DE2529978A1

DE2529978A1 - Halbleiterphotodetektor

Info

Publication number: DE2529978A1
Application number: DE19752529978
Authority: DE
Inventors: Sumio Kawakami; Takuzo Ogawa; Hirobumi Ohuchi; Masahiro Okamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-07-05
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1976-02-05
Also published as: US4079405A; NL7508004A

Description

Patentanwälte 8 München 22, steinsdorfstr. ίο

Dipl.-Ing. R. BEETZ sen. 8l-24.428P(24.429H) Tel. (O89) 227201/227244/295910

Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT Telegr. Allpatent München

Dr.-Ing. R. B E E T Z jr. Telex 522048

4. Juli 1975

HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

Halbleiterphotodetektor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiterphotodetektor, der Lichtsignale in elektrische Signale umwandelt.

Photoröhren werden in weitem Umfang als Mittel zur Umwandlung von Lichtsignalen in elektrische Signale verwendet. Der Halbleiterphotodetektor nutzt bei seiher photoelektrischen Energieumwandlung die Erscheinung aus, daß bei Lichteinwirkung auf eine Halbleiterunterlage mit einem PN-Übergang Strom aufgrund der Photoanregung erzeugt wird. Außerdem hat der Halbleiterphotodetektor einige Vorteile gegenüber der Photoröhre in folgenden Punkten: l) lange Lebensdauer, 2) geringe Beeinträchtigung infolge Alterung, 3) kleine Vorspannung zum Steuern und 4) Leichtigkeit der Abmessungsverringerung. Aus diesem Grund

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wird die Photoröhre derzeit durch den Halbleiterphotodetektor verdrängt. Indessen verbleiben noch einige im folgenden zu erläuternde Probleme bei der praktischen Verwendung des Halbleiterphotodetektors anstelle der Photoröhre.

Es sollen nun diese Probleme im Fall eines Spektrophotometers beschrieben werden.

In einem Meßinstrument wie z. B. einem Spektrophotometer sind die Lichtquelle und das Wellenlängenansprechverhalten des Photodetektors die wesentlichen Faktoren. Als Lichtquelle zur Emission von Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von sichtbaren Strahlen bis in die Nähe infraroter Strahlen wird eine Wolframlampe verwendet, deren Strahlungsenergie einen Spitzenwert bei einer Wellenlänge von etwa 1 um aufweist und zu kürzeren Wellenlängen hin rasch abfällt. Andererseits ist die Spektralempfindlichkeit der Photoröhre für kurze Wellenlängen hoch und wird im Langwellenbereich niedrig. Dementsprechend ist das Lichtansprechverhalten eines Spektrophotometers bei Verwendung einer Kombination einer Wolframlampe und einer Photoröhre in dem Wellenlängenbereich hoch, wo die strahlende Energie von der Lichtquelle schwach ist, und in dem Wellenlängenbereich niedrig, wo die Strahlenenergie stark ist. Daher läßt sich so das erwünschte, über einen weiten Bereich von Wellenlängen nahezu konstante spektrale Ansprechverhalten erzielen.

Ein bekannter Halbleiterphotodetektor aus Silizium spricht auf Strahlung im Bereich von sichtbaren bis nahezu infraroten Strahlen an und erhielt einen Aufbau, der weiter unten beschrieben wird. Der Absorptionskoeffizient von Silizium ist für kurze Wellenlängen hoch und sinkt zum

