DE2930584A1 - Halbleitereinrichtung zur optischen dosismessung - Google Patents

Halbleitereinrichtung zur optischen dosismessung

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Description

i 1979 10556 Dr.ν.Β/Ε
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung
der Wissenschaften e.V.
Bunsenstraße 10, 3400 Göttingen
Halbleitereinrichtung zur optischen Dosismessung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für die Messung von Lichtmengen oder des Zeitintegrals des Produktes aus Belichtungsstärke und Belichtungsdauer, und Erzeugung eines diesen Größen entsprechenden elektrischen Signals werden Einrichtungen zur optischen Dosismessung benötigt. Solche "optischen Dosismesser" können in photoelektrischen Meß- und Regelgeräten, Zeitschaltern, optischen Speichereinrichtungen, Energie- und Leistungsmessern für intermittierenden Betrieb oder Dauerbetrieb verwendet werden.
Es ist z.B. aus der Veröffentlichung "Sov.Phys.Semicond."Band 10, Nr.2, Februar 1976, Seiten 128 bis 143 bekannt, daß bei manchen Halbleitern eine Photoleitung mit sehr langsamer Relaxation auftritt, d.h. daß die durch Beleuchtung erzeugte Leitfähigkeitserhöhung (Photoleitung) auch nach Beendigung der Beleuchtung noch relativ lange bestehen bleibt. Bei genügend niedrigen Betriebstemperaturen kann die Relaxationsdauer praktisch unendlich groß werden und man spricht in solchen und vergleichbaren Fällen von einer "gespeicherten Photoleitung".
Der Effekt der gespeicherten Photoleitung wurde bisher noch nicht für die optische Dosismessung ausgenützt, was vermutlich darauf zurückzuführen ist, daß eine voll befriedigende Erklärung für diesen Effekt
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noch ausstand und man daher auch nicht wußte, wie man eine ausreichende Reproduzierbarkeit erreichen kann, wie sie für industrielle Anwendungen unabdingbar ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitereinrichtung zur optischen Dosismessung anzugeben, welche reproduzierbar herstellbar ist und reproduzierbare Ergebnisse liefert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Einrichtung gelöst.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung gemäß der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Einrichtung gemäß der Erfindung enthält also eine Halbleiterschicht relativ hoher Leitfähigkeit, welche auf einem Halbleitersubstrat relativ niedriger Leitfähigkeit angeordnet ist. Am Übergang zwischen der Schicht und dem Substrat bildet sich infolge der unterschiedlichen Leitfähigkeiten eine Potentialschwelle aus. Durch die Photonen der optischen Strahlung, die durch eine dem Substrat abgewandte Oberfläche der Halbleiterschicht in diese einfallen und in dieser Schicht absorbiert werden, werden Ladungsträgerpaare (Majoritäts- und Minoritätsträger) erzeugt. Die in der Schicht erzeugten Minoritätsträger werden durch das Potential der Potential schwel Ie, das am Übergang eine Verarmungstone erzeugt, in den angrenzenden Bereich des Substrats transportiert, der tiefe Haftsteilen für diese Minoritätsträger enthält, so daß diese Minoritätsträger von den Haftstellen eingefangen und festgehalten werden. Die Halbleiterschicht ist dagegen möglichst weitgehend frei von tiefen Haftstellen sowohl für die Majoritäts- als auch für die Minoritätsträger, so daß weder das Abwandern der Minoritätsträger wesentlich behindert wird, noch die in der Schicht verbleibenden Majoritätsträger eingefangen werden, die als freie Ladungsträger zur Verfügung stehen und die durch die Belich-
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tung bewirkte, bleibende (persistente) Leitfähigkeitserhöhung, also die "gespeicherte Photoleitung" verursachen.
