DE2604558C2 - Lateral photodetector and process for its manufacture - Google Patents

Lateral photodetector and process for its manufacture

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DE2604558C2 DE19762604558 DE2604558A DE2604558C2 DE 2604558 C2 DE2604558 C2 DE 2604558C2 DE 19762604558 DE19762604558 DE 19762604558 DE 2604558 A DE2604558 A DE 2604558A DE 2604558 C2 DE2604558 C2 DE 2604558C2
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen lateralen Fotodetektor, bei dem fotoelektrische Signale dazu benutzt werden, die Position eines beleuchteten Punktes auf der wirksamer Detektorfläche zu definieren, mit einer Halbleiterplatte, die auf zwei gegenüberliegende Oberflächen mit jeweils einer Widerstandsschicht abgedeckt ist und einen die beiden Widerstandsschichten trennenden pn-übergang aufweist, und mit zwei Elektrodenpaaren, die so auf den Widerstandsschichten angeordnet sind, daß jede Widerstandsschlicht mit einem Elektrodenpaar versehen ist und jedes Elektrodenpaar gegenüberliegende Seiten eines Rechtecks besetzt, welches bei Projektion der Elektrodenpaaire auf eine zur Halbleiterplatte parallele Ebene entsteht und die wirksame Detektorfläche bildetThe present invention relates to a lateral photodetector in which photoelectric signals are used to determine the position of an illuminated point on the effective detector surface to be defined, with a semiconductor plate resting on two opposite one another Surfaces are each covered with a resistive layer and one of the two resistive layers having separating pn junction, and with two pairs of electrodes which are arranged on the resistance layers that each resistance layer with one A pair of electrodes is provided and each pair of electrodes occupies opposite sides of a rectangle which, when projected onto a pair of electrodes, is used Semiconductor plate parallel plane is created and forms the effective detector surface

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fotodetektors.The invention also relates to a method for producing such a photodetector.

Es ist ein lateraler Fotodetektor dieser Art bekannt (IEEE Trans, Nucl. Sei. Vol. 15. Juni 1963, S. 290-303). Dabei bedecken die beiden Widerstandsschichten die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Halbleiterplatte völlig. Die wirksame Detektorfläche, welche durch die Anordnung der Elektroden bestimmt ist macht aber nur einen Teil der jeweiligen Oberfläche der Halbleiterplatie aus. Dieser bekannte Fotodetektor hatA lateral photodetector of this type is known (IEEE Trans, Nucl. Sci. Vol. June 15, 1963, pp. 290-303). The two resistance layers completely cover the opposing surfaces of the semiconductor plate. The effective detector area, which is determined by the arrangement of the electrodes but only makes up part of the respective surface of the Semiconductor board. This well-known photo detector has den Nachteil, daß die Beziehung zwischen der Position eines beleuchteten Punktes einerseits und dem Ausgangssignal andererseits nicht linear ist was insbesondere dann gilt wenn die Position nahe dein Rand der von den Elektroden bestimmten Detekforfläcne liegt.the disadvantage that the relationship between the position of an illuminated point on the one hand and the output signal on the other hand is not linear, which is especially true when the position is close to the edge of the Detection area determined by the electrodes lies.