Lang Wellenbereich hin, so daß der Siliziumphotodetektor üblicherweise so ausgelegt wird, daß die Empfindlichkeit zum Lang Wellenbereich hin nicht verringert wird, für den der Absorptionskoeffizient niedrig ist. Es ist hierzu üblich, die Dicke des aktiven Bereichs des Photodetektors mit etwa 1/oC festzulegen, wobei oC der Absorptionskoeffizient ist. Z. B. hat Silizium für eine Wellenlänge von 0,9 um einen Absorptionskoeffizient von etwa 500 cm , so daß die Dicke des aktiven Bereichs etwa 20 am ist. Bei einem Halbleiter mit Verwendung einer Siliziumunterlage wird auf diese einfallendes Licht in der Unterlage unter Erzeugung von photo-angeregten Ladungsträgern darin absorbiert. Von den photo-angeregten Ladungsträgern erreichen jene, die im aktiven Bereich angeregt werden, den PN-Übergang und tragen zum Photostrom bei. Nun seien der Absorptionskoeffizient für Licht der Wellenlänge λ mit cC ( λ ), das Ausmaß des im aktiven Bereich mit einer Dicke von d absorbierten einfallenden Lichts mit 7[ und die Verteilung hinsichtlich der Wellenlänge der von dem auf 2 848 ⁰K gehaltenen Faden einer Wolframlampe abgestrahlten Lichtquanten mit P(A) bezeichnet. Dann ist anzunehmen, daß der Ausgangsphotostrom des Halbleiterphotodetektors mit der oben erwähnten Wolframlampe als Lichtquelle proportional zu f[ ' P ( λ ) = [l - exp (-oC(A)d) * Ρ(λ) ist. Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen der Wellenlänge des einfallenden Lichts und dem Ausgangsphotostrom 1\ ' P ( λ ) im Fall, wo der aktive Bereich 20 um dick ist. Man ersieht aus Fig. 1, daß es einen großen Unterschied zwischen dem Ausgangsstrom für kurze Wellenlängen und dem Ausgangsstrom für große Wellenlängen gibt, wobei der Ausgangsstrom für die großen Wellenlängen sehr stark ist. Wenn ein Halbleiterphotodetektor mit einem solchen Verhalten, wie vorstehend erläutert, als Photodetektor für ein Spektrophotometer mit einer Wolframlampe als Lichtquelle verwendet wird, ist

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der Ausgangsstrom des Photodetektors im Kurzwellenbereich schwach, wo die Strahlungsenergie von der Lichtquelle gering ist, und im Langwellenbereich stark, wo die Strahlungsenergie hoch ist. Daher läßt sich das Spektrophotometer in der Praxis nicht verwenden, da sein Ausgangsstrom mit Wellenlängenänderungen erheblich variiert- Und zwar sind beim Messen von Licht mit kürzeren Wellenlängen die Streukomponenten von Licht mit größeren Wellenlängen nicht vernachlässigbar, so daß die Meßgenauigkeit si»kt. Um die Streukomponenten auszuschalten, kann ein geeignetes Filter verwendet werden, doch in diesem Fall wird die Handhabung ungünstig kompliziert. Falls eine Probe durch zwei monochromatische Lichtbestandteile mit Wellenlängen von 0,4 um und 0,9 um gemessen wird und die erhaltenen Eigenschaften miteinander verglichen werden, ist das Ausgangssignal für 0,9 um, wobei die Strahlungsenergie von der Lichtquelle und die Empfindlichkeit des Photodetektors hohe Werte annehmen, um weites größer als für 0,4 um, so daß gewisse elektrische Schaltungselemente erforderlich sind, um die beiden Ausgangspegel untereinander auszugleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiterphotodetektor so auszubilden, daß sein Ausgangs signalverhalten über einen weiten Bereich von Wellenlängen möglichst flach ist. Gleichzeitig wird angestrebt, daß die Ansprechgeschwindigkeit des Halbleiterphotodetektors sehr rasch ist, daß er auch arbeiten kann, wenn die Vorspannung Null ist, und daß er sich in einem Spektrophotometer verwenden läßt.

Das vorrangige Merkmal der Erfindung, das dazu verhilft, die genannten Ziele zu verwirklichen, ist die Festlegung der Dicke des aktiven Bereichs auf 1-3 um.

- ⁵ - ? ς 7 9 q 7 B

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Halbleiterphotodetektor, der einen ersten Halbleiterbereich eines Leitungstyps, einen zweiten Halbleiterbereich des gleichen Leitungstyps in der Nähe des ersten Halbleiterbereichs mit einem im Vergleich damit höheren Widerstand, einen dritten Bereich in der Nähe des zweiten Halbleiterbereichs mit einer geringeren Dicke als der des zweiten Halbleiterbereichs unter Bildung einer Energieschwelle zwischen sich und diesem, eine Hauptelektrode in Ohm 'schem Kontakt mit der Oberfläche des ersten Halbleiterbereichs und eine andere Häuptel ektrode in Ohm ' schem Kontakt mit einem Teil der Oberfläche des dritten Bereichs aufweist, mit dem Kennzeichen, daß die Oberfläche des dritten Bereichs als Lichtaufnahmeoberfläche dient und die Dicke des zweiten, aktiven Halbieiterbereichs 1-3 yum ist.