Eine für die Konstruktion der vorliegenden Einrichtungen wesentliche und neue Erkenntnis besteht darin, daß die Leitfähigkeitserhöhung infolge der gespeicherten Photoleitung zu einem wesentlichen Teil darin besteht, daß die Breite der Verarmungs- oder Raumladungszone, die sich am Übergang zwischen Schicht und Substrat einstellt,mit zunehmender Speicherung von Minoritätsladungsträgern in den tiefen Haftstellen des Substrats dünner wird, so daß der Leitungsquerschnitt, der in der Schicht zur Verfügung steht, entsprechend zunimmt. Wenn man also die Änderung der Dicke der Raumladungszone, die zwischen der Lichtdosis Null und einer bestimmten maximalen Lichtdosis eintritt, vergleichbar mit der Schichtdicke macht, so ergibt sich anfänglich (also bei niedriger Gesamtdosis) für eine vorgegebene Lichtdosis eine verhältnismäßig große Zunahme der mittleren Volumendichte der Majoritätsladungsträger in der Schicht, da die Majoritätsladungsträger in einem Potentialminimum in der Nähe der Mitte der Schicht gespeichert werden können. Dieses Minimum wird mit zunehmender Dosis flacher und höher, so daß die Majoritätsladungsträger nun zum substratseitigen Rand der Schicht wandern, wodurch die Raumladung, die durch die in den Haftstellen oder Fallen des Substrats gespeicherten Minoritätsladungsträger erzeugt wird, in zunehmendem Maße kompensiert wird. Dies bewirkt eine Verringerung der Dicke der Raumladungszone und damit eine entsprechende Vergrößerung der Dicke des Bereiches der Schicht, der als Leitungsquerschnitt für die freien Majoritätsladungsträger zur Verfügung steht.
Man kann auf diese Weise eine ziemlich weitgehend logarithm!sehe Abhängigkeit der Leitfähigkeitszunahme von der Lichtdosis und damit einen großen Meßbereich erreichen, wie er für eine optische Dosismessung wünschenswert ist. Die Einrichtung gemäß der Erfindung integriert also effektiv die Photonenzahl für die Leitfähigkeitsänderung.
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Die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und Ausführungsbeispiele und Einrichtungen gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Einrichtung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Schaltbild eines optischen Dosismessers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 4 ein Schaltbild eines anderen optischen Dosismessers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer zur Messung der Dosis optischer Strahlung geeigneten Halbleitereinrichtung gemäß der Erfindung, die einen monokristallinen Halbleiterkörper 10 aufweist.Der Halbleiterkörper 10 enthält eine Schicht 12 mit einer Oberfläche 14, durch die die zuerfassende optische Strahlung 16 einfällt. Die Oberfläche 14 braucht keine freie Oberfläche zu sein, auf ihr können sich z.B. noch eine reflexionsvermindernde Schichtstruktur, eine für die optische Strahlung durchlässige Schutzschicht und dgl. befinden, die jedoch für die Erfindung nicht wesentlich und daher nicht dargestellt sind.
Der Halbleiterkörper 10 enthält ferner ein Substrat 18 aus Halbleitermaterial.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht das Substrat 18 aus semi-isolierendem, mit Chrom dotieren Galliumarsenid.
Die Oberflächenschicht 12, die möglichst frei von tiefen Haftstellen sein soll, ist vorzugsweise eine dotierte Galliumarsenidschicht verhältnismäßig hohe" Leitfähigkeit. Die Oberflächenschicht 12 wird vorzugsweise epitaktisch auf dem Substrat 12, z.B. durch Flüssigkeits- oder Gasphasen-Epitaxieverfahren hergestelIt.
Der Unterschied der Leitfähigkeiten des Substrats 18 und der Oberflächenschicht 12 betragen vorzugsweise mindestens 2vorzugsweise mindestens 5 bis 10 Zehnerpotenzen.
Das Galliumarsenid der Oberflächenschicht 12 kann z.B. mit Selen und/oder Tellur dotiert sein. Die Beweglichkeit der Majoritätsladungsträger in der Oberflächenschicht is vorteilhafterweise möglichst groß und man wird daher die Oberflächenschicht 12 im allgemeinen η-leitend dotieren, da die Elektronenbeweglichkeit im allgemeinen höher liegt als die Defektelektronen- oder Löcherbeweglichkeit.
Die spezifische Leitfähigkeit der Oberflächenschicht 12 kann z.B.im Bereich von 0,01 bis 1000hm Cm~ liegen.
