DE3215083A1 - Majoritaetsladungstraeger-photodetektor - Google Patents

Majoritaetsladungstraeger-photodetektor

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DE3215083A1 DE19823215083 DE3215083A DE3215083A1 DE 3215083 A1 DE3215083 A1 DE 3215083A1 DE 19823215083 DE19823215083 DE 19823215083 DE 3215083 A DE3215083 A DE 3215083A DE 3215083 A1 DE3215083 A1 DE 3215083A1
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Chung Yih 07076 Scotch Plains N.J. Chen
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Description

-A-
Beschreibung Majoritätsladungsträger-Photodetektor
Die Erfindung betrifft einen Photodetector zur Umwandlung von Lichtenergie in elektische Energie, mit einer Anzahl von Halb] eiLer;>chichten, von denen wenigstens einige gewisse Schichten von einem anderen Leitfähigkeitstyp als gewisse andere Schichten sind.
Die Entwicklung von optischen Kommunikationssystemen, welche optische Fasern auf S^2-BaSiS verwenden, hat das Interesse an Lichtquellen und an Photodetektorkabeln stimuliert, welche innerhalb des Wellenlängenbereichs von etwa 0,7 μΐη (Mikrometer) bis 1,6 μπι (Mikrometer) arbeiten. Ein Photodetektor ist eine wesentliche Komponente eines solchen Systems und infolgedessen hat man große Anstrengungen zur Entwicklung von Strukturen und Materialien für Photodetektoren unternommen.
Die Photodetektoren, die gegenwärtig für die Verwendung in auf Faserleitung basierenden optischen Kommunikationssystemen in Betracht kommen, fallen in drei allgemeine Kategorien. Erstens gibt es die p-i-n Photodioden. Diese weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie keine Stromverstärkung ermöglichen. Zweitens sind die Avalanche- oder Zenerphotodioden entwickelt worden, welche selbsverständlich eine Stromverstärkung haben. Der Avalancheprozeß verursacht jedoch ein Rauschen, welches für viele Verwendungen von Kommunikationssystemen unerwünscht ist. Darüberhinaus ist eine große Vorspannung, üblicherweise von mehr als
30 Volt, erforderlich, um den Durchbruch zu erreichen. Drittens sind hochempfindliche Phototransistoron entwickelt worden. Dlci.se VotT i chiunqen haben jedoch im Bereich geringer Eingangsleistung, in dem optische Kommunikationssysteme arbeiten und in dem eine große Verstärkung besonders dringend erforderlich ist, nur eine geringe optische Verstärkung. Außerdem ist die Ansprechzeit dieser Phototransistoren oft langsamer als es erwünscht ist, weil in der Basiszone Minoritätsladungsträger gespeichert werden.
Die genannten Probleme sind gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch einen vielschichtigen Halbleiter-Photodetektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.
Die Erfindung ist im f-lgendcn anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. In letzterer zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Photodetektor ,
Fig. 2 ein Energiebanddiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
Fig. 3 die optische Verstärkung und die Empfindlichkeit eines Photodetektors als Funktion verschiedener Eingangsleistungspegel für zwei verschiedene Vorspannungen.
