DE3136528A1 - Halbleiter-lawinenfotodetektor - Google Patents

Halbleiter-lawinenfotodetektor

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DE3136528A1 DE19813136528 DE3136528A DE3136528A1 DE 3136528 A1 DE3136528 A1 DE 3136528A1 DE 19813136528 DE19813136528 DE 19813136528 DE 3136528 A DE3136528 A DE 3136528A DE 3136528 A1 DE3136528 A1 DE 3136528A1
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Description

Halbleiter-Lawinenfotodetektor
Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Lawinenfotodetektor mit einem einkristallinen Halbleiterkörper, der einen ersten Endbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps, einen zweiten, mittleren Bereich dicht bei dem ersten Bereich und einen dritten Endbereich aufweist, der dem zweiten Bereich dicht benachbart und dessen Leitfähigkeitstyp dem ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist.
Bei einem Halbleiter-Lawinenfotodetektor hängt das Rauschen vom Verhältnis der Ionisationskoeffizienten der beiden Typen von Ladungsträgern ab, die in den Halbleiterbauteilen vorhanden sind, sowie von dem Mechanismus, der eine Trägervervielfachung einleitet. Der Ionisationskoeffizient ist die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer ionisierenden Kollision pro Längeneinheit. Eing große Differenz zwischen den Ionisationskoeffizienten der Elektronen und Löcher führt zu wünschenswerten Rauscheigenschaften für einen Lawinenfotodetektor, vorausgesetzt, daß die Lawinenvervielfachung durch den Trägertyp mit dem größeren Ionisationskoeffizienten eingeleitet wird. Im idealen Lawinendetektor unterliegt nur ein Typ von Ladungsträgern ionisierenden Zusammenstößen, vgl. Mclntyre, R.J., IEEE Transactions on Electron Devices, Band 13, 1966, S.194.
Demgemäß wurden Anstrengungen unternommen, einen Lawinenfotodetektor zu entwickeln, bei dem ein Typ von Ladungsträgern einen größeren Ionisationskoeffizienten als der andere Typ besitzt und bei dem die Lawinenvervielfachung
denjenigen Typ von Ladungsträgern eingeleitet wird, welcher den größeren Ionisationskoeffizienten besitzt.
Im Gegensatz zu Silicium besitzen viele III-V-Halbleitermaterialien im wesentlichen gleiche Ionisationskoeffizien-■ 5 ten für Elektronen und Löcher. Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, den Aufbau eines Fotodetektors mit III-V-Halbleitern so zu-zuschneiden, daß die beiden La-■ dungsträgertypen nicht im wesentlichen mit der gleichen Rate ionisiert werden und die Lawinenentladung durch den- jenigen Ladungsträgertyp eingeleitet wird, der den größeren Ionisationskoeffizienten besitzt. Zur Lösung der Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Halbleiter-Lawinenfotodetektor der eingangs genannten Art und ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich eine breitere Bandlücke als der dritte Bereich besitzt und in der Lage ist, die zu detektierende Strahlung zu absorbieren und unter Ansprechen darauf Ladungsträger zu erzeugen, und daß der zweite Bereich eine Bandlücke besitzt, die von einer ersten Bandlückenenergie nahe dem ersten Bereich auf eine kleinere, zweite Bandlückenenergie nahe dem dritten Bereich übergeht.
Mit der Erfindung wird ein rauscharmer Lawinenfotodetektor geschaffen, bei dem die Energiebandstruktur bewirkt, daß ein Ladungsträgertyp mit größerer Rate ionisiert wird alsder andere Ladungsträgertyp,und bei" dem die Lawinenentladung durch den Ladungsträgertyp mit der größeren lonisa- · tionsrate eingeleitet wird. · ·
• Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Lawinenfotodetektor einen p-leitenden Halbleiterendbereich, einen η-leitenden Halbleiterendbereich und einen zwischen diesen Bereichen■gelegenen Halbleiterbereich mit graduierter Bandlücke auf. Zu detektierende Strahlung wird in einem der Endbereiche absorbiert,und abhängig davon werden Ladungsträger erzeugt.
Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Lawinenfotodetek-
' tors wird wie folgt angenommen.
Strahlung einer geeigneten Wellenlänge wird im ersten Bereich mit breiter Bandlücke absorbiert, wo dann Elektronen-Löcherpaare erzeugt werden. Wenn die Anordnung in Sperrrichtung vorgespannt ist, so wird ein Ladungsträgertyp durch Diffusion in den zweiten Bereich mit graduierter Bandlücke transportiert. Dieser Ladungsträgertyp leitet eine Lawinenentladung im Bereich mit graduierter Bandlücke ein , der dann aufgrund der angelegten Sperrvorspannung entleert wird. In vorteilhafter Weise bewegen sich in dem Bereich mit graduierter Bandlücke die Ladungsträger desjenigen Typs, die die Entladung einleiten, in Richtung auf einen Bereich mit abnehmender Bandlückenenergie, und .die Ladungsträger des anderen Typs in Richtung auf einen Bereich mit zunehmender Bandlückenenergie. Da die Ionisatiohskoeffizienten exponentiell mit abnehmender Bandlücke anwachsen, besitzen die Ladungsträger desjenigen Typs, welche sich in Richtung auf den Bereich mit abnehmender Bandlücke bewegen, einen größeren Ionisationskoeffizienten als die Ladungsträger desjenigen Typs, welche sich in Richtung auf den Bereich mit zunehmender Bandlücke bewegen. Außerdem tragen die unterschiedlichen "quasielektrischen" Felder (vgl. spezielle Beschreibung), denen die Löcher und Elektronen· in dem Bereich mit graduierter Bandlücke unterliegen, weiter zur Differenz der Ionisationskoeffizienten für die Elektronen und Löcher bei. Die Differenz der Ionisationskoeffizienten für die beiden Ladungsträgertypen führt zu einem Lawinenfotodetektor mit verringertem Rauschen, wenn die Entladung durch den Ladungsträgertyp mit dem größeren Ionisationskoeffizienten eingeleitet wird.
Zur Erläuterung wird davon ausgegangen, daß die Elektronen und Löcher in Al Ga1 As etwa gleiche Ionisationskoeffizienten besitzen. Die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung zeigen jedoch, daß das Graduieren oder Abstufen des Wertes von χ zur Bildung eines Halbleiters mit graduierter Bandlücke zu einem Al Ga. As-Detektor führen kann, bei
dem die Ionisationskoeffizienten der Elektronen und Löcher nicht gleich sind.
Mit Vorteil wird davon ausgegangen, daß die Anwendung der Grundgedanken der Erfindung zu einem Verhältnis der Ionisationskoeffizienten in der Größenordnung von 10 oder mehr führen kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei wurden zur klareren Darstellung die Figuren nicht maßstäblich gezeichnet. Es zeigen: Fig. 1- ein Energiebanddiagramm eines Halbleiters mit
graduierter Bandlücke.zur Erläuterung der Grundgedanken der Erfindung;
Fig. 2 schematisch einen Lawinenfotodetektor mit verringertem Rauschen entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 das Energiebanddiagramm des Fotodetektors nach
Fig. 2;
Fig. 4 einen Lawinenfotodetektor mit einem Al Ga,. vAs-. Halbleiter nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 schematisch einen Lawinenfotodetektor mit verringertem Rauschen entsprechend einem alternativen Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 6 das Energiebanddiagramm des Fotodetektors nach Fig. 5. . ■ ■
Fig·. 1 zeigt die Energiebandstruktur für einen Typ eines Halbleitermaterials mit graduierter (abgestufter) Bandlücke in Abwesenheit eines elektrischen Raumladungsfeldes. Die Linie 11 stellt die untere Kante des Leitungsbandes und die Linie 12 die obere Kante des Valenzbandes dar. Ein Elektron
13 im Leitungsband gemäß Fig. 1 unterliegt einer Kraft oder einem "quasielektrischen Feld" aufgrund des Gradienten.der · Leitungsbandenergie E . Diese Kraft ist durch einen Pfeil
14 dargestellt. Ein Loch 15 im Valenzband gemäß Fig.1
■ unterliegt ebenfalls einer Kraft oder einem "quasielektri-
schen Feld" aufgrund des Gradienten der Valenzbandenergie E .Diese Kraft ist durch einen Pfeil 16 dargestellt. Es ist klär, daß keine dieser Kräfte auf einem echten elektrischen Feld beruht, das immer eine Lösung der Maxwell1 . sehen Gleichungen ist, da die Ladungen entgegengesetzten Vorzeichens sich in der gleichen Richtung bewegen (vgl. H. Kroemer, RCA Review, Band 18, September 1957, S.332).
