geforderten Strukturbreiten in der Größenordnung um 200 nm beherrscht werden können.
Bevorzugte Ausführungsformen dieser Strukturen sind: Phasen- und Amplitudengitter, welche durch Ätzen von Gräben in die Substratoberfläche oder in auf ihr angeordnete weitere Halbleiter­ schichten hergestellt werden; Phasengitter durch auf die Halbleiteroberfläche aufgebrachte transparente dielektrische Strukturen; Phasengitter durch strukturell an der Substratoberfläche in das Substrat hinein oxidierten Halbleiter; Amplitudengitter aus absorbierendem Leitbahnmaterial (z. B. Aluminium) oder aus absorbierendem Photoresist. Weiterhin sind auch Kombinationen genannter Ausführungsformen möglich. Die Ausführungsform dieser Strukturen (2) sowie deren Profil z. B. Sinus- oder Kastenprofil - bestimmt wellenlängenabhängig die den jeweiligen Beugungsordnungen zugeordneten Intensitätsanteile ("Gittereffizienz"). Ein direkt auf die diffraktiven Strukturen aufgebrachtes dielektrisches Antireflexions-Schichtsystem (15), welches auch aus einer Einzelschicht bestehen kann, erhöht die Quantenausbeute dieser Photodiode, eventuell auch nur selektiv für ausgewählte Spektralbereiche.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung einer Photodiode (11), bestehend aus einer zusammengehörigen Gruppe von Elementarphotodioden (12; 13) mit jeweils einer separat kontaktierbaren Raumladungs­ zone (41; 42). Auf einem p⁺-Si-Substrat (5) mit der Dotierung von etwa 10¹⁹/cm³ ist eine aufgewachsene ca. 200 nm dicke n⁻-Poly-Si-Schicht (6) mit etwa 10¹⁵/cm³ Dotierung und eine zweite aufgewachsene n⁻-a-Si:H-Schicht (7) der gleichen Dotierung und Dicke angeordnet. Zur Erzeugung von Raumladungszonen (41; 42) sind außerhalb von Gebieten mit ca. 500 nm Durch­ messer diese Schichten (6; 7) zusätzlich mit etwa 10²⁰/cm³ n⁺-dotiert. Die verbleibenden n⁻- Gebiete sind durch einen in diese Schichten (6, 7) gemeinsam eingebrachten SiO2 Struktur (14) elektrisch voneinander isoliert, die elektrische Verbindung zu diesen Gebieten wird durch zuge­ hörige Kontakte (9) in angrenzenden n⁺-Gebieten hergestellt. Es schließt sich außerhalb der Kontaktierungen (9) eine SiO2 Schicht (8) von ca. 800 nm Dicke an, auf deren Oberflache (1) die Beugungsstrukturen (2) entsprechend Fig. 2c, beispielsweise aus Photoresist, aufgebracht sind. Diese Strukturen (2) seien derart bemessen, daß die jeweiligen Symmetriezentren der Substruk­ turen über den n-Gebieten liegen. Für die erste Raumladungszone (41) liegt der Brennpunkt der ersten Beugungssubstruktur für Strahlung einer kleinen Wellenlänge, z. B. λ=400 nm, im ent­ sprechenden n⁻-Gebiet der a-Si:H-Schicht (7); für die zweite Raumladungszone (42) liegt der Brennpunkt der zweiten Beugungssubstruktur für Strahlung einer größeren Wellenlänge, z. B. λ=800 nm, im n⁻-Gebiet der Poly-Si-Schicht (6). Die Wirkungsweise dieses Aufbaus besteht darin, daß die SiO2-Schicht (8) eine große Fokal-Länge - zwischen Beugungsstruktur (2) und Brennpunk­ ten - erlaubt, ohne daß Strahlung in dieser Schicht (8) absorbiert wird. Analog zu obigem ersten Ausführungsbeispiel entstehen separat spannungssteuerbare Raumladungszonen (41; 42) an den p/n⁻-Übergängen. Die erste Raumladungszone (41) reicht aufgrund einer angelegten definierten Spannung bis in die a-Si:H-Schicht (7) und empfangt insbesondere die kurzwellige Strahlung. Die zweite