Es wurde herausgefunden, daß Photodetektoren eine schnelle Ansprechzeit haben, wenn sie die folgende sequentielle Anordnung von Schichten aufweisen: eine erste Halbleiterschicht 13 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine fünfte, undotierte Halbleiterschicht 11, eine dritte Halbleiterschicht 9 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, welche hoch dotiert und dünn ausgebildet ist, eine vierte, undotierte Halbleiterschicht 7, und eine zweite Halbleiterschicht 5 vom ersten Leitfähigkeitstyp. Diese Photodetektoren weisen auch eine große Empfindlichkeit auf. Die erste und die fühfte Schicht 13 und 11 haben derartige Abstände zwischen den Energiebändern, daß die Schichten für die interessierende Strahlung transparent sind, während die vierte Schicht 7 einen derartigen Energiebandabstand aufweist, daß sie die einfallende Strahlung absorbiert; d.h., die Energiebandabstände der vierten Schicht 7 und der zweiten Schicht 5 sind größer als der Energiebandabstand der fünften Schicht 11. Die dritte Schicht 9 kann auch einen solchen Energiebandabstand aufweisen, daß sie einfallende Strahlung absorbiert. Die Schichtdicken und die Dotierungsniveaus sind so ausgewählt, daß die Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und die zwei
undotierten Schichten, d.h. die Schichten 11, 9 und 7, beim thermischen Gleichgewicht völlig verarmt sind. Das Ausgangssignal - wird an den Kontakten 17 und 19 abgenommen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erste Leitfähigkeitstyp vom η-Typ. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, welches für den Betrieb bei einer einfallenden Wellenlänge von etwa 0,8 μπι bevorzugt wird, umfassen die Schichten 5, 7 und 9 GaAs, und die Schichten 11 und 13 umfassen AlxGa, As, wobei χ so ausgewählt ist, daß die Gitter der Schichten einander angepaßt sind, und, wenn die Vorrichtung von vorne beleuchtet wird, als Fenster für die einstrahlende Strahlung wirken. Silicium und Beryllium werden als Dotierungsmittel für den n-Leitfähigkeitstyp bzw. für den p-Leitfähigkeitstyp verwendet. Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Schicht eine hinreichende Dicke,um im wesentlichen die gesamte einfallende interessierende Strahlung zu absorbieren.
Photodetektoren gemäß der vorliegenden Erfindung haben schnelle Ansprechzeiten, üblicherweise kleiner als psec für volle Breite bei halbem Maximum und eine hohe Empfindlichkeit, üblicherweise größer als 500 Amp/w.
Die Schicht 5 ist eine Pufferschicht, welche wie ül/MHi aufaewachsen wird, so daß die zusätzliche epitaktischen Schichten auf einer hochqualitativen Schicht statt auf dem üblicherweise relativ niederqualitativen Substrat gezüchtet werden. Falls die Pufferschicht ausgelassen worden ist/ ist daß Substrat der ersten Halbleiterschicht äquivalent. Die Schichten 7, 9 und 11 können auch als Drain- Gate bzw. Source bezeichnet werden.
32150Ü3
Die Vorrichtung ist zweckmäßigerweise durch Molekularstrahl-Epitaxie (molecular beam epitaxy (MBE)) hergestellt. Ein geeignetes MBE-System ist hinreichend ausführlich in der US-PS 4,137,865 beschrieben, um dem Durchschnittsfachmann die Lehre zur Herstellung der epitaktischen Schichten und der Photodetektoren gemäß der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Die elektrischen Kontake werden mit bekannten und herkömmlichen Verfahren hergestellt. Die Mesastruktur und auch die Schicht 15 werden mit bekannten und herkömmlichen Ätz- und Lithographieverfahren hergestellt. Die Vorrichtung kann aber auch nach anderen Verfahren hergestellt werden.
Der erste Leitfähigkeitstyp kann entweder vom η-Typ oder vom p~Typ sein. Bei dem weiter unten im Detail beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde der n-Leitfähigkeitstyp ausgewählt, weil er die monolithische Integration mit anderen Typen von Vorrichtungen, wie Lasern und Feldeffekttransistoren (FETs) erleichtert. Die Wahl des ersten Leitfähigkeitstyps führt auch zu verschiedenen Vorrichtungscharakteristiken. Im allgemeinen erhält man mit der η-Leitung als erstem Leitfähigkeitstyp Vorrichtungen, welche empfindlicher sind aber langsamere Ansprechzeiten als solche Vorrichtungen aufweisen, bei denen der erste Leitfähigkeitstyp vom p-Typ ist.