Für die in Fig.1 dargestellte Bandstruktur ist das quasielektrische Feld, dem die Elektronen unterliegen, größer als das quasielektrische Feld für die Löcher, da der Gradient der Leitungsbandenergie E„ den Gradienten der Valenzbandenergie E übersteigt.
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Halbleiter-Lawinenfotodetektor mit verringertem Rausehen einen p-leitenden Endbereich, einen η-leitenden Endbereich mit kleinerer Bandlücke als der p-leitende Endbereich sowie einen Bereich mit graduierter Bandlücke auf, der zwischen dem p-leitenden Bereich und dem n-leitenden Bereich gelegen ist. Der Bereich mit graduierter Bandlücke weist eine Bandlückenenergie auf, die von einem ersten Wert nahe dem p-leitenden Bereich allmählich auf einen zweiten, kleineren Wert nahe dem η-leitenden Bereich mit kleinerer Bandlücke übergeht. Zu detektierende Strahlung wird im p-leitenden Bereich mit breiterer Ban'dlücke absorbiert, und es werden dort Löcher-Elektronenpaare erzeugt.
Das oben angegebene Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig.2 dargestellt. Der Bereich 22 besitzt eine graduierte Bandlücke und kann einen niedrigdotierten, p-leitenden Halbleiter, einen niedrigdotierten, η-leitenden HaIbleiter oder einen kompensierten Halbleiter aufweisen. Beispielsweise wird der Bereich 22 aus dem Material hergestellt, dessen Energiebandstruktur in Fig.1 dargestellt ist. Der Bereich 23 ist ein η-leitender Halbleiter, dessen Bandlückenenergie kleiner als die des p-leitenden Bereichs
21 ist. Alternativ kann der Bereich 21 mit breiterer Bandlücke η-leitend und der Bereich 23 mit schmalerer Bandlücke p-leitend sein.
Fig. 3 zeigt das Energiebanddiagramm des Bauteils nach Fig. 2 bei anliegender Sperrvorspannung. Sich entsprechen-
x de Bereiche in den Fig. 2 und 3 weisen die gleichen Bezugsziffern auf. Das durch die Sperrvorspannung erzeugte Raumladungsfeld verläuft quer zu den Schichten, d.h. in der x-Richtung. Man beachte, daß für Elektronen im Lei-
.10 tungsband das anliegende, elektrische Raumladungsfeld und das quasielektrische Feld Kräfte in der gleichen Richtung ausüben (Pfeile 14 und 14' in Fig. 1 bzw. 3), während für die Löcher das elektrische Raumladungsfeld' und das quasielektrische Feld Kräfte in entgegengesetzten Richtungen .
ausüben (Pfeile 16 und 16! in Fig. 1 bzw. 3).