Die Eindringtiefe des zu erfassenden Lichts in einen Halbleiter wächst mit steigender Wellenlänge. Demgemäß werden, wenn die Dicke des aktiven Bereichs erfindungsgemäß mit 1-3 um gewählt wird,

die meisten der durch Licht mit großen Wellenlängen angeregten Ladungsträger weit unterhalb des aktiven Bereichs (in einem von der Lichtaufnahmeoberfläche entfernten Teil) erzeugt. Indessen ist die Lebensdauer der dort erzeugten Ladungsträger so kurz, daß das Ausmaß, in dem sie zum Photostrom beitragen, gering ist, und daher läßt sich die Empfindlichkeit über einen weiten Bereich von Wellenlängen abflachen. Dies soll noch anhand der Fig. 2 und 3 erläutert werden.

Falls ein Halbleiterphotodetektor als Photodetektor in einem Spektrophotometer verwendet wird, macht man vorzugsweise das Verhält-

ΓιΙν.

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nis des maximalen zum minimalen Fhotostrom geringer als 10, um solche Probleme, wie die Verschlechterung der Genauigkeit infolge der Streulichtkomponenten, den Ausschluß der Streukomponenten und komplizierte Maßnahmen zum Pegel justieren, zu eliminieren. Aie Fug. 2 ergibt sich, daß das Verhältnis des maximalen zum minimalen Photostrom geringer als 10 gemacht werden kann, wenn die Dicke des aktiven Bereichs etwa 3 um oder weniger ist. Wie man aus Fig. 3 erseiht, ist die Änderung des Ausgangsphotostroms, falls eine Wolframlampe als Lichtquelle in einem Spektrophotometer verwendet wird, im Vergleich mit der Änderung der Wellenlänge sehr gering, wenn die Dicke des aktiven Bereichs im Bereich von 1 bis 3 um liegt. Somit erhält man einen Halbleiterphotodetektor, dessen Ausgangs verhalten über einen großen Wellenlängenbereich flach (eingeebnet) ist.

Wenn man ein bekanntes Halbleiterelement ähnlicher Art, bei dem die Dicke des aktiven Bereichs 20 um ist, mit einer Null-Α- oder sehr geringen Vorspannung betreibt, wird der größte Teil des aktiven Bereichs nicht verarmt, so daß sich die erzeugten Ladungsträger aufgrund der Diffusionserscheinung bewegen. Die dafür, daß sich die Ladungsträger durch einen Bereich mit einer Dicke von W durch Diffusion bewegen, erforderliche Zeit ist W /D, worin D die Diffusionskonstante bedeutet. Allgemein ist die Diffusionsgeschwindigkeit geringer als die Geschwindigkeit der Ladungsträger, die unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes getrieben und bewegt werden, d. h. die Triftgeschwindigkeit. Somit sorgt man, um die Ansprechgeschwindigkeit des Bauelements zu steigern, vorzugsweise für eine Bewegung der Ladungsträger mit der Triftgeschwindigkeit .

Die Dicke d2 einer Verarmungsschicht hängt allgemein von der

Ο.-:.0ύΙ\ι !NSFECTED

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Verunreinigungskonzentration im aktiven Bereich ab und wird im Fall eines einseitigen abrupten P N-Überganges oder einer Grenzflächenp-Inversionsschicht z. B. durch die folgenden Formeln (l) und (2) wiedergegeben.

