DE2914770C2 - Lawinen-Photodiode - Google Patents

Lawinen-Photodiode

Info

Publication number
DE2914770C2
DE2914770C2 DE2914770A DE2914770A DE2914770C2 DE 2914770 C2 DE2914770 C2 DE 2914770C2 DE 2914770 A DE2914770 A DE 2914770A DE 2914770 A DE2914770 A DE 2914770A DE 2914770 C2 DE2914770 C2 DE 2914770C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor layer
layer
photodiode
radiation
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE2914770A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2914770A1 (de
Inventor
Mario Milano Conti
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telecom Italia SpA
Original Assignee
CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA filed Critical CSELT Centro Studi e Laboratori Telecomunicazioni SpA
Publication of DE2914770A1 publication Critical patent/DE2914770A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2914770C2 publication Critical patent/DE2914770C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4204—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms
    • G02B6/4212—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms the intermediate optical element being a coupling medium interposed therebetween, e.g. epoxy resin, refractive index matching material, index grease, matching liquid or gel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/035281—Shape of the body
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Description

In diesem Fall ist tatsächlich die Strahlungseintrittsfläche aus den beschriebenen Gründen durch die Dicke der JT-Schicht, die im allgemeinen unter 100 um liegt, und durcii die Breite der Photodiode begrenzt, so daß die örtliche Anordnung der Lichtquelle, die im allgemeinen mit der End-Schnittfläche der optischen Faser zusammenfällt, extrem kritisch wird. Außerdem wird die die ^-Schicht quer durchsetzende Lichtstrahlung teilweise in den Bereichen absorbiert, die entlang dem Rand der Photodiodenstruktur liegen und im Sinne J5 der Erzeugung von für Leitungs- und Multiplikationseffekte nützlichen Ladungen kaum aktiv sind.
Das Problem, die Anforderungen an die Strahlungsabsorption einerseits und die Ansprechgeschwindigkeit andererseits mit einem einzigen Bauelement zu erfüllen, *° ist auch bei anderen Photodioden bekannt, nämlich bei Silizium-Dünnfilm-p-i-n-Photodioden (IEEE Transactions on Electron Devices, Bd. ED-25, Nr. 2, Seiten 247 bis 253, 1978). Dort wird eine größere Eindringtiefe der Strahlungen im langen Wellenbereich trotz beschränkter Schichtdicke unter Anwendung des Prinzips, das einfallende Licht und die erzeugten Ladungsträger verschiedene Wege in der betreffenden Halbleiterschicht zurücklegen zu lassen, dadurch erreicht, daß das Licht in der Halbleiterschicht ein- oder mehrfach reflektiert wird. Die betreffende Halbleiterschicht ist hierzu an ihrer Oberseite mit einem metallenen Reflektor überzogen und weist auch an ihrer Unterseite eine Reflexionsschicht auf. Die Beleuchtung erfolgt durch ein Fenster in der oberen Reflexionsschicht. Hierbei ist es auch bekannt, die untere Reflexionsfläche sägezahnförmig auszubilden, wobei sie als zerstreuender Spiegel Verwendung findet und auch hochreflektierend ausgeführt sein muß. Die hochreflektierend, aus Gold mit Titan oder Aluminium mit Chrom ausgeführten Reflexionsschichten erhöhen indessen einerseits den Herstellungsaufwand aufgrund der geforderten Präzision und erniedrigen andererseits die Lichteintrittsquote. Ist indessen die lichteintrittsseitige Reflexionsschicht weggelassen, so daß das reflektierte Licht dort wieder austritt oder allenfalls bei schrägem Auftreffen auf die Eintrittsfläche totalreflektiert wird, so ist andererseits die erzielte Wegverlängerung des Lichts in der Schicht noch nicht optimal.