Die folgende Erläuterung, die den Schutzumfang der Ansprüche nicht einschränken soll, kann benutzt v/erden, um die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Fotodetektors nach Fig. 2 zu verstehen. Photonen (beispielsweise 25) einer geeigneten Frequenz werden im Bereich 21 absorbiert, wo Löcher-Elektronenpaare (beispielsweise 26) erzeugt werden. Mit Vorteil soll die Strahlung innerhalb eines Abstands von einer Diffusionslänge von der Grenzfläche 28 absorbiert werden. Die Fotoelektronen werden durch Diffusion in den Bereich 22 mit graduierter Bandlücke injiziert, die wegen der angelegten Sperrvorspannung entleert ist. Die injizierten Elektronen werden durch das kräftige elektrische Feld beschleunigt, das dann in dem Bereich mit graduierter Bandlücke vorhanden ist, wenn das Bauteil in Sperrrichtung vorgespannt ist, und leiten eine Lawinenvervielfachung durch ionisierende Zusammenstöße ein. Innerhalb des Halbleiters mit graduierter Bandlücke bewegen sich die Elektronen im Leitungsband in Richtung auf einen Bereich mit abnehmender Bandlückenenergie und unterliegen einem verhältnismäßig starken elektrischen Gesamtfeld, das etwa gleich der Summe des elektrischen Raumladungsfeldes und
des quasielektrischen Feldes ist. Die Löcher im Valenzband des Bereichs mit graduierter Bandlücke bewegen sich in Richtung auf einen Bereich mit zunehmender Bandlückenenergie und unterliegen einem verhältnismäßig kleinen elektrischen Gesamtfeld, dessen Größe etwa gleich der Differenz zwischen dem elektrischen Raumladungsfeld und dem quasielektrischen Feld ist. Im allgemeinen nimmt der Ionisationskoeffizient einer Ladungsträgerart exponentiell mit zunehmendem elektrischem Feld zu und nimmt exponentiell mit zunehmender Bandlückenenergie ab. Physikalisch beschleunigt das elektrische Feld einen Ladungsträger, bis er genügend Energie für einen ionisierenden Zusammenstoß hat. Die Ionisationsenergie ist etwa gleich dem Dreifachen der halben Bandlückenenergie (E. = 3/2 E). Für den in Fig. 3 als Beispiel dargestellten Fall haben die Elektronen eindeutig einen größeren Ionisationskoeffizienten als die Löcher, weil sie sich unter dem Einfluß eines stärkeren · elektrischen Feldes.in einen Bereich kleinerer Ionisationsenergie bewegen.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Fotodetektor gemäß Fig. 2 aus Halbleitern der Gruppe III-V hergestellt werden, beispielsweise In(Ja,, „As, P. , Ga Al. „As oder Al Ga „Sb , deren Gitter über einen
X I ""*X X γ™"Χ
verhältnismäßig großen Zusammensetzungsbereich für InP, GaAs bzw. GaSb angepaßt sind.
Beispielsweise kann der Bereich 21 in Fig. 2 Al Ga^_ As mit 0 < y < 1 aufweisen, der Bereich 23 Al Ga. As mit
mm Z .1 — Z
0 < z<1, z< y,und der Bereich 22 kann Al Ga. vAs aufweisen, wobei χ von einem Wert im wesentlichen gleich y nähe ■ der Grenzfläche 28 auf einem Wert im wesentlich gleich ζ nahe der Grenzfläche 29 abgestuft ist.
Ein Beispiel für einen solchen Detektor ist in Fig. 4 gezeigt. Dieser Detektor soll nur als Beispiel dienen,und numerische Parameter, die in Verbindung mit diesem spezieilen Ausführungsbeispiel der Erfindung angegeben werden, sollen keine Begrenzung für den Schutzumfang der Ansprüche
