DE2723388A1 - Fotodiode mit erhoehter empfindlichkeit fuer uv- und blaulicht - Google Patents
Fotodiode mit erhoehter empfindlichkeit fuer uv- und blaulichtInfo
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Description
- Fotodiode mit erhöhter Empfindlichkeit für W- und Blaulicht
- Die Erfindung betrifft eine Fotodiode mit erhöhter Empfindlichkeit für W- und Blaulicht, die aus einem Halbleiterkörper mit zwei Elektroden besteht, zwischen denen ein pn-Ubergang angeordnet ist.
- Fotodioden üblicher Bauart bestehen aus einem Halbleiterkörper mit zwei schichtartig übereinander angeordneten, entgegengesetzt dotierten Gebieten, wobei der entstehende pn-Übergang sich in geringem Abstand parallel zu der dem Licht auszusetzenden Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckt. Die beiden entgegengesetzt dotierten Gebiete werden über entsprechende Elektroden in Sperrichtung gepolt, so daß die vom einfallenden Licht erzeugten Ladungsträgerpaare zu den Elektroden abgezogen werden und zu einer der Intensität des Lichtes proportionalen Erhöhung des Sperrstromes führen. Da Jedoch kurzwelliges Licht nicht tief in den Halbleiter eindringt und die erzeugten Elektron-Loch-Paare sehr schnell wieder über Oberflächenzustände rekombinieren können, nimmt die Empfindlichkeit dieser Fotodioden zum UV-Bereich hin stark ab. Bei diffundierten pn-Dioden ist ferner gerade an der Oberfläche die Lebensdauer der Minoritätsträger sehr klein, da hier durch die Diffusion die größten Kristallfehlerdichten entstanden sind, was zu einer weiteren Verschlechterung der UV-Empfindlichkeit führt.
- Man hat schon versucht, den pn-Übergang möglichst dicht an die Oberfläche zu legen und die Dotierungskonzentration an der Oberfläche klein zu halten. Das Problem, die (aufgrund der unterschiedlichen Eindringtiefe von Photonen unterschiedlicher Wellenlänge auftretende) unterschiedliche Empfindlichkeit der Fotodioden für Rot- und Blaulicht auszugleichen, ist dadurch Jedoch noch nicht in befriedigender Weise gelöst.
- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit von Halbleiter-Fotodioden zum Bereich kurzwelligen Lichtes hin auszudehnen.
- Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der pn-Übergang im wesentlichen als vergrabene Schicht in geringem Abstand unter der dem Licht auszusetzenden Oberfläche des Halbleiterkörpers ausgebildet ist und daß die vergrabene Schicht mit der einen Elektrode verbunden ist.
- Die Fotodiode weist also einen im wesentlichen dreischichtigen Aufbau auf. Sie kann z.B. aus einem n-dotierten Substrat, etwa Silizium, Germanium oder III,V-Verbindungen bestehen, in das in geringem Abstand, vorzugsweise etwa 0,2 bis 1 /um, unterhalb der dem Licht auszusetzende Oberfläche eine dünne p-dotierte Schicht eingebettet ist. Diese Abstände sind so gewählt, daß sich - wird der pn-Übergang an der vergrabenen Schicht in Sperrichtung gepolt - eine Verarmungszone ausbildet, die sich bis zu der dem Licht auszusetzenden Oberfläche erstreckt. Die Dicke dieser p-dotierten Schicht kann vorteilhaft etwa 0,5 bis 2 um betragen. Zur Kontaktierung der vergrabenen Schicht mit der einen Elektrode ist ein sich von der vergrabenen Schicht bis zur Oberfläche des Halbleiterkörpers erstreckendes, ebenfalls p-dotiertes Ubergangsgebiet vorgesehen. Vorteilhaft ist der Übergang zur Elektrode stärker (p+-)dotiert. Selbstverständlich kann gemäß der Erfindung die p- und n-Dotierung von Substrat und vergrabener Schicht auch entgegengesetzt gewählt werden.
