DE3784191T2 - Halbleiterphotodetektor mit schottky-uebergang. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf Halbleiterphotodetektoren, die an ihren Elektroden Schottky-Übergänge haben.
• Ein Halbleiterphotodetektor spricht durch einen Prozeß der Umwandlung von Photonen in Elektron-Loch-Paare innerhalb einer Schicht von Halbleitermaterial, die dicker als die Eindringtiefe der Strahlung ist, auf einfallende Strahlung an. Die erzeugten Elektronen und Löcher werden zwischen einem Paar von Elektroden, die auf einer oder mehreren Oberflächen der Halbleiterschicht liegen, als elektrischer Strom abgezogen. In einer Form eines Halbleiterphotodetekors, die von Interesse ist, sind die Elektroden als verzahnte Kamm-Elektrodenstruktur gebildet und durch eine externe Spannungsquelle vorgespannt, um die Elektronen und die Löcher abzuziehen. Die Elektroden können aus Metall aufgebaut sein, das mit dem Halbleitermaterial entweder durch ohmsche Kontakte oder Schottky-Sperrschichtkontakte verbunden ist.
• Von besonderem Interesse ist hier der Photodetektor-Aufbau, der Schottky-Sperrschichtkontakte verwendet.
• Die Potentialbarriere des Schottky-Aufbaus ist zur Verhinderung der Erzeugung eines elektrischen Stromes mit Ausnahme der durch Photonen erzeugten Elektron-Loch-Paare erwünscht. Dies ist bei der optischen Übertragung digitaler Signale durch Strahlung, wie etwa infrarotes und sichtbares Licht, nützlich, wobei die optischen Signale durch den Photodetektor in elektrische Signale umgewandelt werden. Eine solche Übertragung kann durch Strahlungsimpulse erreicht werden. Der Schottky-Aufbau ist insofern vorteilhaft, als die vorhergehende Wirkung der Potentialbarriere das Auftreten von Rauschströmen verhindert, die das Rauschen erhöhen und die digitalen Signale verzerren würden.
• Ein Problem taucht bei der vorhergehend genannten Struktur auf, bei der Elemente der Elektroden sich in einer parallelen Anordnung über die Oberfläche des Halbleitermaterials erstrecken. An den Kanten der Elektroden liegen hohe Potentialgradienten vor, die ein Tunneln verursachen können. Die Elektronen- und Löcher- Ströme, die durch die Strahlung induziert werden, können an der Oberfläche des Halbleitermaterials "eingefangen" werden. Die eingefangenen Ladungsträger verändern das Profil des Potentialfeldes auf den Seiten der Schottky-Sperrschichten dahingehend, daß sie den Potentialgradienten noch erhöhen, was die Potentialbarrieren in einer Richtung parallel zur Halbleiteroberfläche verschmälert. Entsprechend den Gesetzen der Quantenmechanik verstärkt sich das Tunneln von Ladungsträgern durch die Barrieren, wobei eine Wirkung des Tunnelns das Auftreten von Rauschströmen beim Empfang der erwähnten digitalen Signale ist. Das Tunneln vermindert daher den Vorteil der Verwendung des Schottky-Aufbaus beim Photodetektor.
• Ein Aspekt des Einfangens der Ladungsträger ist die Tatsache, daß die Wirkung der eingefangenen Ladungsträger, nämlich die Veränderung des Potentialfeldes, sich langsam mit der Zeit ändert. Beispielsweise würde ein Infrarotsignalimpuls, der auf den Detektor auftrifft, durch das veränderte Potentialfeld in einen Impuls umgewandelt, der eine relativ steile Anstiegsflanke hat, gefolgt von einem langsamen Abfall der Amplitude. Der Abfall ist ein Ergebnis der langsamen Veränderung der Störung des Potentialfelds durch die eingefangenen Ladungsträger. Dieser Effekt kann als eine unerwünschte Verstärkung niedriger Frequenzen, die die Wellenform einer ankommenden Impulssignalfolge verändert und eine Interferenz zwischen den Zeichen bewirkt, charakterisiert werden. Weitere Effekte sind hohe Dunkelströme und eine verringerte Ansprechempfindlichkeit des Photodetektors und seiner externen Schaltungen für ankommende Strahlungssignale.