Zur Vermeidung von Reflexionsverlusten beim Lichteintritt in das Bauelement ist eine Sägezahnrillung oder sonstige Profiüerung der Lichteintrittsfläche bekannt (US-PS 31 50 999). Die durch die Einstrahlung beeinflußte Sperrschicht folgt dem aufgezeigten Profil 5 und wird von teilreflektierten Strahlungsmengen unter Umständen erneut getroffen. Eine Verlängerung des für die Strahlenabsorption zur Verfugung stehenden Wegs wird jedoch hierbei nicht erzielt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine i< > Lawinen-Photodiode, der aus dem Aufsatz in »Philips technische Rundschau« bekannten Bauart, dahingehend zu verbessern, daß sie sowohl eine hohe Ansprechempfindlichkeit und ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis als auch eine zufriedenstellende Ansprechgeschwindigkeit is für Lichtsignale mit Wellenlängen in Bereichen aufweist, für die der Absorptionskoeffizient niedrig ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Lawinen-Photodiode gelöst, bei der ohne Komplikation der Anordnung der Lichtquelle der Strahlungsweg weitgehend schräg in der jr-Schicht verläuft und insofern, je nach Einfallswinkel, erheblich verlängert ist, während andererseits das einfallende Licht auf einen in der Summe doch noch relativ breiten Bereich der Diode aufgestrahlt werden kann. Die Maßnahme nach Anspruch 2 dient der leichteren Herstellung und dem Oberflächenreflexionsschutz. Die erfindungsgemäße Photodiode kann im wesentlichen nach bekannten Techniken (IEEE Transactions on Electron Devices, Bd. ED-14, Nr. 5, Seiten 239 bis 251, so 1967) hergestellt werden, wobei man dann das Sägezahnprofil auf der .τ-Schicht durch Anwendung von Maskierungs- und Ionenätztechniken erzeugt und anschließend die vierte leicht dotierte p-leitende Schicht und auf dieser die Antereflex-Schicht aufbringt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung, deren einzige Figur einen Längsschnitt durch eine Lawinen-Photodiode mit hoher w Ansprechempfindlichkeit zeigt.
Über eine optische Faser FO, deren Ende in der Zeichnung dargestellt ist, wird Lichtstrahlung zu der Lawinen-Photodiode übertragen. In Abstimmung auf die End-Schnittfläche der Faser können noch Linsen zum Fokussieren der austretenden Lichtstrahlung vorhanden sein, anderenfalls kann auch diese Schnittfläche selbst nach bekannter Technik und entsprechenden Gesetzten konvex geformt sein. Es können auch Fluide für eine korrekte Anpassung des Brechungsindex im Raum zwischen der Endfläche der Faser FO und der Photodiode angeordnet sein, beispielsweise Flüssigkeiten, Klebemassen usw. In der Zeichnung ist ein Tropfen 9 einer solchen Anpassungsmasse, in die das Ende der optischen Faser FO eingebettet ist, dargestellt.
Die Photodiode ist in einem Gehäuse eingeschlossen, dessen eine Innenwand C zugleich als Elektrode, und zwar im beschriebenen Fall als Kathode des Bauelements, sowie als Wärmeradiator für die notwendige Kühlung dient. Der elektrische Kontakt zwischen der Innenwand Cund dem Halbleiterbauelement sowie die korrekte Anordnung des Halbleiteraufbaus werden durch eine Metallschicht 1 sichergestellt, die allgemein aus Gold besteht und einerseits integral mit dem Halbleiterbauelement ausgebildet ist und andererseits mit der Innenwand Cdes Gehäuses verlötet ist. Mit der Metallschicht 1 steht im Halbleiterbauelement eine stark mit Atomen eines fünfwertigen Elements dotierte erste Siliziumschicht, nämlich eine nT-Halbleiterschicht 2 in Verbindung. Hieran schließt sich eine mit Atomen eines dreiwertigen Elements entgegengesetzt stark dotierte zweite p + -Halbleitersehicht3 an. Die Schichten 2 und 3 bilden eine gleichrichtende Sperrschicht, die für den richtigen Betrieb der Photodiode mit Hilfe einer geeigneten durch eine externe Spannungsquelle angelegten Potentialdifferenz in Sperrichtung vorgespannt sein muß.