Die bevorzugten Schichtdicken und Dotierungskonzentrationen werden wie folgt erhalten. Die Schichten 7 und 9, d.h. die Gate- und die Drainzonen, sollten zusammen hinreichen dick sein, um im wesentlichen die gesamte einfallende Strahlung zu absorbieren. Für die meisten Halbleiter und
die interessierenden Wellenlängen sollte die Schicht 7 mindestens Ιμπι dick sein. Dünnere Schichten können eben- · falls verwendet werden; da jedoch einige der einfallenden Photonen durch Gate und Drain hindurchdringen, anstatt absorbiert zu werden, wird entweder die Empfindlichkeit der Vorrichtung reduziert oder es entsteht durch die Lichtabsorption in der Schicht 5 oder in dem Substrat eine "Diffusionsschwanz".
Die Halbleiter der Schichten 7, 9 und 11 werden so ausgesucht, daß die Barrieren- oder Schwellhöhe, 0 so ausgewählt ist, daß Ev, das Energieniveau des Valenzbandes, nicht das Fermi-Energieniveau E^ überschreitet. Tatsächlich sollte E„ für einen effizienten Photodetektorbetrieb mindestens mehrere kT von Ef entfernt sein. Falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, kann die Schicht 9 nicht vollständig verarmt werden. Die Barrierenhöhe wird etwa durch die folgende Beziehung bestimmt
wobei L1 und L0 die Dicke von Source bzw. Drain und Qc
die Anzahl der Träger/cm in der Schicht 9 und S die Dielektrizitätskonstante der Schicht 9 ist. Im allgemeinen wächst der Wirkungsgrad der Vorrichtung, wenn 0ß kleiner wird, der Dunkelstrom steigt jedoch an. Die genaue Wahl von 0_ ist somit ein Kompromiß zwischen Empfindlichkeit einerseits und Dunkelstrom andererseits.
Die Dicken und die Dotierungskonzentrationen der Schichten 7, 9 und 11 sind so ausgewählt, daß die Schichten 7, 9 und 11 bei thermischem GLeichgewicht vollständig verarmen. Es ist erwünscht, daß diese Schichten bei thermischem
- ίο -
Gleichgewicht vollständig verarmen, so daß der Photodetektor bei allen Vorspannungen eine Majoritätsladungsträger-Vorrichtung ist. Die Schicht 9 sollte dünn und hoch dotiert sein. Der Ausdruck hoch dotiert wird im Vergleich mit den undotierten Schichten verwendet und bedeutet eine
17 —3 Ladungsträgerkonzentration von wenigstens 5x10 cm .
Die Schicht sollte hoch dotiert sein, um die gewünschte Barrieren- oder Schwellenhöhe zu erhalten. Der Ausdruck dünn bedeutet, daß die Schicht 9 bei thermischem Gleichgewicht vollständig verarmt ist. Es kann unmöglich werden, die Schicht 9 vollständig zu verarmen, wenn sie zu dick ist.
Die maximale Dicke für eine vollständige Verarmung ist imi allgemeinen 10 nm oder weniger. Wenn die Schicht 9 dicker wird, werden die undotierten Schichten dünner. Es versteht sich, daß der Ausdruck undotiert, wie er im Zusammenhang mit den Schichten 7 und 9 verwendet wird, so viel wie nicht vorsätzlich dotiert bedeutet und eine Grunddotierung in diesen Schichten vorhanden sein kann, im allgemeinen vom p-Typ, mit einer Konzentration kleiner als 5x10 /cm und im allgemeinen kleiner als
13 3
8x /cm . Die geringere Konzentration ist. wünschenswert, weil sie die Verarmung sowohl der undotierten als auch der hochdotierten Schichten erleichtert. Die gesamte Dotierungskonzentration in den Schichten 7, 9 und 11 muß hinreichend gering sein, damit das interne elektrischen Feld die Schichten bei thermischem Gleichgewicht verarmen kann.