(1)

2 6 ψ (inv)

worin q die Ladungsmenge, 6 die Dielektrizitätskonstante des Halbleiters, Nj-j die Verunreinigungskonzentration im N-Aktivbereich, V das Diffusionspotential des PN-Überganges und ψ (inv) das zur BiI-dung der Inversionsschicht erforderliche Oberflächenpotential bedeu-

2 kT D

ten. Hier ist \]s (inv) derart, daß ^₅ (inv) —— —z— in ("Jf^- , worin T die absolute Temperatur, k die Boltzmann-Konstante und n^ die Konzentration der Eigenladungsträger im Halbleiter bedeuten. Wenn daher die Dicke des aktiven Bereichs 1-3 um beträgt und der Widerstand in diesem Bereich höher als einige Ohm · cm ist, dann kann die gebildete Verarmungsschicht die Gesamtheit oder den größten Teil des aktiven Bereichs auch dann einnehmen, wenn das Element mit Null- oder sehr geringer Vorspannung betrieben wird. Folglich werden die photo-angeregten Ladungsträger mit der Triftgeschwindigkeit bewegt, und daher steigert sich die Ansprechgeschwindigkeit des Elements.

Vorzugsweise hat der aktive Bereich des erfi ndungsgemäßen Halbleiterphotodetektors einen Widerstand von wenigstens einigen Ohm * cm

15 oder eine Verunreinigungskonzentration von weniger als 10 Atomen/cm" um die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination der photo-angeregten Ladungsträger zu verringern, damit der Photostrom gesteigert wird, und um die Verarmungsschicht auch im Fall einer Null- oder sehr geringen Vorspannung durch den ganzen aktiven Bereich auszudehnen. Außerdem ist es vorzuziehen, daß der PN-Übergang im aktiven Bereich so flach wie möglich eingebaut wird, um die Empfindlichkeit für kürzere Wellenlängen entsprechend größeren Absorptionskoeffizienten zu verbessern. Um die vorstehend aufgezählten erwünschten Merkmale in die Praxis umzusetzen, werden einige Verfahren angegeben; das Verfahren, nach dem ein Oxidfilm auf der Oberfläche des aktiven Bereichs gebildet und der Leitungstyp unterhalb des Oxidfilms umgekehrt wird; das eine Diffusion oder ein epitaktisches Wachstum anwendende Verfahren; und das Verfahren, nach dem ein dünner Metallfilm auf die Oberfläche des aktiven Bereichs durch Ionenplattierung, Dampfifoscheidung oder Aufstäubung aufgebracht und geeignet behandelt wird, um eine Energieschwelle (einschließlich einer Schottky-Schwelle) zu bilden. Da die Schottky-Schwelle zwischen Metall und Halbleiter gebildet wird, ist der dem dritten Bereich entsprechende Teil dann die Schicht von Metall oder Metall-Halbleiter-Legierung. In anderen Fällen ist der dritte Bereich aus Halbleitermaterial mit einem von dem des zweiten Halbleiterbereichs verschiedenen Leitungstyp. Weitere Erläuterungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele näher erläutert wird; darin zeigen:

Fig. 1 eine Verhaltenskurve zur Veranschaulichung der Abhängigkeit zwischen der Wellenlänge des einfallenden Lichts und dem Ausgangsphotostrom bei einem bekannten Halbleiter-

0 9 88 G / η R ?η

photodetektor, dessen aktiver Bereich eine Dicke von 20 um aufweist;

Fig. 2 Verhaltenskurven zur Veranschaulichung der Abhängigkeiten zwischen den Wellenlängen von einfallendem Licht und den Ausgangsphotoströmen bei Änderung der Dicke des aktiven Bereichs 5

Fig. 3 Verhaltenskurven zur Veranschaulichung der Abhängigkeiten zwischen den Wellenlängen und den zugehörigen Ausgangsphotoströmen in einem Spektrophotometer bei Verwendung einer Wolframlampe als Lichtquelle für verschiedene Dicken des aktiven Bereichs ;

Fig. 4 schematisch einen Querschnitt eines Halbleiterphotodetektors nach einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 a bis 5 f die Schritte zur Herstellung dieses Halbleiterphotodetektors ;

Fig . 6 schematisch einen Querschnitt eines Halbleiterphotodetektors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel;

Fig. 7 Kurven zur Veranschaulichung der Dunkelstromeigenschaften; und

Fig. 8 schematisch einen Querschnitt eines Halbleiterphotodetektors nach einem dritten Ausführungsbeispiel.

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^ί:> η 9 8 $ 6 / η R ? η

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Die Erfindung soll nun durch in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele erläutert werden.