Weiterhin schließt sich eine dritte Siliziumschicht 4 sehr hohen spezifischen Widerstands an, die in der Halbleiter-Photodetektor-Technik allgemein als jr-Halbleiterschicht bezeichnet wird und in der als Effekt von Photonenabsorption im Kristallgitter Elektron-Loch-Paare erzeugt werden. Die mittlere Dicke dieser Schicht schwankt in einem Bereich von 80 bis 150 μΐη in Abhängigkeit von den Anforderungen an die Ansprechgeschwindigkeit der Diode. Die untere Stirnfläche der jr-Schicht 4, also diejenige, die der Fläche mit Kontakt zu den die Sperrschicht bildenden Schichten 2 und 3 gegenüberliegt, hat ein Sägezahnprofil. Der Zweck dieser speziellen Konfiguration wird später bei der Beschreibung der Betriebsweise des Detektors erläutert.
Eine ringförmige Schicht, deren Querschnittsflächen 5' und 5" in der Zeichnung erkennbar sind, ist stark mit Atomen eines dreiwertigen Elements dotiert und stellt somit eine p + -leitende Halbleiterschicht dar. Die Funktion dieser Schicht, die als »Schutzring« bezeichnet wird, wird später beschrieben.
Unter der sägezahnförmigen Oberfläche der Schicht 4 ist eine vierte leicht dotierte p-Halbleiterschicht 6 in Kontakt mit einem metallischen Belag angeordnet, auf dem eine der Anode der Photodiode entsprechende Anschlußleitung 8 angelötet ist.
Entlang der Oberfläche der Schicht 6 erstreckt sich eine Antireflex-Schicht 7, die durch entsprechende chemische Verbindungen wie SiO2. S13N4 usw. dargestellt ist.
Im folgenden wird der Betrieb der Lawinen-Photodiode im Fall, daß ein Lichtstrahl den Halbleiteraufbau bestrahlt, beschrieben, wobei berücksichtigt wird, daß der hinsichtlich des Photonachweises aktivste Bereich der zwischen den Schichten 3 und 6 liegende Bereich ist mit einer seitlichen Begrenzung, die in der Zeichnung durch vertikale, von den beiderseitigen Rändern der Schicht 3 ausgehende Linien dargestellt würde.
Der von der Endfläche der optischen Faser FO ausgehende Lichtstrahl wird parallel zu den längeren Seiten und rechtwinklig auf die kürzeren Seiten der Sägezahn-Nuten der Schicht 6 aufgestrahlt, er durchtritt die Antrireflex-Schicht 7, dann die Schicht 6 und wird schließlich von der jr-Halbleiterschicht 4 absorbiert. Die Antiereflex-Schicht 7 ermöglicht es, daß der größte Teil der Strahlung in das Bauelement eintritt, und zwar aufgrund der Anpassung des Brechungsindex an der Trennfläche zwischen der Schicht 7 und dem Tropfen 9 der Anpassungsmasse.
Die in die π-Schicht 4 eingedrungenen Photonen kollidieren mit dem Kristallgitter und trennen die kovalenten Bindungen, wodurch hochmobile Elektron-Loch-Paare erzeugt werden. Das spezielle Profil der Strahlungseintrittsfläche und die Faserneigung in bezug zui Sperrschicht, wie sie in der Zeichnung dargestellt sind, auf die hier zur Entlastung der Beschreibung besonders verwiesen wird, ermöglichen es, daß die Photonen unmittelbar und sofort den aktiven Bereich des Bauelements beeinflussen, der, wie angegeben.
zwischen den Schichten 3 und 6 liegt und seitlich durch die von den Rändern der Schicht 3 aus vertikal durch die π-Schicht 4 verlaufenden Flächen begrenzt ist, die im Schnitt als vertikale Linien erscheinen würden, wobei keinerlei unnötige Wege in kaum aktiven Bereichen des Bauelements zurückgelegt werden müssen.