- Ferner kann es vorteilhaft sein, eine passivierende und/ oder Reflex-vermindernde Schicht zum Schutz vor Alterung und zur optischen Anpassung auf die Halbleiteroberfläche aufzubringen, z.B. eine aufgedampfte Schicht aus Siliziumronoxid.
- Zur Herstellung dieser Fotodiode ist gemäß der Erfindung ein Verfahren vorteilhaft, bei dem in einem dotierten Halbleitersubstrat durch Ionenimplantation eine vergrabene Schicht und durch Diffusion eine Verbindung der vergrabenen Schicht mit der Substratoberfläche erzeugt wird. Das Substrat und - über das eindiffundierte Gebiet - die vergrabene Schicht werden in bekannter Weise mit Elektroden kontaktiert. So kann z.B. als Substrat ein n-dotiertes Silizium mit einer Dotierung zwischen 5 x 1014 und 5 x 1015 cm 3 verwendet werden. Die vergrabene Schicht kann durch Implantation von Boratomen, die mit 200 bis 300 kV beschleunigt werden, erzeugt werden. Die Flächenkonzentration dieser p-Dotierung beträgt dabei vorteilhaft 1012 bis in15 cm 2.
- Im Anschluß an die Ionenimplantation wird das Halbleitermaterial zur Heilung von Strahlungsschäden vorteilhaft getempert.
- Man kann die Fotodiode gemäß der Erfindung Jedoch vorteilhaft auch herstellen, indem zunächst ein dotiertes Halbleitermaterial an der Oberfläche z.B. durch Diffusion oder Implantation entgegengesetzt dotiert wird. Anschließend wird auf die antstandene, entgegengesetzt dotierte Schicht eine dünne epitaxiale zweite Schicht aus dem dotierten Halbleitermaterial aufgebracht. Um die vergrabene Schicht mit der entsprechenden Elektrode kontaktieren zu können, wird durch Diffusion eine Verbindung der freien Oberfläche mit der vergrabenen Schicht erzeugt, die im gleichen Sinn wie die vergrabene Schicht dotiert ist.
- Anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Figur wird das Wesen der Erfindung näher erläutert.
- Die Figur zeigt einen Ausschnitt aus dem Halbleiterkörper 1, der aus einem mit 1015 Phosphoratomen/cm3 dotierten Silizium besteht und an seiner Grundfläche mit einer Aluminiumelektrode 2 kontaktiert ist. Nach entsprechender Abdeckung wird der Halbleiterkörper durch die dem Licht auszusetzende Oberfläche 3 mit etwa 1014 Borionen/cm2 bei einer Beschleunigungsspannung von 250 kV implantiert.
- Aufgrund der ziemlich scharf definierten Eindringtiefe der Borionen entsteht dicht unter der Oberfläche 3 eine p-dotierte, vergrabene Schicht 4 geringer Dicke. Durch Diffusion von Borionen ist ein p+-dotiertes Verbindungsgebiet 5 zwischen der vergrabenen Schicht 4 und der Oberfläche 3 hergestellt, das mit einer Aluminiumelektrode 6 kontaktiert ist. Die Bor-Diffusion wird zweckmäßig vor der Implantation vorgenommen, damit die implantierte Schicht nicht verläuft. Die vergrabene Schicht 4 ist dabei als vergrabene Insel ausgebildet, d.h., das n-dotierte Gebiet umgibt das p-dotierte Gebiet an drei Seiten und reicht teilweise bis zur Oberfläche 3. Die p-dotierte vergrabene Schicht ist über das p+-dotierte Gebiet 5 mit der Elektrode 6 verbunden. Zur Isolation der Elektrode 6 von der n-dotierten Oberfläche des Gebietes 7 ist eine Isolierschicht 8 aus SiO2 vorgesehen.