Die Halbleiterschichten können aus beliebigen Halbleitermaterialien bestehen, deren Gitter zueinander passen, d.h., daß ihre Gitterparameter weniger als 0,1 % voneinander abweichen. Es können zum Beispiel II-IV- oder III-V-Verbindungshalbleiter oder Mischungen aus diesen verwendet
- li -
werden. Wenn Verbindungshalbleiter der Gruppe III-V verwendet werden, können die vierte und die fünfte Schicht AlGaAs enthalten, während die erste, zweite und dritte Schicht und das Substrat GaAs enthalten können. Die angepaßten oder aufeinander abgestimmten Gitterzusammensetzungen sind GaAs und Al Ga1_ As, wobei χ in bekannter Weise so ausgewählt ist, daß die Schichten aus GaAs und Al Ga1_ As hinsichtlich ihrer Gitter aufeinander abgestimmt sind. Z. B. kann χ gleich 0,2 oder 0,3 sein oder einen Wert dazwischen annehmen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Silicium bzw. Beryllium als Dotierungsstoffe für AlGaAs und GaAs als η-Typ- bzw. als p-Typ-Dotierungsmittel verwendet. Die Wahl von Silicium anstelle von Zinn, welches bei den meisten AlGaAs/GaAs-Laserherstellungen verwendet wird, ist unüblich. Silicium wird jedoch deshalb als Dotierungsmittel verwendet, weil es ein abruptes Dotierungsprofil liefert, welches für den Maioritätsladungsträger-Photodetektor bevorzugt wird.
Die Erfindung wird anhand von Photodetektoren, welche aus AlGaAs und GaAs hergestellt sind, näher veranschaulicht.
Typische Schichtdicken und Dotierungskonzentrationen für diese Photodetektoren, deren erster Leitfähigkeitstyp der η-Typ ist, sind: Schicht 5, 2μπι; Schicht 7, 2μΐη; Schicht 9, 2x10^° cm J und 6 nm; Schicht 11, 50 bis 200
TR ^
nm'· Schicht 13, 2xlOx cm und 0,6 bis 2 μπι; und
19 —3
Schicht 15, 5x10 cm und 0,3μπι. Die undotierten Schichten
13 hatten eine Grund-Ladungsträgerkonzentration von 8x10 cm vom p-Typ. Diese Vierte führen bei thermischem Gleichgewicht zu einer Verarmung der Schichten 7, 9 und 11.
Die Figur 2 zeigt das Energiebanddiagramm eines AlGaAs/As-Photodetektors bei thermischem Gleichgewicht. Die Schichtdicken sind der besseren Übersicht wegen nicht maßstabsgerecht gezeichnet. Die Schichtzusammensetzungen dieses Ausführungsbcispiels wurden oben beschrieben und die Richtung der einfallenden Photonen ist ebenfalls gezeigt.