Außerdem ist die Absorptionsschicht, die von der Lichtstrahlung während ihrem Durchtritt durch den Halbleiter durchquert wird, erheblich dicker als die durchschnittliche Dicke der .T-Halbleiterschicht 4, was den Grund für die hohe Ansprechempfindlichkeit und die erhebliche Ansprechgeschwindigkeit der Lawinen-Photodiode darstellt.
Die in der jr-Halbleiterschicht 4 durch Photoabsorption erzeugten Ladungen folgen in ihrer Bewegung einer Vorzugsrichtung, die durch das zwischen der mit der Leitung S verbundenen Elektrode und der Innenwand Cliegende elektrische Feld bestimmt wird. Im einzelnen wandern die Löcher zur Anode, die, da das Bauelement in Sperrichtung gepolt ist. über die Leitung 8 mit der negativen Anschlußklemme der externen .Spannungsquelle verbunden ist. und die Elektronen wandern zur Kathode, die durch die Innenwand C gebildet wird und mit der positiven Klemme verbunden ist. Das Feld ist in der .τ-Halbleiterschicht 4 praktisch konstant, während es an der Sperrschicht zwischen der Schicht 2 und der Schicht 3 eine plötzliche Erhöhung durchmacht. Als Effekt dieses hohen elektrischen Feldgradienten nehmen die nahe der Sperrschicht eintreffenden Elektronen eine erhebliche Energie an, die es ihnen ermöglicht, die kovalenten Bindungen der Atome im Kristallgitiu, :,.ii dem mc- kollidieren, aufzubrechen, wodurch neue Elektron-Loch-Paare erzeugt werden.
Diese neuen Ladungsträger werden wiederum beschleunigt, es finden neue Kollisionen statt und die Erscheinung des Aufbrechens der Bindungen wiederholt sich, bis ein tatsächlicher Lawineneffekt erzeugt ist.
Der Sperrstrom durch die Photodiode wird durch diesen Multiplikritionseffekt erheblich erhöht, was der Grund dafür ist, daß die Photodiode eine hohe Empfindlichkeit für die cinfallendt Lir'.!strahlung aufweist.
Bei einer Verschmutzung dc~ Seitenfläche der Photodiode aufgrund «on Feucntigkeit. Staub oder sonstiger Anlagerung gasförmiger oder fester Materialien kann nachteiligerweise ein Oberflächen-Leckslrom fließen, der von der einfallenden Lichtstrahlung unabhängig ist. Solche Verunreinigungen bewirken eine Oberflächen-Konversion der .τ-leitenden Halbleiter-■ schicht 4 mit der niedrigen Akzeptor-Konzentration in einen η-leitenden Halbleiter mit bestimmter Donaloren-Konzentration, die von der Menge und Art der Verunreinigungen abhängt. Außer dieser Inversion erfolgt auch eine Erniedrigung der Dioden-Sperrspan-
H) nung und damit eine Erhöhung des Leckstroms.
Zur Vermeidung dieser Erscheinungen ist der Schutzring mit den Querschnittsflächen 5' und 5" vorgesehen. Er besteht aus einer stark dotierten ρ+ -Schicht, die aufgrund der sie charakterisierenden
ι1» hohen Akzeptor-Konzentration nicht leicht durch oberflächliche Verunreinigungen in eine n-leitende Schicht umgewandelt werden kann. Dieser Ring wirkt also als Schranke für die Oberflächen-Ladungsträger und verhindert so einen Leckstrom.