Nach Fig. 4 weist eine Halbleiter unter lage 1 mit Hauptoberflächen 11 und 12 einen ersten Halbleiterbereich 13 mit N-Leitungstyp und niedrigem Widerstand, einen zweiten Halbleiterbereich 14 mit N-Lei™ tungstyp und einem gegenüber dem des ersten Halbleiterbereichs 13 höheren Widerstand in der Nachbarschaft des ersten Bereichs 13, einen dritten Halbleiterbereich (den sogenannten dritten Bereich gemäß der Erfindung) 15 mit P-Leitungstyp und einer im Vergleich mit der des zweiten Halbleiterbereichs 14 geringeren Dicke im zweiten Bereich 14 mit freiliegender Oberfläche eingebettet und einen vierten, Schutzring genannten Halbleiterbereich 16 mit P-Leitungstyp und einer im Vergleich mit der des dritten Halbleiterbereichs 15 größeren Dicke im zweiten Halbleiterbereich 14 eingebettet auf, der den dritten Bereich 15 längs dessen Grenze umgibt und an der Oberfläche freiliegt. Der zweite Halbleiterbereich 14 bildet den aktiven Bereich, dessen Dicke im Bereich von 1-3 pm gewählt ist. Die freiliegende Oberfläche des dritten Halbleiterbereichs 15 an der Hauptoberfläche 11 dient als Lichtaufnahm eober fläche. Eine Hauptelektrode 2 ist in Ohm'schem Kontakt mit der freiliegenden Oberfläche des vierten Halbleiterbereichs 16 an der Hauptoberfläche 11, eine andere Hauptelektrode 3 ist im Ohm'sehen Kontakt mit der freiliegenden Oberfläche des ersten Halbleiterbereichs 13 an der Hauptoberfläche 12, und ein Siliziumoxidfilm 4 bedeckt die Hauptoberfläche 11 mit Ausnahme des Teils davon, der von der einen Hauptelektrode 2 besetzt ist. Der Halbleiterphotodetektor mit einem solchen vorstehend beschriebenen Aufbau vermag die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu erfüllen.

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Es soll nun das Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterphotodetektors gemäß der Erfindung anhand der Fig. 5a bis 5f beschrieben werden. Eine N⁺-Halbleiterunterlage 51 mit einer Dicke von 150 bis 200 μπα zur Gewährleistung einer ausreichenden Festigkeit zum einfachen Hantieren und mit einem Widerstand von unter 0,01 Ohm · cm zur Erleichterung Ohm' sehen Kontakts und zur Verringerung des Reihenwiderstandes wird hergestellt (Fig. 5a). Diese Halbleiterunterlage dient als der oben erwähnte erste Halbleiterbereich 13. Auf dieser Halbleiterunterlage wird z.B. nach dem Hochreinheitsepitaxialv erfahren eine N-Schicht 52 mit hohem Widerstand von mehr als einigen Ohm - cm gebildet (Fig. 5b). Die N-Schicht 52 dient als der schon erwähnte aktive Bereich 14 und hat eine Dicke von 3 um. Z. B. Boratome werden durch selektive Diffusion in die N-Schicht 52 zur Bildung einer ringförmigen P-Schicht 53 eindiffundiert, um als der oben erläuterte vierte Halbleiterbereich 16 zu dienen (Fig. 5c). Der Teil des zur selektiven Diffusion verwendeten Siliziumoxidfilms 61, der auf dem Teil der Oberfläche der N-Schicht 52 liegt und von der ringförmigen P-Schicht 53 umgeben ist, wird entfernt, und man bildet einen neuen Siliziumoxidfilm 62 mit einer Dicke von etwa 0,4 m yan nach einem chemischen Dampfphasenreaktionsverfahren (Fig. 5d). Der Silizium oxidfilm 62 wird einer Wärmebehandlung für kurze Zeit bei etwa 950 C in Argonatmosphäre unterworfen. Als Ergebnis dieser Behandlung bildet sich eine P-Inversionsschicht 54 mit einer Dicke von weniger als 0,1 um an der Oberfläche der N-Schicht 52 nahe dem Siliziumoxidfilm 62 (Fig. 5e). Die Inversionsschicht 54 dient als der erwähnte dritte Halbleiterbereich 15. Schließlich werden Elektroden 71 und 72 in Ohm'schem Kontakt mit der P-Schicht 53 bzw. der Halbleiterunterlage 51 angebracht, um so einen Photodetektor gemäß der Erfindung zu vervollständigen. Bei der