Der Betrieb der Vorrichtung wird kurz beschrieben. Die Vorrichtung mit einem Substrat vom η-Typ wird betrieben, während Substrat und Drain positiv bezüglich dem Fenster oder der Sourceschicht vorgespannt sind. Es wird angenommen, daß eine Lichtquelle (nicht dargestellt) Photonen emittiert, welche eine Energie haben, welche zwischen den Bandabstandsenergien der Schichten 11 und 7 liegt, und die Gate- und die Drain-Schichten dieselbe Zusammensetzung haben. Die Photonen werden dann sowohl in den Gate- als auch in den Drainzonen absorbiert, primär jedoch in dem Drainbereich, und .die Elektron-Loch-Paare werden dort durch ein in dem Drainbereich existierendes elektrisches Feld erzeugt und getrennt. Die Löcher, welche zu dem Potentialminimum oder der Potentialmulde bei der Schicht 9 driften, unterliegen einer Potentialschwelle und ein Teil der Löcher wird sich bei dem Potentialminimum ansammeln. Wenn der Akkumulationsprozeß hinreichend lange andauert, wird ein stationärer Zustand bei einem Punkt erreicht, wo die Rate des ankommenden Flusses von Löchern der Rate des abströmenden Flusses von Löchern gleicht. Der letztgenannte Fluß beruht auf auf entweder der Rekombination mit Elektronen oder auf auf thermionischer Emission über die Potentialschwelle. Die akkumulierten Löcher reduzieren die Potientialschwelle des Leitungsbandes und verstärken somit die Emission von
Majoritätsladungsträgern, d.h. die Elektronenemission von der Source. Im Falle der Photogeneration, bei welchem der Strom klein ist im Vergleich zum Dunkelstrom wie es allgemein für schwache einfallende Leistung gilt, wurde der folgende Ausdruck zur Beschreibung der optischen Verstärkung entwickelt:
„ d
G = -S (exp(qö0 AT)-I)
P q
Bei dieser Gleichung ist Jd der Dunkelstrom pro Einheitsfläche, p. ist die einfallende Leistung pro Einheitsfläche undA0_ ist die durch die einfallende Strahlung verursachte Schwellenerniedrigung. Die anderen Ausdrücke habe die oben beschriebenen Bedeutungen. Wenn die einfallende Leistung anwächst, geht der Betrag der Schwellwerterniedrigung Δ0β allmählich der Sättigung entgegen und bewirkt eine allmähliche Erniedrigung der optischen Verstärkung mit wachsender Leistung. Das heißt, die Empfindlichkeit der Vorrichtung wächst, wenn die einfallende Leistung abnimmt.
Man glaubt, daß der Ladungsträgertransport bei Majoritätsladungsträger-Photodetektoren und normalen Betriebsbedingungen hauptsächlich auf thermionischer Emission von Majoritätsladungsträgern über die Potentialschwelle beruht. Normale Betriebsbedingungen bedeuten dabei, daß die Drainschicht bezüglich der Sourceschicht für Substrate vom η-Typ positiv und für Substrate vom p-Typ negativ ist. Die Vorspannung beträgt typischerweise 5 bis 10 Volt.
Es wurde, zum Beispiel von Bethe, hervorgehoben, daß thermionische Emission vorherrscht, wenn praktisch alle Ladungsträger, welche sich zum Potentialmaximum bewegen, weniger durch Kollision als vielmehr durch das Potential gestoppt
werden. Da heißt anders ausgedrückt, daß der Abstand, bei welchen sich die Potentialenergie um kT ändert, kleiner als die mittlere freie Weglänge für den Impuls verschmierende Kollisionen sein sollte. Diese Hypothese wurde durch eine lineare Relation in der Darstellung von log I über V für einen AlGaAs/As-Photodetektor vom η-Typ bestätigt.
Die Figur 3 zeigt die Abhängigkeit der Empfindlichkeit und der optischen Verstärkung der ankommenden Leistung für einen AlGaAs/AS-Photodetektor,dessen erster Leitfähigkeit styp vom η-Typ ist, für Vorspannungen von 5 Volt und von 7 Volt. Die Vorrichtungsparameter waren wie oben beschrieben, wobei die Schichten 11 und 13 Dicken von 0,05μπι bzw Ο,βμΐη hatten. Die Mesa war ovalförmig mit einer Fläche von etwa l,3xlO~4 cm"2. Die Empfindlichkeit und die optische Verstärkung sind auf der linken bzw. auf der rechten vertikalen Achse aufgetragen. Die in Figur 3 gezeigten Messungen wurden vorgenommen, indem ein Photodetektor auf einer 50 Ohm-Streifenleitung montiert und ein AlGaAs/GaAs-Injektionslaser, als Lichtquelle verwendet wurde, welche bei 83 00 Angström emittierte. Die Empfindlichkeitsmessungen wurden direkt unter Verwendung eines kalibrierten Kurvenschreibers vorgenommen. Die optische Verstärkung ist mit der Empfindlichkeit durch folgende Gleichung verknüpft
G = S(hV)/q
wobei hV die einfallende Photonenenergie und q die Elektronenladung ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die optische Verstärkung mit abnehmender einfallender Leistung zunimmt. Für eine einfallende Leistung von 1,5 nW wurden optische Verstärkungen bis zu 10 00 erzielt. Dieses Ergebnis erscheint
besser als jede bekannte optische Verstärkung eines Phototransistors.