Die spezifische Leitfähigkeit des Substrats 18 muß sich von der der Oberflächenschicht 12 deutlich unterscheiden, damit im Übergangsbereich zwischen der Oberflächenschicht 12 und dem Substrat 18 eine Potential schwelle oder Barriere genügender Größe entsteht. Der Leitfähigkeitstyp des Substrats spielt keine direkte Rolle. Das Ferminiveau des Substrats soll ungefähr in der Mitte zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband liegen, was bei hochohmigen Substraten sowohl des n- als auch des p-Typs der Fall ist. Das Substrat muß nicht unbedingt schwach dotiert sein, der im Vergleich zur Überflächenschicht 12 hohe Widerstand kann auch durch eine geeignete Störstellenkompensation erreicht werden.
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ORIGINAL INSPECTED
Die Dicke D der Oberflächenschicht 12 ist wesentlich. Die Schichtdicke D soll vergleichbar mit der Dicke w~ der Raumladungs- oder Verarmungszone 20 sein, die aufgrund der zwischen Oberflächenschicht 12 und Substrat 18 vorhandenen Potential schwel Ie im Bereich des Überganges zwischen der Oberflächenschicht und dem Substrat 18 entsteht. Die Leitfähigkeitserhöhung aufgrund der gespeicherten Photoleitung beruht nämlich hauptsächlich auf einer Änderung der Dicke der Raumladungs- oder Verarmungszone 20, wie noch erläutert werden wird.
Ein weiteres wichtiges Merkmal der Einrichtung gemäß der Erfindung ist daß das Substrat 18 in einem der Oberflächenschicht benachbarten Bereich tiefe Haftstellen für die Minoritätsträger der Schicht aufweist. Im Gegensatz dazu soll die Oberflächenschicht 12 möglichst frei von tiefen Haftstellen sein. Eine gewünschte Haft- und Störstellenverteilung kann beispielsweise auch durch das bekannte Verfahren der Molekularstrahlepitaxie oder durch Ionenimplantation erreicht werden.
In der Einrichtung gemäß Fig. 1 und 2 spielen sich beim Einfall von Quanten optischer Strahlung 16 in die Schicht 12 nach den derzeitigen Erkenntnissen die folgenden Vorgänge ab. Die Quanten der Strahlung 16 erzeugen in der Schicht 12 Trägerpaare 22, also im Falle einer n-leitenden Schicht ein Elektron (-), das einen Majoritätsladungsträger darstellt , und ein Defektelektron oder Loch (+), das einen Minoritätsladungsträger darstellt. Die Minoritätsladungsträger (+) werden durch den Potentialgradienten der Raumladungszone 20 in das Substrat 18 transportiert und dort von den tiefen Haftstellen eingefangen. Die in den Haftstellen eingefangenen oder gespeicherten Minoritätsladungsträger erzeugen eine Raumladung, die eine der ursprünglichen Raumladung entgegengesetze Polarität hat . Hierdurch verringern sich die Höhe und die Breite der Potentialschwelle in der Raumladungszone.
Damit die Minoritätsladungsträger in die Haftstellen des Substrats gelangen können, darf der Abstand zwischen dem Bereich, in dem die Photopaarerzeugung stattfindet, und der schichtseitigen Grenze der Raumladungs-
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zone nicht zu groß sein, dieser Abstand beträgt vorzugsweise eine oder höchstens eininige wenige (z.B. zwei bis drei) Diffusionslängen (mittlere Weglängen) der zu speichernden Minoritätsladungsträger. Damit die Minoritätsladungsträger in die Haftstellen im Substrat gelangen können, muß ferner die Haftstellendichte an der Grenzfläche 24 zwischen Substrat und Oberflächenschicht klein sein. Diese Bedingung war offensichtlich bei den bekannten Halbleiterstrukturen, mit denen die gespeicherte Photoleitung untersucht wurde, nicht erfüllt, so daß diese bekannten Halbleiterstrukturen für Dosismessungen nicht geeignet waren.