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vorstehenden Verfahrensabfolge wird die N-Schicht 52 nach einem Epitaxialverfahren gebildet, doch kann man hierzu auch andere Methoden anwenden. Z. B. besteht ein arideres Verfahren darin, Phosphor tief in eine Oberfläche einer N-Halbleiterunterlage mit hohem Widerstand einzudiffundieren, um eine N -Schicht zu bilden, und nachher die N-Schicht hohen Widerstandes auf eine Dicke von 1-3 um zu polieren. Beim obigen Ausführungsbeispiel wird der Siliziumoxidfilm 62 zur Bildung der Inversionsschicht 54 verwendet. Es können jedoch auch andere Isolierfilme anstelle des Siliziumoxidfilms verwendet werden, auch wenn sie von optischer Transparenz sind, sofern sie eine Inversionsschicht an einer Grenzfläche zwischen einem Halbleiter und sich selber bilden. Demgemäß kann ein aus einem solchen Material wie Al O , Si N oder MgF bestehender Isolierfilm verwendet werden. Bei der Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterphotodetektors gemäß obiger Beschreibung wählt man die Dicke des Siliziumoxidfioms 62 vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,4 um. Wenn die Dicke d des Oxidfilms größer als die angegebenen Werte ist, zeigt das Empfindlichkeitsverhalten, insbesondere dasjenige für den ultravioletten Bereich, Schwankungen oder Wellen aufgrund des Interferenzeffekts. Diese Erscheinung wird durch den Ausdruck

2nd₃ = (m + ^) λ 1

beschrieben, worin η den Brechungsindex des Oxidfilms, λ die Wellenlänge, für die die Interferenz deutlich sichtbar erschein,t und m die ganzen Zahlen (0, 1, 2. ...) bedeuten, Wie man aus der Formel erkennt, ist die Wellung um so langsamer und das Empfindlichkeitsverhalten um so ausgeglichener, je kleiner die Dicke d ist. Wenn es viele Spitzenwerte und Mulden im Spektralempfindlichkeitsverhalten

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infolge des Interferenzeffekts gibt, können die Amplituden der zu messenden Signale nicht direkt bestimmt werden, sondern die Meßdaten müssen einer Korrektur unterworfen werden. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist es erforderlich, die Dicke des Oxidfilms zu reduzieren- Wenn jedoch der Oxidfilm zu dünn (dünner als 0,1 um) ist, geht die Homogenität des Oxidfilmes verloren, so daß die Empfindlichkeit eine unregelmäßige Verteilung über die Lichaufnahmefläche hat. Wenn die Dicke des Oxidiilms gleich oder weniger als 0,4 um ist, kann die Zahl der Paare von Spitzenwerten und Mulden der Empfindlichkeit aufgrund der im Ultraviolett wellenlängenbereich von 0,2 bis 0,4 um stattfindenden Inferenz gleich oder weniger als 3 sein (z. B. treten, wenn d 0,8 um ist, sechs Paare von Spitzenwerten und Mulden auf), so daß die an ein gewöhnliches Lichtaufnahmeelement gestellte Anforderung durch das Verhalten des so aufgebauten Photodetektors erfüllt wird.

Fig. 6 zeigt einen Halbleiterphotodetektor nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das besondere Merkmal dieses Ausführungsbeispiels ist die Anordnung eines fünften Halbleiterbereichs 17 mit N-Leitungstyp und einer im Vergleich mit der des zweiten Halbleiterbereichs 14 höheren Verunreinigungskonzentration, welcher Bereich 17 so im zweiten Halbleiterbereich 14 eingebettet ist, daß er den dritten Halbleiterbereich 16 umgibt, wobei seine Oberfläche an der gleichen Hauptoberfläche 11 freiliegt. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Aufbau, in welchem der zweite Halbleiterbereich 14 einen hohen Widerstand aufweist, wird eine Schicht mit entgegengesetztem Leitungstyp, d.h. ein induzierter Kanal, in der Nachbarschaft der Oberfläche des Teils des zweiten Halbleiterbereichs 14 um den vierten Halbleiterbereich 16 herum aufgrund des Einflusses durch die Ladungen und Zustände im Oxidfilm ge-