ίο Zudem ist an den Randbereichen dieses bekannten Fotodetektors mit dem Auftreten unerwünschter Kriechströme zu rechren, die durch den pn-übergang hindurch bzw. über dessen Rand verlaufen. Femer ist ein lateraler Fotodetektor bekannt (US-PSIn addition, undesirable leakage currents that run through the pn junction or over its edge must be expected at the edge areas of this known photodetector. Furthermore, a lateral photodetector is known (US-PS 37 92 257), der eine Halbleiterplatte hat die auf ihrer einen Seite eine einen Lichtstrahl empfangende, mit einem Kontakt versehene Oberfläche hat während auf der gegenüberliegenden Oberfläche vier Kontakte um jeweils neunzig Grad relativ zueinander versetzt ange37 92 257), who has a semiconductor plate on its one side has a light beam receiving surface provided with a contact while on the opposite surface are four contacts offset by ninety degrees relative to each other ordnet sind. Dabei ist zur Erreichung eines linearen Aus gangssignals vorgesehen, den Widersland der Halbleiterplatte selektiv in Abhängigkeit von der jeweiligen Position zu verändern. Dies soll demnach durch Veränderung in der Stärke der Halbleiterplatte, durch Auf-are arranged. It is necessary to achieve a linear end output signal provided, the contradiction of the semiconductor plate selectively depending on the respective To change position. This should therefore be done by changing the thickness of the semiconductor plate, by bringen eines den Widerstand variierend reduzierenden oder erhöhenden Materials auf die Rückseite der Halbleiterplatte oder durch Aufbringen einer Anzahl von Punkten aus leitendem Material auf die Rückseite erfolgen.bring a resistance varying reducing or increasing material to the back of the semiconductor plate or by applying a number of Points made of conductive material on the back.

Diese zur Erhöhung der Linearität bekannten Maßnahmen sind mit hohem Herstellungsaufwand verbunden. Dies würde insbesondere für solche Fotodetektoren gelten müssen, bei denen die wirksame Detektorfläche durch Elektrodenpaare definiert ist, die auf einanderThese known measures for increasing the linearity are associated with high manufacturing costs. This would have to apply in particular to those photodetectors in which the effective detector area is defined by pairs of electrodes that are placed on top of one another gegenüberliegenden Oberflächen einer Halbleiterplatte angeordnet sind.opposite surfaces of a semiconductor plate are arranged.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einem Fotodetektor der eingangs erwähnten Art die Linearität zu verbessern und gleichzeitig die KriechThe object of the present invention is, in a photodetector of the type mentioned improve the linearity while reducing the creep ströme zu reduzieren.reduce currents.

Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Detektors angegeben werden.Furthermore, a method for producing such a detector is to be specified.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abschnitte der Widerstandsschichten, die innerThis object is achieved in that the portions of the resistance layers, the inner halb der wirksamen Detektorfläche liegen, sowie der innerhalb der wirksamen Detektorfläche liegende pn-Übergang elektrisch von Außenbereichen der Widerstandsschichten abgetrennt sind. Durch die Isolierung der wirksamen Detektorflächehalf of the effective detector area, as well as the pn junction located within the effective detector area are electrically separated from the outer areas of the resistance layers. By isolating the effective detector area gegenüber den Außenbereichen wird die Feldverteilung in der Detektorfläche linearisiert, so daß die Beziehung !wischen den Ausgangssignalen des Detektors einerseits und der Position des Auftreffpunktes eines einfallenden Lichtstrahls auf der Detektorfläche andererseitsthe field distribution is compared to the outside areas linearized in the detector surface, so that the relationship between the output signals of the detector on the one hand and the position of the point of impact of an incident light beam on the detector surface on the other hand eine äußerst gute Linearität hat Weiterhin wird der Bereich reduziert, durch den Kriechströme durch den pn-Übergang führen können. Dadurch wird der Gesamtkriechstrom durch den Detektor reduziert. Unerwünschte Randeffekte werden auf diese Weise ebenfallshas extremely good linearity. Furthermore, the area is reduced through which leakage currents through the pn junction can lead. This reduces the total leakage current through the detector. Undesired edge effects are avoided this way as well herabgesetzt.degraded.