Durch die oben geschilderten Vorgänge verringert sich die Dicke der Raumladungszone 20 von einem Anfangswert wn bei der Dosis 0 (und ohne Anlegen einer äußeren Spannung zwischen Oberflächenschicht 12 und Substrat 18) auf einen mit zunehmender Dosis kleiner werdenden Wert w. In entsprechender Weise nimmt die für die Stromleitung zur Verfugung stehende Schichtdicke von einem Anfangswert dQ auf einen mit zunehmender Dosis immer größer werdenden Wert d (Fig. Z) zu.
Die Sättigung für große Dosen soll möglichst spät einsetzen, um einen großen logarithmischen Bereich zu erhalten. Eine anfänglich große Potentialschwelle ist hierzu günstig, ferner ein kleiner Absolutwert der Dichte der Haftstellen im Substrat bei gleichzeitig großer Anzahl der Haftsteilen in dem Bereich, der von dem Minoritätsladungsträgern erreicht wird, die aus der Schicht in das Substrat hineindiffundieren. Mit zunehmender Anzahl der in den Haftstellen des Substrats gespeicherten Minoritätsladungsträger dehnt sich also die Zone der besetzten Haftstellen in zunehmendem Maße ins Substrat hinein aus.
Die Höhe der Potentialschwelle am übergang zwischen der Oberflächenschicht 12 und dem Substrat 18 darf durch die gespeicherten Minoritätsladungsträger nicht soweit abgebaut werden, daß die Potentialschwelle von einer nennenswerten Anzahl der Majoritätsladungsträger überwunden werden
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kann. Die Mindesthöhe der Potentialschwelle sollte in der Praxis etwa 10 kT/q entsprechen (k = Boltzmann-Konstante; T = absolute Temperatur; q = Ladung des Elektrons), bei Zimmertemperatur entspricht dieser Wert einer Spannung von etwa 0,25 Volt.
Im Falle einer η-leitend dotierten Schicht 12 sollte die Donatorkonzentration vorteilhafterweise so gewählt werden, daß das Fermi-Niveau nahe beim Leitungsband liegt. Die Dichte der ionisierten Verunreinigungen in der Schicht 12 ändert sich dann nicht wesentlich mit der Dosis.
Bei Verwendung von η-leitendem Galliumarsenid als Halbleitermaterial für die Oberflächenschicht 12 beträgt die Dicke der Schicht 12 vorzugsweise etwa 0,2 bis 5 Mikrometer, je nach der Wellenlänge der zu erfassenden Strahlung. Die Wellenlänge der Strahlung 16 muß selbstverständlich mindestens so kurz sein, daß die Energie der Strahlungsquanten in dem betreffenden Halblei tentiaterial für die Paarerzeugung ausreicht. Die Quantenenergie muß also mindestens etwa gleich der Energiebreite der ßandlücke zwischen Leitungsund Valenzband sein, wenn keine Störstellen, die Ladungsträger abgeben, vorhanden sind. Beim Vorhandensein solcher Störstellen muß die Quantenenergie ausreichen, um einen Ladungsträger von der Störstelle in das entsprechende Band zu heben.
Die beschriebene Halbleitereinrichtung mit einer Oberflächenschicht 12 aus Galliumarsenid muß bei Temperaturen unter etwa 8OK betrieben werden, um die für eine Dosismessung nötigen großen Relaxationszeiten zu erreichen. Bei diesen Temperaturen sind die Relaxationszeiten dann unmeßbar lang. Eine Rückstellung oder Löschung der gespeicherten Photoleitung kann durch Erwärmen auf Temperaturen von über etwa 200 K und/oder durch kurze Spannungsimpulse mit Amplituden im Kilovoltbereich erreicht werden.
Die Messung des Betrages der gespeicherten Photoleitung und damit der von der Oberflächenschicht 12 empfangenen Lichtdosis kann entweder durch eine einfache Leitfähigkeitsmessung der Schicht oder mittels des Halleffektes erreicht werden.