- Zum Betrieb der Fotodiode werden die Elektroden so gepolt, daß sich die Raumladungszone auf der einen Seite bis an die dem Licht auszusetzende Oberfläche 3 ausdehnt. Das in ihr herrschende elektrische Feld sorgt nun dafür, daß die vom einfallenden Licht erzeugten Minoritätsträger sofort von der Oberfläche abgesaugt werden und ins Halbleiterinnere driften. Es besteht also keine grof)e Wahrscheinlt hkeit für eine Rekombination über Oberflächenzustände, da die Minoritätsträger nur eine sehr kurze Zeit in Nähe der Oberfläche verweilen. Andererseits bleibt die Empfindlichkeit für langwelliges Licht groß, da die von tiefer eindringenden Photonen erzeugten Ladungsträgerpaare von dem Teil der Raumladungszone, die sich von der vergrabenen Schicht 4 ins Halbleiterinnere erstreckt, erfaßt werden.
- Die Fotodiode kann z.B. in üblicher Weise im integrierenden Verfahren betrieben werden, wobei das elektrische Feld an der Oberfläche abgebaut wird. Vorteilhaft wird sie Jedoch so betrieben, daß das Signal als Strom zwischen vergrabener Schicht und Substrat entnommen wird und die Raumladungszone und somit das elektrische Feld an der Oberfläche erhalten bleibt.
- 7 Patentansprüche 1 Figur Leerseite
Claims (7)
- Patentansprüche 1. Fotodiode mit erhöhter Empfindlichkeit für UV- und Blaulicht, bestehend aus einem Halbleiterkörper mit zwei Elektrodon, zwischen denen ein p-Ubergang angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der pn-Übergang im wesentlichen als vergrabene Schicht (4) in geringem Abstand unter der dem Licht auszusetzenden Oberfläche (3) des Halbleiterkörpers (1) ausgebildet ist und daß die vergrabene Schicht mit der einen Elektrode (6) verbunden ist.
- 2. Fotodiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeihnet, daß das Ubergangsgebiet (5) zwischen der vergrabenen Schicht (4) und der Elektrode (6) stärker dotiert ist als die vergrabene Schicht.
- 3. Fotodiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper n-dottiertes Silizium init einer Dotierung zwischen 5x1014 und 5x1015 cm-3 und die vergrabene Schicht Boratome mit einer Plächenkonzentration 12 zwischen 1012 und 1015 cm 2 enthtilt..
- 4. Fotodiode nach einem der Ansprüche 1 bis a , dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche mit einer passivierenden Antireflexschicht überzogen ist
- 5. Verfahren zur Herstellung der Fotodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem dotierten Halbleitermaterial durch Ionenimplantation eine entgegengesetzt dotierte, vergrabene Schicht und durch Diffusion ein Übergangsgebiet zwischen der vergrabenen Schicht und der dem Licht auszusetzenden Oberfläche des Halbleiterkörpers erzeugt wird und daß das dotierte Gebiet des Halbleiterkörpers und das entgegengesetzt dotierte Ubergangsgebiet in bekannter Weise mit Elektroden kontaktiert wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, daß als halbleitermaterial n-dotiertes Silizium und zur Ionenimplatation mit 200 bis 300 kV beschleunigte Borionen verwendet werden und daß anschließend durch Temperung Strahlungsschäden ausgebeilt werden.
- 7. Verfahren zur Herstellung der Fotodiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche einer ersten dotierten Halbleiterschicht entgegengesetzt dotiert wird, daß auf der entstehenden, entgegengesetzt dotierten Oberflächenschicht anschließend eine dünne epitaxiale zweite Schicht des dotierten Halbleitermaterials aufgebracht wird, daß ein Teil der erzeugten freien Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht bis zum antgegengesetzt dotierten Schicht durch Diffusion ebenfalls entgegengesetzt dotjert wird und daß der p-dotierte @il und der n-dotierte Teil des entstandenen Halbleiterkörpers jeweils mit wenigstens einer Elektrode kontaktiert wird.
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| DE19772723388 DE2723388A1 (de) | 1977-05-24 | 1977-05-24 | Fotodiode mit erhoehter empfindlichkeit fuer uv- und blaulicht |
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Publications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3637817A1 (de) * | 1985-11-08 | 1987-05-14 | Nissan Motor | Hochempfindliche photodiode |
-
1977
- 1977-05-24 DE DE19772723388 patent/DE2723388A1/de not_active Withdrawn
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