Raumladungszone (42) erstreckt sich spannungsgesteuert nur innerhalb der Poly-Si-Schicht (6) und empfängt dort insbesondere langwellige Strahlung. Die spektralen Empfindlichkeiten dieser Elementarphotodioden (12; 13) lassen sich zudem durch unterschiedliche Spannungen variieren. Die besondere Funktion der Schichtfolge (6; 7) besteht in einer zusätzlichen abschirmenden Wirkung der a-Si:H-Schicht (7) für kurzwellige Strahlung mit Photonenenergien größer als 1.7 eV, währenddessen langwellige Strahlung - mit Photonenenergien kleiner als 1.7 eV - in der ersten Schicht (7) verhältnismäßig besonders gering absorbiert wird und somit für die Detektion in tiefer­ gelegenen Brennpunkten in der Poly-Si-Schicht (6) zur Verfügung steht, sofern die Photonen­ energie größer als 1.1 eV beträgt. Zusätzlich erlaubt die Anordnung der SiO2-Schicht (8) Beugungsstrukturen mit Gitterabständen in der Größenordnung von 500 nm.
In einer vereinfachten Ausführung ist die SiO2-Schicht (8) direkt auf dem Substrat (3) angeordnet; die Raumladungszonen (4; 41; 42) bilden sich in gleicher Tiefe aus - nahe der Substratoberfläche -, erzeugt durch die im ersten Ausführungsbeispiel angegebenen Dotierungsprofile.
Die Beobachtung von Strahlung in mehreren Spektralbereichen kann - wie genannt - beispielsweise erfolgen durch eine Photodiode (11), welche aus mehreren Elementarphotodioden (12; 13) besteht; mit gleichartigen separat auswertbaren Raumladungszonen (41; 42), die in gleicher Tiefe T aus­ geprägt sind, sowie Beugungsstrukturen (2) nach Fig. 2c. Jede Raumladungszone (41; 42) detek­ tiert somit Strahlung einer durch die jeweilige zugeordnete Beugungssubstruktur bestimmten Wellenlänge.
Eine weitere Möglichkeit besteht in einer Kombination von Elementarphotodioden (12; 13), deren jeweilige Beugungsstrukturen (2) derart konzipiert sind, daß sich die jeweilig beobachtbaren Spektralbereiche einander ergänzen, wobei jede Elementarphotodiode (12; 13) eine spannungs­ gesteuerte Raumladungszone (41; 42) zur sukzessiven Erfassung der Strahlung in mehreren wellen­ längenabhängigen Brennpunkten aufweist.
Es können die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Verfahren und Anordnungen selbst­ verständlich weiter sinngemäß variiert und kombiniert werden.
Die Raumladungszonen (4; 41; 42) müssen sich nicht notwendigerweise zur Detektion einer spektralen Strahlungsverteilung S(λ) über die Brennpunkte der gebeugten Strahlung sämtlicher zu beobachtender Wellenlangen λm erstrecken. D.h. im allgemeinsten Fall erhält man für die Raumladungszonen RLZ₁ . . . RLZn einer Photodiodenkombination (12, 13), die durch die k Spannungskombinationen (U1, U2, . . . , Un)k gesteuert werden, mehrere definierte spektrale Empfindlichkeiten E₁₁(λ) . . . Enk(λ), anhand derer mittels inverser Integraltransformation aus den gemessenen integralen Photoströmen Ink die Spektralverteilung S(λ) der zu beobachtenden Strahlung, zumindest aber weitere davon abgeleitete Großen, wie z. B. Farbmaßzahlen yj, ermittelt werden können. Insbesondere kann die analytische Lösung des Integralgleichungssystems ∫Enk(λ)S(λ)dλ=Ink; yj∫Yj(λ)S(λ)dλ näherungsweise numerisch durch den algebraische Ausdruck S≈R*I; yj≈Yj T *S mit den Vektoren S≡§7S(λ₁); . . . ;S(λm)} und I≡{I₁₁; . . . ;Ink} sowie R als reziproke Empfindlichkeitsmatrix und Yj als Farbmaßzahlwichtungsvektor erfolgen.