Eine Anordnung zur Leitfähigkeitsmessung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Halbleiterschicht 12 ist mit Metal!elektroden 28 kontaktiert, die z.B. aus Zinn bestehen können, und mittels dieser Elektroden in einem Stromkreis
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geschaltet, der eine Spannungsquelle 30 und ein Strommeßgerät 32 enthält. Das Strommeßgerät 32 kann in Lichtdosiseinheiten geeicht sein.Die in der Praxis erforderliche Kühlvorrichtung für den Halbleiterkörper 12 ist in Fig. 3 der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Eine Anordnung zur Dosismessung unter Ausnutzung des Hall-Effektes ist in Fig. 4 dargestellt. In diesem Falle ist die Oberflächenschicht 12, die die Form eines länglichen Rechtecks hat, an den Schmalseiten wieder mit den Elektroden 28 kontaktiert, an die eine Konstantstromquelle 34 angeschlossen ist, die einen konstanten Strom I liefert. Außerdem sind die langen Seiten in der Mitte mit einem weiteren Paar einander gegenüberliegender Elektroden 36 kontaktiert, an die ein Spannungsmeßgerät 38 angeschlossen ist, dem eine Quelle 40 für eine einstellbare Spannung in Reihe geschaltet sein kann, die zur Null-Einstellung dient.
Der Halbleiterkörper 10 ist ferner zwischen den Polen eines Magneten angeordnpt, von dem nur ein Polschuh 42 schematisch dargestellt ist. Der Magnet erzeugt in bekannter Weise ein auf der Ebene der Oberflächenschicht 12, also auf der Zeichenebene in Fig. 4 senkrecht stehendes Magnetfeld.Die Dosismessung erfolgt hier aufgrund der Hallspannung, die an dem Spannungsmeßgerät 38 abgelesen werden kann, das ebenfalls in Dosiseinheiten geeicht sein kann.
Das oben erläuterte Ausführungsbeispiel enthielt eine n-leitend dotierte Oberflächenschicht 12 aus Galliumarsenid. Entsprechendes gilt selbstverständlich auch für eine p-leitend dotierte Oberflächenschicht 12, wobei dann die Majoritätsträger löcher und die Minoritätsträger Elektronen sind. Auch in diesem Falle soll das Fermi-Niveau des Halbleitermaterials der Schicht 12 nahe beim Leitungsband liegen und auch die anderen Bedingungen, die oben erwähnt wurden, sollen in entsprechender Weise erfüllt sein. Das Substrat 18 soll also in diesem Falle dann tiefe Haftstellen für Elektronen aufweisen.
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Die Konzentration an tiefen Störstellen ist im Substrat zumindest in einem an die Oberflächenschicht angrenzenden Bereich vorteilhafterweise gleichbleibend und unabhängig von der Tiefe, also vom Abstand zur Grenze zwischen Oberflächenschicht und Substrat. Der genannte Bereich soll mindestens so dick sein, wie die von den Minoritätsträgern aus der Oberflächenschicht erreichte Zone, er wird also im allgemeinen über die substratseitige Grenze 20a der Raumladungszone 20 maximaler Dicke wn hinausreichen. Die Konzentration an tiefen Störstellen beträgt insbesondere bei Verwendung
1 fi -1 18 -3 von Galliumarsenid vorzugsweise 10 cm bis 10 cm . Eine konstante Störstellenkonzentration ergibt in weiten Dosisbereichen eine logarithmische Kennlinie. Eine konstante Verteilung der tiefen Störstellen im Substrat (bzw. in einem an die Oberflächenzone angrenzenden Schichtbereich genügender Dicke im Substrat) oder ein gewünschter anderer Verlauf der Störstellenkonzentration als Funktion der Tiefe kann gezielt durch Molekularstrahlepitaxie oder Ionenimplantation erreicht werden, um gegebenenfalls andere erwünschte Kennlinien zu erhalten. Zum Beispiel ergibt eine mit zunehmender Tiefe zunehmende Konzentration (Gradients 0) an tiefen Störstellen eine überlogarithmische Kennlinie, die sich einer Geraden nähert, wenn die Störstellenkonzentration und der Konzentrationsgradient sehr hoch sind. Eine mit zunehmender Tiefe abnehmende Konzentration (Gradient < 0) ergibt eine unterlogarithmische Kennlinie.