S η 9 fl ft G / η β ? η

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bildet, der auf diesem Teil des zweiten Bereichs ausgebildet ist. Der induzierte Kanal wirkt als Pfad für einen Rückwärtsleckstrom oder Sperrstrom, der den Dunkelstrom steigert und daher die Meßgenauigkeit verringert. Gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiei nach Fig. 6 vex meidet der fünfte Halbleiterbereich 17 die Bildung eines solchen induzierten Kanals, so daß der Dunkelstrom gering gehalten werden kann.

Fig. 7 zeigt das Dunkelstromverhalten entsprechend den Ausführung sbeispielen mit dem und ohne den fünften Halbleiterbereich 17. Diese Figur zeigt, daß der Dunkelstrom für den Fall mit dem fünften Bereich erheblich, und zwar um das 1Ofache geringer (Kurve II) als für den Fall ohne den fünften Bereich (Kurvel) ist.

Fig. 8 zeigt im Querschnitt einen Halbleiterphotodetektor mit einer Schottky-Schwelle als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Verfahren zur Herstellung dieses Halbleiterphotodetektors soll im folgenden beschrieben werden:

Als eine N -Unterlage 51 wird ein Halbleiterplättchen mit einer Dicke von 150 - 200 um verwendet, um eine ausreichende Festigkeit zum leichten Hantieren zu sichern,^ die einen Widerstand von weniger als 0,01 Ohm * cm zur Erleichterung Ohm 'sehen Kontakts und zur Verringerung eines Reihenwiderstandes aufweist. Auf der Unterlage 51 wird nach einem Epitaxial wachstumsverfahren eine N-Schicht 52 mit einem Widerstand von mehr als einigen Ohm · cm und einer Dicke von 3 jum gebildet, Eine ringförmige P-Schicht 53 mit einer Dicke von etwa 2 um wird in einem Teil der N-Schicht 52 durch die an sich bekannte selektive Dif-

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fusion von Bor gebildet. Der auf den Oberflächen der Schichten 52 und 53 ais Ergebnis der vorangehenden Verfahrensschritte gebildete Oxidfilm -wird mit Ausnahme des äußeren Teils 61 entfernt . Die freiliegenden Oberflächen der Schichten 52 und 53 werden etwas geätzt, um Fehler ·::<! Vv-Iunreinigungen infolge der Bildung der Oxidschichten zu ent~

ο leinen. Dann wird ein Film aus Gold mit einer Dicke von 50 A auf der gesamten Oberfläche nach dem Verfahren der Vakuumaufdampfung gebilde*., und man beläßt hiervon mittels an sich bekannter Photoätzung nur t-iiien gewünschten Teil 20 des Goldfilms. Weiter werden Metallfilme durch Vakuumaufdampfung zur Bildung von Elektroden 71 und 72 abgeschieden. Das so gefertigte Element wird auf einem Sockel montiert, und durch Drahtverbindung mit Anschlußdrähten versehen. Bei ---i'e.-.cr Anordnung bilden der Goldfilm 20 und der Halbleiterbereich 52 ein·- Schottky-Schwelle, so daß der fertige Photodetektor eine hohe Empfindlichkeit aufweist .

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Schottky-Schwelie durch Dampfabscheidung des Goldfilms gebildet, doch kann man anstelle von Gold auch Platin oder Silber verwenden, und außerdem kann man als Verfahren zur Erzeugung des Films auch das Ausstäuben oder das Ionenplattieren anstelle des Vakuumaufdampfens anwenden. Selbstverständlich fallen alle diese Varianten oder Abänderungen in den Rahmen der Erfindung.

Auch der Fall, in dem durch kurzzeitige Wärmebehandlung nach Bildung des Metallfilms auf dem Halbleiter eine Grenzschicht aus gesintertem Metall zwischen dem Metall und dem Halbleiter gebildet wird, stellt eine Ausführungsart der Erfindung dar. Hierbei sieht man vorzugsweise den fünften Haluieiterbereich vor, der bereits anhand der Fig. 6 erläutert wurde.

