DE3105050A1 - Bauelement - Google Patents

Bauelement

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DE3105050A1
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DE3105050A
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Erhard Dr.-Ing. 7105 Leingarten Kohn
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Telefunken Electronic GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
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    • H01L27/1443—Devices controlled by radiation with at least one potential jump or surface barrier
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Description

:.-'·:*: : 3105G50
Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Prankfurt 70
Heilbronn, den 16.12.80 SE2-HN-La/lü - HN 79/15
Bauelement
Die Erfindung befaßt sich mit einem neuartigen Bauelement, welches bei Strahleneinwirkung, insbesondere Lichteinwirkung, einen Stromfluß zwischen Elektroden ermöglicht, die an einem Stromkanal abgebracht sind. Das neue Bauelement kann beispielsweise als Lichtdetektor verwendet werden. Die Erfindung besteht bei dem neuen Bauelement darin, daß es eine erste Zone aufweist, an die eine zweite Zone und eine dritte Zone grenzen, daß die zweite und dritte Zone durch einen Spalt voneinander getrennt sind lind eine grössere Leitfähigkeit aufweisen als die erste Zone, daß an der zweiten und dritten Zone Elektroden angebracht sind, an die eine Spannung zur Erzeugung eines Stromflusses zwischen den beiden Elektroden anlegbar ist, daß die zweite und dritte Zone als Stromkanäle ausgebildet sind und daß die erste Zone derart ausgebildet ist, daß sich in ihr bei Bestrahlung zur Überbrückung des Spaltes ein Stromkanal als leitende Verbindung zwischen der zweiten und dritten Zone bildet.
Das Bauelement nach der Erfindung eignet sich für eine monolythische Integration mit einer Logikschaltung und ist beispielsweise geeignet für GBit/sec-Datenverarbeitung. Bei dem Bauelement nach der Erfindung handelt es sich um einen optischen Schalter mit hohem Verstärkungsbandbreiteprodukt.
Die Erfindung hat auch den Vorteil, daß eine Vielzahl der erfindungsgemäßen Schalter monolithisch (oder hybrid) zu Logikfunktionen zusammengefaßt werden kann und monolithisch direkt mit der verarbeitenden Logik gekoppelt werden kann. Dadurch ist die Umsetzung und Verarbeitung von optischen Signalen im GBit/sec-Bereich möglich.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Bauelement ein Substrat und eine auf dem Substrat befindliche Schicht auf, die durch einen Spalt bzw. Graben in zwei Zonen unterteilt ist. Die beiden Zonen auf dem Substrat haben einen Leitungstyp, der gleich oder■entgegengesetzt dem Leitungstyp des Substrats ist. Das Substrat kann auch semiisolierend ausgebildet sein. Das Substrat besteht vorzugsweise aus photoleitfähigem Material.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Das Bauelement der Figur 1 besteht aus einem Substrat 1 aus Halbleitermaterial (erste Zone) und zwei auf dem Substrat befindlichen Zonen 2 und 3 (zweite und dritte Zone), die einen Stromkanal bilden und durch einen im Ausführungsbeispiel V-förmigen Graben 4 voneinander getrennt sind. Auf der Zone befindet sich die ohmsche Elektrode 5 und auf der Zone 3 die ohmsche Elektrode 6. Die Zonen 2 und 3 weisen den N-Leitungstyp auf, während das Substrat 1 aus hochohmigem p- oder η-leitendem Halbleitermaterial oder aus semiisolierendem Material besteht.
Wird an die Elektroden 5 und 6 eine Spannung gelegt, so kann ein Strom zwischen den Elektroden 5 und 6 wegen des Grabens 4 nur über das Substrat 1 fließen. Das Substrat ist jedoch so hochohmig gewählt, daß im unbestrahlen Zustand, d. h. wenn kein Licht bzw. Strahlung auf das Substrat (im Grabenbereich) fällt, kein Strom von der Zone 2
zur Zone 3 über das Substrat 1 fließen kann. Ein Stromfluß kommt vielmehr nur dann zustande, wenn Licht bzw. Strahlung auf den Substratbereich 7 fällt, so daß durch Elektronen-Lochpaar-Bildung ein photoleitfähiges Gebiet im Bereich 7 erzeugt wird.
Das Bauelement nach der Erfindung weist gemäß einer ersten Ausführungsform beispielsweise eine N/N Schichtenfolge auf. Dies bedeutet, daß das Substrat 1 aus ^-Halbleitermaterial und die Zonen 2 und 3 aus niederohmicjem, gut leitendem N-Halbleitermaterial bestehen. Bei einem solchen Bauelement kann der Stromfluß über das Substrat im Bereich 7 durch Photoleitfähigkeit erzeugt werden, wenn das Substratmaterial entsprechende Charakteristiken aufweist. Als Substratmaterial eignet sich beispielsweise GaAs. Die angelegte Spannung zwischen den Elektroden 5 und 6 (Source und Drain) muß jedoch so niedrig sein, daß kein raumladungsbegrenzter Dunkelstrom über das N~-Substrat fließen kann.
Das Bauelement nach der Erfindung kann jedoch gemäß einer anderen Ausführungsform auch eine N/P - oder N/SI-Schichten folge aufweisen. In diesem Fall bestehen die Zonen 2 und 3 wieder aus gut leitendem Halbleitermaterial vom N-Leitungs~ typ, während das Substrat 1 aus schwach leitendem P-HaIbleitermaterial oder aus semiisolierendem Material besteht. Bei einem solchen Bauelement wird ein raumladungsbegrenzter Dunkelstrom über das ρ - oder SI-Substrat durch die N/P Barriere bzw. durch eine Grenzflächenzustandsdichte im Bereich des N/SI-Überganges bis zu einer kritischen Spannung
V unterdrückt,
c
Wird bei einem Bauelement mit N/P - oder N/SI-Schichtenfolge der Graben 4 beleuchtet, so werden Ladungsträger in der Raumladungszone im Substrat 1 erzeugt und es kann ein Strom fließen.
-Jf -
Der Graben 4 zwischen den Zonen 2 und 3 kann beispielsweise durch isotropisches Ätzen erzeugt werden. Die Trennung der Zonen 2 und 3 kann elektrisch sehr genau kontrolliert werden, so daß von einem L von ca. 0,1 μια ausgegangen werden kann. Andere geeignete Halbleitermaterialien für das Substrat sind Halbleiter mit hohem Bandabstand oder HeteroStrukturen wie SOS oder GaAlAs auf GaAs.
Wegen der kleinen Trennspalte treten schon mit kleiner Betriebsspannung V (nur einige Volt) hohe Feldstärke auf, so daß die Anordnung ein hohes Verstärkungsbandbreitenprodukt aufweist.
Die Figur 3 zeigt ein Anwendungsbeispiel von Detektoren nach der Erfindung, bei dem die Detektoren (8, 9 und 10) zusammen mit der Ansteuerlogik (FET 11) und der verarbeitenden Logik (FET's 12 und 13) monolythisch integriert sind. Die drei Detektoren 8, 9 und 10 sind zueinander parallel geschaltet. In Serie zu dieser Parallelschaltung liegt der Transistor 11 der Ansteuerlogik. An dieser Serienschaltung liegt die Spannung V . Die verarbeitende Logik besteht aus der Serienschaltung der Transistoren und 13. An dieser Serienschaltung liegt die Spannung V .
Die Figur 4 zeigt eine integrierte Detektorschaltung. Bei dieser Schaltung sind Detektor (8, 9, lo) und verarbeitende GBit-Logik (11, 12, 13) monolythisch (z. B. auf GaAs) integriert und die Lichtleiter (14, 15, 16) als Faser oder planare Lichtleiter über die Detektoren geführt. Die Ankopplung der planaren Lichtleiter an die Faser kann weiter außen erfolgen. Bei Verwendung planarer Lichtleiter kann ein Detektorarray kleinster Dimension benützt werden.
Leerseite