Claims (6)

1. Verfahren zur spektralselektiven Beobachtung einer kollimierten elektromagnetischen Strahlung in einem oder mehreren Spektralbereichen, unter alleiniger Verwendung einer mittels Mikroelektronik-Standardtechnologien hergestellten, monolithisch integrierten Halbleiter- Photodiode vom Drift-Typ und Einrichtungen zur Messung bzw. Auswertung elektrischer Ladungen,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Oberfläche (1) der Photodiode (10; 11) mit der zu beobachtenden kollimierten elektromagnetischen Strahlung beaufschlagt wird,
  • - die elektromagnetische Strahlung durch von unmittelbar auf der Oberfläche (1) befindlichen diffraktiven Strukturen (2) derart beeinflußt wird, so daß sich im absorbierenden Halbleitervolumen (3; 5; 6; 7) mit eventuell ortsabhängiger Bandlücke eine orts- und wellenlängenabhängige Strahlungsintensitätsverteilung ausbildet, die insbesondere für jede Strahlungswellenlänge wahlweise ein oder mehrere von dieser Wellenlänge örtlich abhängige Intensitätsmaxima aufweist,
  • - die durch Absorption der gebeugten elektromagnetischen Strahlung im Einflußbereich einer oder mehrerer Raumladungszonen (4; 41; 42) der Photodiode (10; 11) generierten Ladungsträger getrennt werden, wobei wahlweise eine oder mehrere dieser Raumladungszonen (4; 41; 42) durch mindestens eine wahlweise angelegte Spannung in ihrer Lage und Größe gemeinsam und/oder getrennt variiert werden können,
    und somit diese Raumladungszonen (4; 41; 42) durch Überstreichen verschiedener Bereiche des Halbleitervolumens (3; 5; 6; 7) ihre jeweilige spektrale Empfindlichkeit spannungsgesteuert ändert, vorzugsweise derart, daß diese Raumladungszonen (4; 41; 42) spannungsgesteuert sich über Orte von Intensitätsmaxima verschiedener zu beobachtender Strahlungswellenlängen erstrecken,
  • - die so in Abhängigkeit von dieser in einer beliebigen Reihenfolge angelegten definierten Spannungskombinationen erhaltenen Ladungen und/oder Photoströme einer weiteren Auswertung zugeführt werden, insbesondere um durch eine algebraische Verknüpfung dieser Ladungsgrößen die Intensitätsanteile der zu analysierenden elektromagnetischen Strahlung in jedem Spektral­ bereich und/oder aus ihnen abgeleitete Größen, wie Farbmaßzahlen, zu ermitteln.
2. Verfahren zur spektralselektiven Beobachtung einer kollimierten elektromagnetischen Strahlung in einem oder mehreren Spektralbereichen, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Photodiode (10; 11) zusätzlich mit definierter, eventuell wellenlängen- und/oder intensitäts­ modulierter elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt wird,
und/oder der Spannung über der/den Raumladungszonen (4; 41; 42) eine definierte Wechsel­ spannung überlagert wird,
aus den so erhaltenen zusätzlichen Strömen mit Hilfe einer Auswerteeinheit eine Kontrollgröße gebildet wird, welche ein Maß für die Lage und Größe der Raumladungszonen (4; 41; 42) darstellt, anhand derer die Spannung über dieser/diesen Raumladungszonen (4; 41; 42) korrigiert wird.