Obgleich die Empfindlichkeit mit wachsender Vorspannung ebenfalls wächst, sollte darauf hingewiesen werden, daß der Dunkelstrom ebenfalls mit wachsender Vorspannung wächst. Infolgedessen hängt die optimale Vorspannung von dem Betrag des Dunkelstroms ab, welchen das optische Kommunikationssystem vertragen kann.
Ein Betrieb mit relativ konstantem Dunkelstrom ist wichtig, weil die Verstärkung proportional zu dem Dunkelstrom ist und, falls der Dunklestrom stark mit den Vorspannungsfluktuationen fluktuiert, die Stabilität der Vorrichtung reduziert wird. Die Größe des Dunkelstroms wird durch die relative Dicke der Source- und der Drainschicht gesteuert. Diese Bedingungen, daß heißt die Dicken der Source- und der Drainschicht, führen zu einer hohen asymmetrischen Dunkelstrom/Spannungs-Charachteristic. Diese Überlegungen bezüglich der Schichtdicken führen zu einem Dunkelstrom, welcher gegenüber Fluktuationen der Vorpsannung relativ unempfindlich ist.
Die Ansprechzeit eines AlGaAs/GaAs-Photodetektors mit η-Leitung als erstem Leitfähigkeitstyp wurde mit 40 psec Impulsen mit einer Spitzenleistung von 20 mW von dem vorher erwähnten Laser geprüft. Die Anstiegszeit betrug etwa 50 psec. Die Abfallzeit betrug etwa 600 psec. Es wird angemommen, daß die Abfallzeit durch eine RC-Zeitkonstante begrenzt ist. Ein AlGaAs/GaAs-Photodetektor mit p-Leitung als erstem Leitfähigkeitstyps, welcher ein Gegenstück zu dem η-Typ-Photodetektor war, wurde ähnlich geprüft
und hatte eine Ansprechzeit von 60 psec für volle Breite bei halber Maximalhöhe.
Andere Ausführungsformen, welche von den im einzelnen beschriebenen Ausführungsbeispielen abweichen, fallen in den Schutzumfang der Erfindung. So kann der Photodetektor zum Beispiel von hinten beleuchtet sein und eine verbesserte Abfall zeit aufweisen. In diesem Fall wären das Substrat 3 und die Schichten 5 und 7 für die einfallende Strahlung transparent. Auch wäre die Reihenfolge, in welcher die Halbleiterschichten gezüchtet oder aufgebracht werden, die fünfte, die vierte, die dritte, die zweite und die erste Schicht. Auch kann das InGaAs/InP-System dazu verwendet werden, Photodetektoren herzustellen, welche nahe bei 1,3 μπι empfindlich sind.
Abschließend sei noch auf zwei Druckschriften hingewiesen, welche bei oberflächlicher Betrachtung Strukturen zu beschreiben, welche der erfindungsgemäßen Vorrichtung ähnlich erscheinen, in Wirklichkeit aber keine Photodetektoren sind. In Applied Physics Letters, 35, S. 63-65, 1. Juli 1979, wird über eine Vorrichtung mit Majoritätsladungsträgern berichtet, welche der Verfasser als Kamel-Diode bezeichnet. Diese Bezeichnung wurde gewählt, weil in dem Leitungsband ein Hocker oder Buckel von einer dünnen und hochdotierten p-Schicht gebildet wird, welche den Ladungsträgertransport steuert. Die Dotierungskonzentration in dieser Schicht is so getroffen, daß sie bei allen Vorspannungswerten vollständig an Löchern verarmt ist. Über eine weitere Version dieser Vorrichtung wird in Electronics Letters, 16, S. 836-838 vom 23 Oktober 1980 berichtet. Diese Vorrichtung hat eine p-Typ-Schicht, welche den Ladungs-
trägertransport steuert und zwischen nominell nicht dotierten Halbleiterschichten eingebettet ist.