ORIGINAL INSPECTED

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Außerdem ist offenbar, daß im Rahmen der Erfindung auch ein Photodetektor mit einem komplementären Aufbau, den man durch

Umkehrungen der Leitungstypen, wie z. B. N * P * N > P und

ρ —?· ν erhält, hergestellt werden kann.

Claims

Paten tansp r (ic h e

i 1./HaJbieiterphotodetektor, der einen ersten Halbleiter be reich eines Leitungstyps, einen zweiten Halbleiterbereich des gleichen Leitungstyp^ in der Nähe des ersten Halbleiterbereichs mit einem im Vergieich damit höheren Widerstand, einen dritten Bereich in der Nähe des zweiten Halbleiterbereichs mit einer geringeren Dicke als der des zweiten Halbleiter bereichs unter Bildung einer Energieschwelle zwischen sich und diesem, eine Hauptelektrode in Ohm'schem Kontakt mit der Ober flache des ersten Halbieiterbereichs und eine andere Hauptelektrode in Ohm 'schein Kontakt mit einem Toil der Oberfläche des d Uten Bereich.-:- auf weis', dadurch gekennzeichnet-, daß die Oberfl ache des dritten Bereichs (15) als Lichtaufnahineoberflache dient: utid die Dicke des zweiten, aktiven Halbleiterbereichs (14) 1 - 3 am ist,
2. Halbleiter phot odetektor, gekennzeichnet durch

eine Halbleiterunterlage (l) mit einem Paar von Hauptoberflächen (11, 12) und drei übereinandergestapelten Bereichen (13, 14, 15) zwischen den Hauptoberflächen, wobei ein erster Bereich (13) eines Leitungstyps an der einen Hauptoberfläche (12) freiliegt, ein zweiter Bereich (14) des gleichen Leitungstyps einen höheren Widerstand als den des ersten Bereichs (13) und eine Dicke von 1 - 3 jum aufweist, ein dritter Bereich (15) mit einer geringeren Dicke als der des zweiten Bereichs (14) vom entgegengesetzten Leitungstyp wie dem des ersten und zweiten Bereichs ist, an der anderen Hauptoberfläche (ll) freiliegt und zwischen sich und dem zweiteü Bereich einen PN-Übergang bildet und die Oberfläche des dritten Bereichs (15) als Lichtaufnahmeoberflache dient,

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eine Hauptelektrode (3) in Ohm'schem Kontakt mit dem ersten Bereich (13.) an der einen Hauptoberfläche (12); und

eine andere Hauptelektrode (2) in Ohm'schem Kontakt mit einem Teil des ύϊ Uten Bereichs (15) an der anderen Hauptoberfläche (ll).
3. HalbJeiterphotodetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des dritten Halbleiterbereichs (15) in seinem Umiangsteil (16) größer als in seinen übrigen Teilen ist.
4. Halbleiterphotodetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des zweiten HaJbieiterbereichs (14) größer als mehrere Ohm · cm ist.
5. Halbleiterphotodetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Bereich (15) eine Inversionsschicht (54) ist, die in der Oberfläche des zweiten Halbleiterbereichs (14 - 52) durch Bildung eines Isolierfilms (4 = 62) an der Oberfläche des zweiten Halbleiterbereichs (14 = 52) durch chemische Dampfphasenreaktion und durch nachherige Wärmebehandlung des Oxidfilms (4 = 62) gebildet ist.
6. Halbleiterphotodetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierfilm (4 = 62) eine Dicke von 0,1 - 0,4 um hat.
7. Halbleiterphotodetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Halbleiterbereich (17) mit dem gleichen Leitungs-

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typ wie dem des zweiten Halbleiterbereichs (14) und einer höheren Ver um einigungskonzentration als der des zweiten Halbleiterbereichs so im zweiten Halbleiterbereich ausgebildet ist, daß der weitere Halbleiter bereich (17) den dritten Bereich (15) umgibt und die Oberfläche des weiteren Bereichs (17) an der Oberfläche des zweiten Halbleiterbereichs (14) freiliegt.

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