Ferner sieht die Erfindung vor, daß zwischen den innerhalb der wirksamen Detektorfläche liegenden Abschnitten der Widerstandsschichten so-vie dem innerhalb der wirksamen Detektorfläche liegenden pn-Über-Furthermore, the invention provides that between the sections of the resistance layers lying within the effective detector surface as well as the pn over- gang einerseits und den Außenbereichen der Widerstandsschichten andererseits elektrisch isolierende Trennbereiche in einer der Rechteckanordnung der Elektroden eng folgenden Anordnung vorgesehen sind.gang on the one hand and the outer areas of the resistance layers on the other hand electrically insulating Separation areas are provided in an arrangement closely following the rectangular arrangement of the electrodes.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines lateralen Fotodetektors schlägt vor, daß die Abtrennung der Abschnitte der Widerstandsschichten sowie des pn-Obergangs durch Ätzen erfolgtThe inventive method for producing a Lateral photodetector suggests separating the sections of the resistive layers as well of the pn transition is carried out by etching

Eine bevorzugte Ausführungsform dieses Verfahrens besteht erfindungsgemäß darin, daß die Ätzung als ME-SA-Ätzung vorgenommen wird.According to the invention, a preferred embodiment of this method consists in that the etching is carried out as ME-SA etching is made.

im folgenden Teil der Beschreibung wird eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes anhand einer Zeichnung beschrieben, welche zeigtin the following part of the description there will be an embodiment of the subject matter of the invention described with reference to a drawing which shows

F i g. 1 eine Ausführungsform eines lateralen Fotodetektors, wobei dessen Stärke zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt ist.F i g. 1 an embodiment of a lateral photodetector, its strength is shown exaggerated for clarity.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist der Detektor, den die vorliegende Erfindung betrifft, eine Halbleiterplatte 1 aus dotiertem Silizium, einen sogenannten Wafer, auf. In Anbetracht der angewendeten Herstellungsverfahren und der Schwierigkeiten bei der Behandlung dieser zerbrechlichen Wafer haben derartige Halbleiterplatten fast ohne Ausnahme die Form einer kreisförmigen Scheibe. Auf jeder Seite der Halbleiterplatte 1 ist eine Widerstandsschicht 2,3 Angeordnet. Die Höhe des Widerstandes hängt ab von der jeweiligen Anwendung, wobei 10 bis 200 Ohm χ Meter übliche Werte darstellen. Die Widerstandsschichten 2,3 werden durch Dotieren hergestellt, und in Verbindung mit einer Widerstandsschicht 2 wird am Übergang zwischen dieser Schicht und der eigentlichen Halbieiterplatte ein pn-Übergang 17 angeordnet Jede Widerstandsschicht 2,3 ist mit einem Paar von länglichen, parallel verlaufenden Elektroden 4,5 bzw. 6,7 versehen.As can be seen from the drawing, the detector the present invention relates to a semiconductor plate 1 made of doped silicon, a so-called Wafer, on. In view of the manufacturing process used and the difficulties encountered in the Treatment of these fragile wafers, such semiconductor wafers have almost without exception the shape of a circular disc. A resistance layer 2, 3 is arranged on each side of the semiconductor plate 1. The level of resistance depends on the application in question, with 10 to 200 ohm χ meters being common Represent values. The resistance layers 2,3 are produced by doping, and in connection with a resistive layer 2 is at the junction between these Layer and the actual semiconductor plate, a pn junction 17 is arranged. Each resistance layer 2, 3 is provided with a pair of elongated, parallel electrodes 4,5 and 6,7 respectively.