Diese in den beiden genannten Artikeln beschriebenen Vorrichtungen sind jedoch elektrische Gleichrichtervorrichtungen und keine Photodetektoren. Wenn auch in dem letzgenannten Artikel angedeutet ist, die Vorrichtungen könnten als Mischdioden verwendet werden, so wird doch in keinem der beiden Artikel eine andere Verwendung vorgeschlagen und die in beiden Artikeln erwähnten Vorrichtungen sind für die Verwendung als Photodioden nicht geeignet.
Leerseite

Claims (1)

  1. BLUMBACH ::W.E3"ER: -BE1ReEN · KRAMER ZWIRNER · HOFFMANN
    PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN
    Palentconsult Radedcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsull Paontconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Paientconsult
    Western Electric Company, Incorporated Chen 1
    New York, N. Y. 10038, USA
    Patentansprüche
    Photodetektor zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie, mit einer Anzahl von Halbleiterschichten, von denen wenigstens gewisse Schichten einen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp haben als gewisse andere Schichten, gekennzeichnet durch '
    - eine erste und eine zweite Schicht (13, 5) eines ersten Leitfähigkeitstyps,
    - eine dritte Schicht (9) eines zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten und der zweiten Schicht zur Bildung einer Potentialmulde zwischen der ersten und der zweiten Schicht und
    - eine vierte, im wesentlichen undotierte und an die dritte Schicht (9) angrenzende Schicht (7) zur Lichtabsorption, um Ladungsträger zu erzeugen, von denen bestimmte zu der Potentialmulde driften.
    2, Photodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Schicht (7) zwischen der dritten Schicht (9) und der zweiten Schicht (5), und eine fünfte Schicht (11), welche im wesentlichen undotiert ist, zwischen der ersten und der dritten Schicht (13, 9) angeordnet sind.
    München: 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., Pal.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.
    ~ ο —
    3. Photodetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drtitte Schicht (9) eine größere Ladungsträgerkonzentration als 5xiol7 cm~^ aufweist.
    4. Photodetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht (9) eine Dicke von 10 niti
    oder weniger aufweist.
    5. Photodetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
    daß die vierte Schicht (7) und die fünfte Schicht (11)
    13 —3 geringere Ladungsträgerkonzentrationen als 8x10 cm
    aufweisen.
    6. Photodetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Schicht (7) wenigstens 1 μπι dick ist.
    7. Photodetektor nach Anspruch 1 oder' 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten aus Il-VI-Verbindungsi halbleiter, Ill-V-Verbindungshalbleiter oder Mischungen hiervon aufgebaut sind.
    8. Photodetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (13), die fünfte (11) und die dritte
    (9) Halbleiterschicht GaAs und die genannte vierte
    (7) und die zweite (5) Halbleiterschicht Al Ga1 As
    umfassen.
    9. Photodetektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, der erste Leitfähigkeitstyp vom η-Typ ist.
    10. Photodetektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das η-Typ Dotierungsinittel Silicium ist.
    11. Photodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte und die zweite Halbleiterschicht (7,
    5) Energiebandabstände aufweisen, die kleiner als der Energiebandabstand der ersten Halbleiterschicht (13) ist.
DE19823215083 1981-04-24 1982-04-22 Majoritaetsladungstraeger-photodetektor Ceased DE3215083A1 (de)

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