2t] Die Lawinen-Photodiode ist vorzugsweise folgendermaßen herstellbar:
In einem ersten Schritt wird in eine leicht dotierte p-leitende «τ-Schicht die zweite p-*-Halbleiterschicht diffundiert. Diese Diffusion findet in einer offenen
y> Röhre in einer aus dreiwertigen Elementen wie Bor bestehenden Atmosphäre statt. Gleichzeitig wird unter Maskierung der nicht interessierenden Zonen der Schutzring mit gleichen Dotierungscharakteristiken hergestellt.
ίο Auf der zuvor hergestellten p~ -Schicht wird dann in fiiiem zweiten Schritt eine n*-Diffusion durchgeführt und so die n- -p~-Diodensperrschicht erzeugt. Die η *-Diffusion erfolgt mit Verbindungen von fünfwertigen Elementen wie Phosphor.
ii> Auf der gegenüberliegenden S.iie der .τ-HaIbieiterschicht 4 hohen spezifischen Widerstands wird das Sägezahnprofii durch Anwendung von Maskierungsund Ionen- oder Piasmaütziechniken erhalten, beispielsweise in der aus S. Somekh, »Introduction to lon and
w Plasma Etching«, Journal of Vacuum Science and Technology, Band 13, 1976, Seiten 1003-1007, bekannten Weise. Sodann wird dort die vierte leicht dotierte p-leitende Schicht diffundiert. Der Schicht wird dann die Antireflex-Schicht 7 aufgelegt und es werden im oberen und im unteren Teil die Goldmetallisierungen für die Anschlüsse niedergeschlagen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Lawinen-Photodiode, die aus einer ersten ri+-Halbleiterschicht, einer zweiten ρ ^ -Halbleiterschicht, einer dritten ^r-Halbleiterschicht sehr hohen spezifischen Widerstands und einer vierten p-leitenden Halbleiterschicht aufgebaut ist und einen Schutzring aus p+-leitendem Halbleitermaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die die vierte p-leitende Halbleiterschicht (6) berührende Oberfläche der den sehr hohen spezifischen Widerstand aufweisenden dritten jr-Halbleiterschicht (4) eine Folge von Sägezaiinprofil-Nuten mit ungleichen Seiten aufweist, die die Lichtstrahlung etwa rechtwinklig zur kürzeren Seite und parallel zur längeren Seite empfangen.
2. Lawinen-Photodiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte p-leitende Halbleiterschicht (6) das gleiche Sägezahnprofil wie die dritte jr-Halbleiterschicht (4) aufweist und mit einer Antireflex-Schicht (7) beschichtet ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Lawinen-Photodiode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Photodioden, sofern sie für den Lichtnachweis in Kommunikationssystemen mit optischen Fasern eingesetzt werden sollen, müssen eine hohe Ansprechempfindlichkeit aufweisen, die definiert ist als das Verhältnis zwischen dem in der beleuchteten Photodiode fließenden Strom und der einfallenden optischen Leistung.
Die Ansprechempfindlichkeit von Photodioden ist von der Wellenlänge des einfallenden Lichts abhängig. Beispielsweise ist eines der Probleme bei bekannten, als Photodetektoren verwendeten Lawinen-Photodioden das nicht-optimale Verhalten beim Nachweis von Lichtsignalen mit Wellenlängen im Bereich zwischen 1,06 uns 1,2 μίτι. Die Übertragung von Lichtsignalen dieses Bereichs über optische Fasern ist aber besonders interessant, da dieser Bereich dem sogenannten »zweiten Fenster« der Fasern entspricht, wobei das Interesse hauptsächlich aus den wirtschaftlichen Vorteilen resultiert, die sich aus der erhöhten Leitungslänge zwischen den Leistungsverstärkern aufgrund der niedrigen Dämpfung in den optischen Fasern ergibt.