Wenn man die Stärke der Halbleiterplatte 1 außer Betracht läßt, dann können die Positionen der Elektrodenpaare 4,5 bzw. 6.7 so definiert werden, daß einander gegenüberliegende Seiten eines Elektrodenpaares sich längs zweier einander gegenüberliegender Seiten, eines Rechtecks erstrecken, während die einander gegenüberliegenden Seiten des anderen Elektrodenpaares längs der anderen beiden Seiten des gleichen Rechtecks verlaufen, wobei dieses Rechteck die im Idealfall ausnutzbare Detektorfläche 8 einschließt Die Elektroden 4, 5 bzw. 6, 7 sind jeweils an einen nicht dargestellten Subtrahierer angeschlossen. Wenn ein Lichtstrahl 9 in einem Punkt 10 auf die Detektorfläche 8 trifft dann bewirkt die Energie dieses Strahls einen Fotostrom durch den pn-Übergang 17. Da dieser in entgegengesetzter Richtung über die Elektroden 4,5 bzw. 6,7 vorgespannt ist, wird nur über die Widerstandsschichten 2, 3, die Elektrodenpaare 4,5 bzw. 6,7 und nicht gezeigte außerhalb liegende elektronische Bauelemente ein Stromkreis geschlossen. Abhängig davon, wo der Lichtstrahl 9 auf die Detektorfläche 8 trifft, wird der Strom unterschiedlich auf die verschiedenen Elektroden verteilt, und auf diese Weise wird eine verhältnismäßig lineare Anzeige der Stelle des Auftreffpunktes 10 in imaginären X- und Y- Achsen auf dem Detektor erreicht.If you disregard the thickness of the semiconductor plate 1, then the positions of the electrode pairs 4, 5 and 6,7 can be defined so that opposite sides of an electrode pair extend along two opposite sides of a rectangle, while the opposite sides of the Another pair of electrodes run along the other two sides of the same rectangle, this rectangle enclosing the detector surface 8 that can ideally be used. The electrodes 4, 5 and 6, 7 are each connected to a subtracter (not shown). When a light beam 9 hits the detector surface 8 at a point 10, the energy of this beam causes a photocurrent through the pn junction 17. Since this is biased in the opposite direction via the electrodes 4, 5 and 6, 7, it is only via the resistance layers 2, 3, the electrode pairs 4, 5 and 6, 7 and not shown external electronic components form a circuit. Depending on where the light beam 9 hits the detector surface 8, the current is distributed differently to the various electrodes, and in this way a relatively linear display of the location of the point of impact 10 in imaginary X and Y axes on the detector is achieved.

Um nichtlineare Randeffekte, die normalerweise bei der Art der beschriebenen Detektoren auftreten, zu vermeiden, werden die Abschnitte 11, 12 jeder Wider-Standsschicht 2, 3, die innerhalb der durch das zuvor beschriebene Rechteck bestimmten Fläche liegen, erfindungsgemäß von den außerhalb des Rechtecks angeordneten Außenbereichen 13, 14 der Widerstandsschichter 2, 3 abgegrenzt, wobei diese Abgrenzung durch durchgeäiztr; Trennbereiche 15,16 bewirkt wird. die sich durch die Widerstandsschichten 2,3 erstrecken. In der Widerstandsschicht 2 nahe dem pn-Übergang 17 wird die Ätzung so tief durchgeführt, daß sichergestellt wird, daß der geätzte Bereich auch durch den pn-Übergang hindurchreicht Die verbesserte Linearität wird somit dadurch erreicht daß verhindert wird, daß der Strom durch die Außenbereiche 13,14 der Widerstandsschichten 2,3 fließen kann, wobei diese Außenbereiche 13,14 außerhalb der im Idealfall wirksamen Detektorfläche 8 liegen, die durch das zuvor erwähnte Rechteck bestimmt istIn order to avoid non-linear edge effects, which normally occur with the type of detectors described, become the sections 11, 12 of each resistor layer 2, 3, which lie within the area determined by the rectangle described above, according to the invention of the outer regions 13, 14 of the resistance layers arranged outside the rectangle 2, 3 delimited, whereby this delimitation by durchgeiztr; Separation areas 15,16 is effected. which extend through the resistance layers 2, 3. In the resistance layer 2 near the pn junction 17 the etching is carried out so deep that it is ensured that the etched area also passes through the pn junction The improved linearity is thus achieved by preventing the Current can flow through the outer areas 13.14 of the resistance layers 2.3, these outer areas 13, 14 outside the ideally effective detector area 8, which is determined by the aforementioned rectangle