darstellen. Auf ein η-leitendes GaAs-Substrat 41 ist eine η-leitende GaAs-Schicht 42 mit einem Dotierungswert von etwa 10 /cm und einer Dicke von etwa 2 pm epitaktisch abgeschieden. Ein Bereich 43 mit graduierter Bandlücke ist der Schicht 42 dicht benachbart. Der Bereich mit graduierter Bandlücke ist η-leitend und besitzt einen Dotierungswert in der Größenordnung von oder kleiner als 10 ^ cm . Der Bereich 43 weist AlxGa^xAs auf, wobei χ von etwa o,o nahe der Grenzfläche 51 auf etwa 0,45 nahe ' der Grenzfläche 52 über einen Abstand in einem Bereich von etwa 0,3. um auf etwa 1,5 pm abgestuft ist. Eine p-leitende Schicht 44 aus A1Q 45Gan 55^s is't ^em Bereich 43 dicht benachbart und hat eine Dicke von etwa 2 um. Die Schicht 44 besitzt eine Dotierungskonzentration von etwa 10 /cm . Die Halbleiterbereiche 42, 43, 44 sind einkristallin und epitaktisch unter Anwendung eines Verfahrens, wie bei-. spielsweise der Epitaxie aus der flüssigen Phase (LPE) oder der Molekularstrahlepitaxie (MBE) hergestellt (vgl. .· P. Kprdos et al. "Growth and Properties of Graded Bandgap AlxGa1 As Layers", Applied Physics Letters, Band 34, Nr.6, 15.Märζ 1979, Seiten 366-368, für ein Beispiel einer durch LPE gewachsenen Schicht mit graduierter Bandlücke sowie · W.T. Tsang et al., "Multi-Dielectrics for GaAs MIS Devices Using Compsition Graded Al Ga. · As and Oxidized AlAs", Applied Physics Letters, Band 34, Nr. 6, 15.März 1979, S.408, für ein Beispiel einer durch· MBE aufgewachsenen Schicht mit graduierter Bandlücke). Als Beispiel besitzt der Detektor 40 gemäß Fig. 4 eine Mesa-Geoinetrie. Der Bereich mit graduierter Bandlücke kann kontinuierlich abgestuft sein oder aus einer Vielzahl von diskreten Schichten erzeugt werden, die so geordnet sind, daß die Bandlücke von der Grenzfläche 51 zur Grenzfläche 52 ansteigt. Eine . Sperrvorspannung in einem ungefähren Bereich von 15 bis 150 V, abhängig von der Dicke des abgestuften Bereichs, wird unter Verwendung Ohm'scher Kontakte 47 und 48 angelegt, die dem Substrat bzw. der Schicht 44 dicht benachbart sind. Mit Vorteil wird durch die angelegte Sperrvorspannung der Bereich mit graduierter Bandlücke im wesent-
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lichen entleert, und das elektrische Raumladungsfeld ist ist im wesentlichen konstant. Der Kontakt 48 besitzt eine öffnung, um Strahlung in den Detektor einzukoppeln. Der Detektor 40 ist für Strahlung mit Wellenlängen im Bereich von etwa 0,62 pm bis 0,87 pm empfindlich.
AlxGa1-351As ist ein geeignetes Bandlücken-Material für 0,0 < x.< 0,45. In diesem Bereich liegen etwa 85 % des Bandlückengradienten im Leitungsband und die restlichen etwa 15 % des Bandlückengradienten im Valenzband (vgl. H.C. Casey und M.E. Panish,"Heterostructure Lasers", Academic Press 1978, Teil A, S.196). Demgemäß unterliegen im Falle des Detektors nach Fig. 4 die Elektronen einem größeren quasielektrischen Feld als die Löcher.
Ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Fig. 6 gibt das Energiebanddiagramm der Einrichtung nach Fig. 5 bei Anliegen einer Sperrvorspannung wieder. Sich entsprechende Elemente in den Fig. 5 und 6 haben die gleichen Bezugszahlen.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 5 und weist der Endbereich 61 einen p-leitenden Halbleiter auf. Der Endbereich 63 enthält einen η-leitenden Halbleiter mit schmalerer Bandlücke als die des Bereichs 61. Alternativ kann der Bereich 61 mit breiterer Bandlücke η-leitend sein und der Bereich 63 mit schmalerer Bandlücke p-leitend sein. Zwischen den Endbereichen 61 und 63 befindet sich ein Bereich 62, der eine Vielzahl von Zonen 62a, 62b und 61c aufweist. Die Zone 62a grenzt an den Bereich 61 an und die Zone 62c an den Bereich 63. Der Bereich 62 kann einen niedrig dotierten p-leitenden Halbleiter, einen.niedrig dotierten, η-leitenden Halbleiter oder einen kompensierten Halbleiter umfassen. Jede Zone bed. tzt eine Bandlücke, die von einem ersten Wert in dem dem Bereich 61 nächstgelegenen Teil der Zone auf einen kleineren zweiten Wert in dem dem Bereich 63 nächstgelegenen Teil der Zone abgestuft ist.