Die unzureichende Photodetektor-Ansprechempfindlichkeit beim Nachweis optischer Strahlungen bestimmter Wellenlängenbereiche beruht auf dem Aufbau der Lawinen-Photodiode und den Vorgängen in der Diode, wenn sie beleuchtet wird. Bei normalen Lawinen-Photodioden, wie sie z. B. bekannt sind aus dem Aufsatz im »Philips technische Rundschau«, Bd. 36, Nr. 7, Seiten 220 bis 226, 1976/77, trifft der einfallende Lichtstrahl rechtwinklig auf die η+-p+-Sperrschicht. Die Absorptionsdicke, also die Dicke der einen sehr hohen spezifischen Widerstand aufweisenden jr-Halbleiterschicht, in der die Elektrcn-Loch-Paare erzeugt werden und die sich von der η+-p+-Sperrschicht zur gegenüberliegenden vierten schwach p-dotierten Halbleiterschicht erstreckt, liegt in der Größenordnung von 20 bis 120 μιη und kann nicht weiter erhöht werden, ohne die Ansprechgeschwindigkeit der Photodiode zu beeinträchtigen, die im wesentlichen von der Übergangszeit der Ladungsträger in der π-Schicht abhängt. Der Absorptionskoeffizient des Materials ist in erheblichem Maße von der Wellenlänge abhängig und diese wegen
der Übergangszeit nicht weiter erhöhbare Dicke ist in bestimmten Wellenlängenbereichen, z. B. im Bereich zwischen 1,06 und 1,2 μιη, unzureichend, so daß nur ein Teil der Strahlung nachgewiesen wird. Hierdurch werden die Ansprechempfiiidüchkeit und die Rauschempfindlichkeit der als Photodetektor arbeitenden Photodiode im Vergleich zu ihrer Reaktion z. B. im Wellenlängenbereich von 0,7 bis 0,9 μπι verschlechtert. Eine mögliche Lösung dieses Problems besteht darin, die Lichtstrahlung parallel zur n+-p+-Sperrschicht einzustrahlen, wie es beispielsweise in einem Aufsatz »Research toward Optical Transmission Systems ...« von S.E. Miller, Proceedings of the IEEE, Dezember 1973, Seiten 1703 bis 1751, beschrieben ist. Auf diese Weise erstreckt sich die Absorptionsdicke entlang der gesamten Breite der Photodiode, die in der Größenordnung von Millimetern liegen kann, wodurch sich ein entsprechend besseres Verhalten ergibt. Jedoch bringt auch diese Lösung eine Anzahl von Nachteilen mit sich, die im wesentlichen auf der erheblich verminderten Fläche beruhen, über die die Lichtstrahlung eintreten kann, sowie auf der Tatsache, daß der Strahlungsweg nicht nur im aktiven Bereich innerhalb der Photodiode verläuft.
DE2914770A 1978-04-14 1979-04-11 Lawinen-Photodiode Expired DE2914770C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT67838/78A IT1172887B (it) 1978-04-14 1978-04-14 Foto rivelatore a valanga ad alta responsivita' e procedimento per la sua realizzazione

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2914770A1 DE2914770A1 (de) 1979-10-18
DE2914770C2 true DE2914770C2 (de) 1982-04-01

Family

ID=11305687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2914770A Expired DE2914770C2 (de) 1978-04-14 1979-04-11 Lawinen-Photodiode

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4321611A (de)
CA (1) CA1121491A (de)
DE (1) DE2914770C2 (de)
FR (1) FR2423060A1 (de)
GB (1) GB2019092B (de)
IT (1) IT1172887B (de)
NL (1) NL7902959A (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59127879A (ja) * 1983-01-12 1984-07-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置およびその作製方法