Jeder Trennbereich 15,16, der vorzugsweise vom sogenannten MESA-Typ ist erstreckt sich im wesentlichen zwischen den Enden des Paares einander gegenüberliegender Elektroden 4, 5 bzw. 6, 7 und außerhalb dieser Elektroden in einem geschlossenen »Ring«, vorzugsweise nicht in unmittelbarem Kontakt mit den Elektroden. Die von den Elektroden 4,5 und 6, 7 umschriebene Detektorfläche 8 ist als Ergebnis der Ätzung von den Außenbereichen 13,14 isoliertEach separation area 15, 16, which is preferably from the so-called MESA-type is essentially extending between the ends of the pair of opposite one another Electrodes 4, 5 or 6, 7 and outside these electrodes in a closed "ring", preferably not in direct contact with the electrodes. The circumscribed by electrodes 4, 5 and 6, 7 The detector surface 8 is isolated from the outer regions 13, 14 as a result of the etching

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Lateraler Fotodetektor, bei dem fotoelektrische Signale dazu benutzt werden, die Position eines beleuchteten Punktes auf der wirksamen Detektorfläche zu definieren, mit einer Halbleiterplatte, die auf zwei gegenüberliegenden Oberflächen mit jeweils einer Widerstandsschicht abgedeckt ist und einen die beiden Widerstandsschichten trennenden pnübergang aufweist, und mit Elektrodenpaaren, die so auf den Widerstandsschichten angeordnet sind, daß jede Widerstandsschicht 3iit einem Elektrodenpaar versehen ist und jedes Elektrodenpaar gegenüberliegende Seiten eines Rechtecks besetzt welches bei Projektion der Elektrodenpaare auf eine zur Halbleiterplatte parallele Ebene entsteht und die wirksame Detektorfläche bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (11; 12) der Widersta^oBschichten (2; 3), die innerhalb der wirksamen Öetektorfläche (8) Hegen, sowie der innerhalb der wirksamen Detektorfläche liegende pn-Übergang (17) elektrisch von Außenbereichen (13; 14) der Widerstandsschichten (2; 3) abgetrennt sind.1. Lateral photodetector, in which photoelectric signals are used to define the position of an illuminated point on the effective detector surface, with a semiconductor plate which is placed on two opposing surfaces are each covered with a resistive layer and one has pn junction separating the two resistance layers, and with electrode pairs that are arranged on the resistance layers so that each resistance layer 3i is provided with a pair of electrodes and each pair of electrodes occupies opposite sides of a rectangle which when the electrode pairs are projected onto one A plane parallel to the semiconductor plate is created and forms the effective detector surface, characterized in that the sections (11; 12) of the Resistance layers (2; 3) which lie within the effective detector surface (8), as well as those within the active detector surface lying pn junction (17) electrically from outer areas (13; 14) of the Resistance layers (2; 3) are separated. 2. Lateraler Fotodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den innerhalb der wirksamen Detektorfläche (8) liegenden Abschnitten (11; 12) der Widerstandsschichten (2; 3) sowie dem innerhalb der wirksamen Detektorfläche (8) liegenden pn-Obergang (17) einerseits und den Außenbere.chen (13; 14) der Widerstandsschichten (2; 3) andererseits elektrisch isolierende Trennbereiche (15; 16) in einer der Rechteckanoranung der Elektroden (4, 5; 6, 7) eng fügenden Anordnung vorgesehen sind.2. Lateral photodetector according to claim 1, characterized in that between the inside the effective detector surface (8) lying sections (11; 12) of the resistance layers (2; 3) as well as the pn junction (17) lying within the effective detector surface (8) on the one hand and the Outer areas (13; 14) of the resistance layers (2; 3), on the other hand, electrically insulating separating areas (15; 16) in one of the rectangular arrangements of the Electrodes (4, 5; 6, 7) are provided in a closely fitting arrangement. 3. Verfahren zur Herstellung eines lateralen Fotodetektors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Abschnitte (11; 12) der Widerstandsschichten (2; 3) sowie des pn-Obergangs (17) durch Ätzen erfolgt3. A method for producing a lateral photodetector according to one of the preceding claims, characterized in that the separation the sections (11; 12) of the resistance layers (2; 3) and the pn junction (17) are carried out by etching 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Ätzung als M ESA-Ätzung vorgenommen wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the etching is carried out as M ESA etching.
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