Zur Erreichung einer logarithmischen Kennlinie ist es, unabhängig von der Leitfähigkeit der Oberflächenschicht, ferner vorteilhaft, wenn das Substrat flache Störstellen aufweist, und zwar flache Akzeptoren im Falle einer n-leitenden Oberflächenschicht 12 und flache Donatoren im Fall einer p-leitenden Oberflächenschicht 12.
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Man kann weiterhin auch andere Halbleitermaterialien als Galliumarsenid verwenden. Die Oberflächenschicht 12 kann beispielsweise aus Galliumphosphid bestehen, etwa 0,6 μηι dick sein und mit 10 Selen- und/oder Telluratomen dotiert sein. Bei Verwendung von Galliumphosphid liegt die maximal zulässige Betriebstemperatur höher als bei Galliumarsenid.
Es ist auch nicht erforderlich, daß die Oberflächenschicht 12 und das Substrat 18 aus dem gleichen Halbleitermaterial bestehen. Man kann vielmehr unterschiedliche Verbindungshalbleiter für die Oberflächenschicht und das Substrat 18 verwenden, so daß die Einrichtung dann einen Heterostruktur-Halbleiterkörper enthält. Auch von den oben angegebenen Abmessungen und Dotierungsstoffkonzentrat!onen kann bis zu einem gewissen Grade abgewichen werden. Die Galliumphosphidschicht kann beispielsweise etwa 0,3 bis 1,0 Mikrometer dick sein und die Dotierungsstoffkonzentration kann im Bereich von 5x10 bi s 5 χ 10 Dotierungsatome pro cm liegen.
Als Halbleitermaterial für die Oberflächenschicht und gegebenenfalls auch das Substrat können auch Silicium mit den üblichen Dotierungsstoffen oder Siliciumcarbid, das z.B. mit Stickstoff dotiert werden kann und wegen seines großen Bandabstandes hohe Betriebstemperaturen zuläßt, verwendet werden.
Monokristalline Halbleiterkörper werden derzeit bevorzugt, die Halbleiterkörper können jedoch auch polykristallin oder amorph sein bzw. solche Oberflächenschichten und/oder Substrate enthalten, wenn die oben angegebenen Bedingungen erfüllt werden.
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Leerseite

Claims (21)

1'ΑΤ.ίΝΤΛΝ
«κ. DiHTKIi ν. κΐ,ζοί.η
DIPL. IN«. PKTEH SCHÜTZ DIPL. IN«. WOLFUAN(J HKUSLEK
MAKlA-TItKUKKI /I-ST« ASSK 22 ΙΌ.νΠ-ΛΠΙ MlOIIUH
D-SOOO MüläNCUBN HO
TKLEFON O80/47OIMHJ 47 US H)
TELEX U22H:)8 TKLIiUUAMM SOMIlKZ
25. Juli 1979 10556 Dr.v.B/E
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung
der Wissenschaften e.V. Bunsenstraße 10, 3400 Göttingen
Halbleitereinrichtung zur optischen Dosismessung Patentansprüche
f I.JHalbleitereinrichtung zur Messung der Dosis optischer Strahlung unter Ausnutzung des Effektes der gespeicherten Photoleitung, mit einem Halbleiterkörper, welcher
eine Oberflächenschicht aus einem ersten dotierten Halbleitermaterial einer vorgegebenen ersten spezifischen Leitfähigkeit, ferner ein Substrat aus einem zweiten dotierten Halbleitermaterial einer vorgegebenen zweiten spezifischen Leitfähigkeit, die mindestens eine Zehnerpotenz kleiner ist als die der Oberflächenschicht, und eine Potential schwelle mit Raumladungszone am übergang zwischen der Oberflächenschicht und dem Substrat enthält, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die Dicke der Oberflächenschicht wenigstens annähernd gleich der Dicke der Raumladungszone, die diese ohne Anlegen einer äußeren Spannung und ohne gespeicherte Photoleitung hat, ist, jedoch nicht so groß, daß der Abstand zwischen einer schichtseitigen Grenze der Raumladungszone und einem Photo-Paarerzeugungsbereich, in dem Ladungsträgerpaare durch Photonen der optischen Strahlung erzeugt werden, welche durch eine dem
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Pi)STSCIIKCK MÜNCHEN NH. «01 4B-(HiU · BANKKONTO UVPOBANK MÜNCHEN (HL/. 7OO 2(Kl KH KTO. 01)11(125 73 78 SWIFT UVPO I>K MM
Substrat abgewandte Oberfläche in die Schicht einfallen und in dieser absorbiert werden, mehr als wenige Diffusionslängen von Minoritätsladungsträgern der Ladungsträgerpaare ist;
b) die Oberflächenschicht flache Störstellen zur Dotierung enthält;
c) die spezifische Leitfähigkeit der Oberflächenschicht um soviel höher ist als die des Substrats, daß die Potentialschwelle zwischen der Oberflächenschicht und dem Substrat bei Speicherung einer vorgegebenen maximalen Strahlungsdosis noch mindestens 0,07 Volt beträgt;
d) das Substrat in einem an die Raumladunnszone angrenzenden Bereich relativ große Anzahl tiefer Haftstellen für die in der Oberflächenschicht durch die Photopaarerzeugung gebildeten Minoritätsladungsträger enthält; und
e) der Widerstand des Substratsso hoch ist, daß sein Einfluß auf das Leitvermögen der Oberflächenschicht vernachlässigbar ist.
2. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn et, daß die Dicke der Oberflächenschicht das 0,1 bis 3-fache der Dicke der Raumladungszone beträgt.
3. Halbleitereinrichtunq nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzei chnet, daß das erste Halbleitermaterial Galliumarsenid ist und daß die Dicke der Oberflächenschicht höchstens 5 Mikrometer beträgt.
4. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzei chnet, daß die Oberflächenschicht aus Galliumarsenid besteht und mindestens 0,1 μτπ dick ist.
5. Halbleitereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht η-leitend ist.
6. Halbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
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dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der spezifischen Leitfähigkeiten der Oberflächenschicht und des Substrats mindestens 5, vorzugsweise mindestens Ί0 Zehnerpotenzen beträgt.
7. Halbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenleitfähigkeit der Oberflächenschicht mindestens 1 Ohm" cm" beträgt und daß die Flächenleitfähigkeit des Substrats höchstens 1O12OhIIi-1CiTi"1 beträgt.
8. Halbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangsbereich zwischen der Oberflächenschicht und dem Substrat flache
14 -3 Haftstellen in einer Konzentration von mindestens 10 cm enthält.
9. Halbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat so dotiert ist, daß das Fermi-Niveau etwa in der Mitte zwischen dem Leitfähigkeits- und Valenzband des zweiten Halbleitermaterials liegt.
10. Halbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Galliumarsenid besteht.
11. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat mit Chrom dotiert ist.
12. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht aus Galliumphosphid besteht.
13. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzei chnet, daß die Oberflächenschicht etwa 0,3 bis 1,0 Mikrometer, vorzugsweise 0,6 Mikrometer dick ist.
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14. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht mit 5 χ 10 bis 5 χ 10 , vorzugsweise 1 χ 10 Silicium- und/oder
3
Selen- und/oder Telluratomen pro cm dotiert ist.
15. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht aus Silicium oder Siliciumcarbid (SiC) besteht.
16. Hai bleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichn et, daß an zwei einander entgegengesetzten Seiten der Oberflächenschicht je eine Kontaktelektrode (28) angebracht ist.
17. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht nach Art eines Hall-Elements mit um 90° gegeneinander versetzten Paaren (28,36) einander gegenüberliegender Kontaktelektroden versehen ist.
18. Halbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht eine der einfallenden optischen Strahlung ausgesetzte Fläche von mindestens 0,1 cm aufweist.
19. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die der optischen Strahlung ausgesetzte Fläche mit einer reflexionsvermindernden Schicht versehen ist.
20. Halbleitereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an tiefen Störstellen in einem an die Oberflächenschicht (12)angrenzenden Teil des Substrats (18) im wesentlichen unabhängig vanAbstand zur Grenze (24) zwischen Oberflächenschicht und Substrat ist.
21. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 20, dadurch g. ekennze ichnet, daß die Konzentration im Bereich zwischen und 1018 cm"3 liegt.
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