US4725870A (en) * 1985-11-18 1988-02-16 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Silicon germanium photodetector
JPH0815211B2 (ja) * 1986-09-25 1996-02-14 株式会社日立製作所 光配線式半導体集積回路
JP2706113B2 (ja) * 1988-11-25 1998-01-28 工業技術院長 光電変換素子
JPH0653538A (ja) * 1992-07-28 1994-02-25 Toshiba Corp 半導体受光素子
US5444270A (en) * 1994-11-04 1995-08-22 At&T Corp. Surface-normal semiconductor optical cavity devices with antireflective layers
JP2019165181A (ja) 2018-03-20 2019-09-26 株式会社東芝 光検出装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2320185A (en) * 1942-04-03 1943-05-25 Weston Electrical Instr Corp Photoelectric cell
US3150999A (en) * 1961-02-17 1964-09-29 Transitron Electronic Corp Radiant energy transducer
FR1339543A (fr) * 1962-06-08 1963-10-11 Europ Des Semi Conducteurs Soc Cellule photovoltaïque à haut rendement
DE2317222A1 (de) * 1973-04-06 1974-10-17 Licentia Gmbh Strahlungsempfaenger fuer ein optisches nachrichtenuebertragungssystem
US4135950A (en) * 1975-09-22 1979-01-23 Communications Satellite Corporation Radiation hardened solar cell
JPS52101990A (en) * 1976-02-21 1977-08-26 Hitachi Ltd Semiconductor device for photoelectric transducer and its manufacture
US4127932A (en) * 1976-08-06 1978-12-05 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method of fabricating silicon photodiodes
CA1080836A (en) * 1977-09-21 1980-07-01 Paul P. Webb Multi-element avalanche photodiode having reduced electrical noise
US4133698A (en) * 1977-12-27 1979-01-09 Texas Instruments Incorporated Tandem junction solar cell

Also Published As

Publication number Publication date
GB2019092A (en) 1979-10-24
IT7867838A0 (it) 1978-04-14
IT1172887B (it) 1987-06-18
DE2914770A1 (de) 1979-10-18
CA1121491A (en) 1982-04-06
GB2019092B (en) 1982-10-20
FR2423060A1 (fr) 1979-11-09
NL7902959A (nl) 1979-10-16
US4321611A (en) 1982-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE4039380C2 (de) Halbleiterphotodetektor
DE69128750T2 (de) Lichtempfindliches Bauelement
DE2660229C2 (de) Verfahren zum Herstellen eines Photoelements
DE3587496T2 (de) Lumineszenzdiode mit kantenemission.
DE3124238C2 (de)
EP0296371B1 (de) Photodetektor für Ultraviolett und Verfahren zur Herstellung
DE2631744C2 (de)
DE2624348A1 (de) Heterouebergang-pn-diodenphotodetektor
DE69128751T2 (de) Lichtempfindliches Bauelement
DE2914770C2 (de) Lawinen-Photodiode
DE68922117T2 (de) Halbleiterphotodiode.
DE2025476A1 (de) Photodiode
DE3917936A1 (de) Lichtelektrisches element
DE2812547C2 (de)
DE69428296T2 (de) Lichtdetektierende Halbleitervorrichtung
DE69305478T2 (de) Lawinen-Fotodiode
DE2715471A1 (de) Solarzelle
DE6926306U (de) Hochselektives elektromagnetisches strahlungsmessgeraet.
DE69220146T2 (de) Halbleiterfotodetektorvorrichtung
DE3202832C2 (de)
EP1705716A1 (de) Halbleiter-Photodetektor und Verfahren zum Herstellen desselben
DE2734726C2 (de) Verfahren zum Herstellen einer Silicium-Lawinen-Photodioden
DE3104030A1 (de) Roentgen- und/oder korpuskularstrahlungs-halbleiterdetektor in integrierter bauweise
DE69626547T2 (de) Ultradünner detektor für ionisierende strahlung und verfahren zur herstellung
DD158198A3 (de) Photodiode

Legal Events

Date Code Title Description
OAP Request for examination filed
OD Request for examination
OI Miscellaneous see part 1
D2 Grant after examination
8339 Ceased/non-payment of the annual fee