Beispielsweise ist die Bandlücke der Zone 62b von einem Wert (Eg.) nahe der Grenzfläche 65 auf einen kleineren Wert (Eg2) nahe der Grenzfläche 66 abgestuft. Bei alternativen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann der Bereich 62 mehr oder weniger als drei Zonen mit abgestufter Bandlücke umfassen. Jede der Zonen 62a, 62b und 62c in Fig.5 und 6 kann aus einem Material hergestellt werden, das eine Energiebandstruktur des in Fig.1 gezeigten Typs besitzt.
Im vorliegenden Fall wird davon ausgegangen, daß der erfindungsgemäße Detektor gemäß Fig. 5 und 6 wie folgt arbeitet. Photonen (beispielsweise 71) der richtigen Frequenz können im Bereich 61 absorbiert werden, wo Löcher-Elektronenpaare (beispielsweise 72) erzeugt werden. Zweckmäßig soll die Strahlung innerhalb eines'Abstands von einer Diffusionslänge von der Grenzschicht 64 absorbiert werden.
Die Fotoelektronen werden durch Diffusion in den Bereich ■ 62 injiziert, der aufgrund der angelegten Sperrvorspannung ■ entleert wird. Die injizierten Elektronen werden durch das starke elektrische Feld im Bereich 72 beschleunigt, wenn eine Sperrvorspannung an das Bauteil angelegt ist, und leiten eine Lawinenvervielfachung durch ionisierende Zusammenstöße ein. Leitungsbandelektronen der Zone 62a unterliegen einer abnehmenden Bandlückenenergie und einem elektrischen Gesamtfeld, das im wesentlichen gleich der Summe des elektrischen Raumladungsfeldes und des quasielektrischen Feldes ist. Die Valenzbandlöcher der Zone 62a unterliegen einer ansteigenden Bandlückenenergie und einem kleineren elektrischen Gesamtfeld, das im wesentlichen gleich der Differenz des elektrischen Raumladungsfeldes und des quasielektrischen Feldes ist. Demgemäß besitzen die Elektronen in der Zone 62a einen größeren Ionisations- . koeffizienten als die Löcher im Bereich 62a. Aufgrund einer höheren "Temperatur" (> 0,5 eV) können viele der Elektronen (beispielsweise 81)-in der Zone 62a die Barriere 82 überwinden, wenn sie die Grenzfläche 65 erreichen, und in die Zone 62b eintreten, wo sie zusätzlichen ionisierenden Zu-
β I» * ti
^Zusammenstößen bei abnehmender Bandlückenenergie und einem verhältnismäßig starken elektrischen Feld unterliegen. Bei Erreichen der Grenzfläche 66 treten viele der heißen Elektronen in den Bereich 62c ein, wo weitere ionisierende Zusammenstöße stattfinden können, so daß sich ein erhöhter Detektorge\tfinn durch die Aneinanderreihung einer Vielzahl von Zonen mit abgestufter Bandlücke ergibt.
Das Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Fig. 5 und 6 kann häufig bei kleinerer Sperrvorspannung als das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 betrieben werden, da die Verstärkung des Lawinendetektors mit zunehmender Länge des Lawinenbereichs ansteigt, der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 länger als bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sein kann. Demgemäß läßt sich beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 eine verhältnismäßig hohe' Verstärkung für ein angelegtes, verhältnismäßig schwaches elektrisches Feld und entsprechend kleinere Ionisierungskoeffizienten erreichen.
Außerdem hängen die Ionisierungskoeffizienten bei niedrigeren Werten des Feldes stärker von dem elektrischen Feld bei der Bandlückenenergie als bei höheren Werten des Feldes ab (vgl. S.M. Sze "Properties of Semiconductor Devices", John Wiley and Sons, 1969, S.59-65). Im Ergebnis ist die Differenz der Ionisierungskoeffizienten für die beiden Ladungs-. trägerarten größer bei niedrigeren Werten des' angelegten elektrischen Feldes.