3. Verfahren zur eindimensional oder zweidimensional örtlich aufgelösten spektralselektiven Beobachtung einer elektromagnetischen Strahlung jeweils in einem oder mehreren Spektral­ bereichen, nach Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die beschriebenen Verfahren räumlich lateral, vorzugsweise matrixförmig, kombiniert und wahlweise nacheinander und/oder gleichzeitig durchgeführt werden,
wobei zur Durchführung dieser Verfahren monolithisch integrierte identische Photodioden (10) und/oder Photodiodenkombinationen (11) sowie eine gemeinsame, unmittelbar auf der Oberfläche (1) befindliche diffraktive Struktur (2) verwendet wird.
4. Mittels Mikroelektronik-Standardtechnologien herstellbare monolithisch integrierte Halbleiter- Photodiode nach dem Drift-Typ zur spektralselektiven Beobachtung einer kollimierten elektromagnetischen Strahlung wahlweise in einem oder mehreren Spektralbereichen, nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) unmittelbar auf der Oberfläche (1) der Photodiode (10; 11) laterale diffraktive Strukturen (2) angeordnet sind, an denen eine einfallende zu beobachtende kollimierte elektromagnetische Strahlung gebeugt wird und sich im Halbleitervolumen (3; 5; 6; 7) eine orts- und wellenlängen­ abhängige Strahlungsintensitätsverteilung ausbildet, die insbesondere für jede Strahlungswellen­ länge wahlweise ein oder mehrere von dieser Wellenlänge örtlich abhängige Intensitätsmaxima aufweist,
  • b) unmittelbar auf dem Halbleitersubstrat (3; 5) eine weitere Halbleiterschicht (6; 7) mit einer von der des Halbleitersubstrats (3; 5) verschiedenen Bandlücke und/oder eine Isolatorschicht (8) angeordnet sein kann,
  • c) die Photodiode (10; 11) ein derartiges Dotierungsprofil aufweist, so daß sich mindestens eine Raumladungszone (4; 41; 42) ausbildet, die vorzugsweise durch eine jeweilige definierte Spannung in ihrer Lage und Größe variiert werden kann, wobei vorteilhaft diese Raumladungszonen (4; 41; 42) sich - eventuell spannungsgesteuert - über Orte von Intensitätsmaxima verschiedener zu beobachtender Strahlungswellenlängen erstrecken,
  • d) die Photodiode (10; 11) Einrichtungen sowohl zum Anlegen von definierten Spannungen über die jeweiligen Raumladungszonen (4; 41; 42) als auch zur wahlweisen Ableitung der durch die Raumladungszonen (4; 41; 42) getrennten Ladungsträger an äußere Kontakte (9) und/oder an weitere innere Auswertungseinrichtungen aufweist, wobei diese Auswertungseinrichtungen Kontrollgrößen zur Korrektur der Spannung über der jeweiligen Raumladungszone (4; 41; 42) bilden können und/oder durch eine algebraische Verknüpfung dieser in Abhängigkeit von den in einer beliebigen Reihenfolge angelegten definierten Spannungskombinationen erhaltenen Ladungsgrößen die Intensitätsanteile der zu analysierenden elektromagnetischen Strahlung in jedem Spektralbereich und/oder aus ihnen abgeleitete Größen, wie Farbmaßzahlen, ermitteln können.
5. Photodiode nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die laterale diffraktive Struktur (2) als Phasengitter oder Amplitudengitter oder als deren beliebige Kombination ausgeführt ist,
wobei das Phasengitter vorzugsweise durch
  • a) Grabenstrukturen in der Substratoberfläche und/oder
  • b) in auf das Substrat aufgebrachten Halbleiterschichten und/oder
  • c) auf die Halbleiteroberfläche aufgebrachte dielektrische Strukturen und/oder
  • d) auf der Halbleiteroberfläche in lateralen Strukturen partial oxidierten Halbleiter realisiert ist sowie das Amplitudengitter vorzugsweise aus
  • e) elektrisch leitendem Kontaktbahnmaterial und/oder
  • f) Photoresist
besteht und/oder auf den diffraktiven Strukturen ein dielektrisches Antireflexions-Schichtsystem aufgebracht ist.
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