Claims (8)

  1. Licentia Patent-Verwaltungs-G.m.b.H. Theodor-Stern-Kai 1, 6000 Frankfurt 70
    Heilbronn, den 16.12.8O SE2-HN-La/lü - HN 79/15
    Patentansprüche
    Bauelement, dadurch gekennzeichnet, daß es eine erste Zone aufweist, an die eine zweite Zone und eine dritte Zone grenzen, daß die zweite und dritte Zone durch einen Spalt voneinander getrennt sind und eine größere Leitfähigkeit aufweisen als die erste Zone, daß an der zweiten und dritten Zone Elektroden angebracht sind, an die eine Spannung zur Erzeugung eines Stromflusses zwischen den beiden Elektroden anlegbar ist, daß die zweite und dritte Zone als Stromkanäle ausgebildet sind und daß die erste Zone derart ausgebildet ist, daß sich in ihr bei Bestrahlung zur Überbrückung des Spaltes ein Stromkanal als leitende Verbindung zwischen der zweiten und dritten Zone bildet.
  2. 2) Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Substrat geringerer Leitfähigkeit und eine auf dem Substrat befindliche Schicht höherer Leitfähigkeit aufweist, die durch einen Spalt in zwei Zonen unterteilt ist.
  3. 3) Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zonen auf dem Substrat den gleichen oder den entgegengesetzten Leitungstyp aufweisen wie das Substrat.
  4. 4) Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat semiisolierend ist.
  5. 5) Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus photoleitfähigem Material besteht.
  6. 6) Bauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einem Verbindungshalbleiter mit hohem
    Bandabstand besteht.
  7. 7) Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus GaAs besteht.
  8. 8) Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und die dritte Zone Halbleiterzonen sind.
DE3105050A 1981-02-12 1981-02-12 Bauelement Withdrawn DE3105050A1 (de)

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