Als Beispiel weist der Bereich 61 in Fig.5 p-leitendes aQ ccAs auf, ist etwa 2 pm dick und besitzt eine
q 450 55 p
Dotierungskonzentration von etwa 10 /cm . Jede der Zonen
62a, 62b und 62c kann niedrig dotiertes (etwa 1O15/cm3), η-leitendes Al„Ga.. „As. aufweisen, wobei χ abgestuft ist von etwa 0,45 auf etwa 0,0 über Abstände im Bereich von etwa 0,1 μηι auf etwa 0,3 um. Der Bereich 63 kann n-leitendes GaAs mit einer Dotierungskonzentration von etwa 10 cnr bei einer Dicke von etwa 2 um aufweisen. Zweck-
mäßig sind alle diese Bereiche einkristallin und werden epitaktisch auf einem n-leitendeh GaAs-Substrat (nicht gezeigt) unter Verwendung der Molekularstrahl-Epitaxie abgeschieden.
Es sei darauf hingewiesen, daß die oben beschriebenen Bauteile nur Beispiele für die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung darstellen. Entsprechend diesem Grundgedanken können zahlzeiche Konfigurationen vom Fachmann gewählt werden, ohne von der Erfindung abzuweichen. Insbesondere können für gewisse Zwecke eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen die beiden Endschichten eingefügt werden, die dünn genug sind, um die Arbeitsweise der Bauteile nicht wesentlich zu stören.
Leerseite

Claims (5)

  1. BLUMBACH · WE&£0 · ^E RG EE N · JKRAMER ZWIRNER · HOFFMANN *
    PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN .
    Patenlconsult Radedtestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telelon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult
    Western Electric Company Incorporated CAPASO,F.3 222 Broadway, New York N.Y. 10038
    Vereinigte Staaten von Amerika
    Patentansprüche
    Halbleiter-Lawinenfotodetektor mit einem einkristallin en Halbleiterkörper, der einen ersten Endbereich, (z.B. 21) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einen zweiten, mittleren Bereich (z.B. 22) dicht bei dem ersten Bereich und einen dritten Endbereich (z.B. 23) aufweist, der dem zweiten Bereich dicht benachbart und dessen Leitfähigkeitstyp dem des ersten Leitfähigkeitstyps entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (z.B. 21) eine breitere Bandlücke als der dritte Bereich besitzt und in der Lage ist, die zu detektierende Strahlung zu absorbieren und unter Ansprechen darauf Ladungsträger zu erzeugen,
    und daß der zweite Bereich eine Bandlücke besitzt, die von einer ersten Bandlückenenergie nahe dem erstell Bereich auf eine kleinere, zweite Bandlückenenergie nahe dem dritten Bereich übergeht.
  2. 2. Fotodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, zweite und dritte Bereich Verbindungen der Gruppen III-V aufweisen.
  3. 3. Fotodetektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bandlückenenergie im wesentlichen gleich der Bandlückenenergie des ersten BeMünchen: R. Kramer Dipl.-Ing. · W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw. bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W,-Ing.
    -Z-
    reichs ist und daß. die kleinere, zweite Bandlückenenergie im wesentlichen gleich der Bandlückenenergie des dritten Bereiches ist.
  4. 4. Fotodetektor nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich Al Ga. As mit 0_<y < 1, daß der dritte Bereich Al Ga. „As mit 0 < z<1,- z<y und der zweite Bereich AlxGa1^xAs auf v/eist, wobei χ abgestuft ist von einem Wert im wesentlichen gleich y nahe dem ersten Bereich auf einen Wert im wesentlichen gleich ζ nahe dem dritten Bereich.
  5. 5. Fotodetektor nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich eine Vielzahl von benachbarten Zonen (z.B. 62a, 62b, 62c) aufweist, von denen eine dem ersten Bereich und eine dem dritten Bereich dicht benachbart sind, und da3 dede der Zonen eine Bändlücke besitzt, die von einem ersten Wert in dem dem ersten Bereich nächstgelegenen Teil der Zone auf einen kleineren zweiten Wert in dem dem dritten Bereich nächstgelegenen Teil der Zone abgestuft ist.
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