• EP-A-0 063 422 beschreibt einen Schottky-Sperrschicht-Photodetektor, der eine aktive Schicht aus lichtempfindlichem Halbleitermaterial und ein Paar von doppelkammförmigen Elektroden aufweist, die auf der Oberfläche der aktiven Schicht angeordnet sind und mit dieser die Schottky-Sperrschicht bilden. Die Abstände zwischen den einzelnen Fingern der Elektroden sind mit einem undotierten Passivierungs-Halbleitermaterial gefüllt, das dazu dient, die aktive Schicht gegenüber der Luft zu schützen und mit der aktiven Schicht eine Rekombinations-Grenzfläche mit geringer Oberfläche zu bilden. Schottky-Sperrschicht-Photodetektoren, die einen Metall/GaAs/Ge-Aufbau haben, sind aus JP-A- 6156469 und JP-A-56111273 bekannt.
• Die beanspruchte Erfindung ist darauf gerichtet, diese Nachteile zu beheben.
• Durch einen Halbleiterphotodetektor, der eine Schicht aus halbleitendem Material zum Umwandeln auf den Photodetektor auftreffender Strahlung in elektrische Ladungsträger innerhalb der Schicht aufweist, werden die Probleme überwunden und andere Vorteile erreicht. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf Halbleitermaterial, das aus Verbindungen von Elementen der dritten und fünften Gruppe des Periodensystems - bekannt als III-V- Verbindungen - gebildet ist, wie etwa Galliumarsenid. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Schicht aus halbisolierendem Galliumarsenid.
• Der Photodetektor weist weiter eine erste Elektrode, die ein elektrisch leitendes Element hat, das sich auf einer Oberfläche der Schicht erstreckt, und eine zweite Elektrode, die ein elektrisch leitendes Element hat, das sich auf der Oberfläche der Schicht längs des Elements der ersten Elektrode und von diesem getrennt erstreckt, auf. Jede Elektrode kann eine Vielzahl von Elementen haben, wobei die Elektroden in diesem Falle in einer Doppelkamm-Weise angeordnet sind. Jedes der Elektrodenelemente bildet eine Schottky-Sperrschicht mit der Halbleiterschicht zur Erzeugung eines elektrischen Stromes in Gegenwart einfallender Strahlung und nach Schaltung einer Vorspannungsquelle zwischen die erste und die zweite Elektrode.
• Entsprechend der Erfindung wird durch die Konstruktion einer dotierten Halbleiterschicht auf der Oberfläche der Schicht, in der die Umwandlung zwischen den Photonen und den elektronischen Ladungsträgern stattfindet, das Einfangen von Ladungsträgern an der Oberfläche der Halbleiterschicht unter Einfluß der elektrischen Felder in der Nähe jedes der Elektrodenelemente verhindert. Die dotierte Schicht lenkt und stößt die Ladungsträger von der Oberfläche ab, wodurch das Einfangen von Ladungsträgern längs der Oberfläche vermindert und das Durchtunneln von Ladungsträgern unter einer Schottky-Sperrschicht verhindert wird. Die dotierte Schicht ist viel dünner als die Eindringtiefe der Strahlung in die Umwandlungsschicht, so daß eine wirksame Abstoßung der Ladungsträger von der Oberfläche ermöglicht wird. Die Konzentration der Störstellenatome über die Dicke der dotierten Schicht ist so gewählt, daß die dotierte Schicht an Ladungsträgern verarmt und im Zustand eines hohen Widerstandes bleibt. In den meisten Fällen wird dies dadurch erreicht, daß das Produkt aus Dotierungsdichte und dem Quadrat der Schichtdicke entsprechend der folgenden Gleichung so begrenzt wird, daß
• wobei N- die Dichte der Dotierungsatome, d die Tiefe oder die Dicke der Schicht, c die Dielektrizitätskonstante des Halbleiters, Eg die Bandlückenenergie des Halbleiters und q die Elektronenladung ist.
• Die vorangehenden Aspekte und andere Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung erklärt, wobei
• Fig. 1 eine Draufsicht eines entsprechend der Erfindung aufgebauten Photodetektors ist, wobei die Ansicht auch die Verbindung des Photodetektors mit einer externen elektrischen Schaltung zeigt,
• Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung des Photodetektors nach Fig. 1 längs der Linie 2-2 ist,
• Fig. 3 die elektrischen Feldlinien zwischen zwei Elektrodenelementen des Photodetektors und die damit verbundenen Energieniveaudiagramme zeigt und
• Fig. 4 ein Energieniveaudiagramm als Funktion der Tiefe durch den Photodetektor zur Darstellung der Funktion der Ladungsabstoßungsschicht des Photodetektors zeigt.
• Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist ein aus einem Block 12 eines Halbleitermaterials gebildeter Photodetektor 10 gezeigt, wobei der Block 12 in zwei Schichten, nämlich eine obere Schicht 14 und eine untere Schicht 16, geteilt ist. Ein Satz von doppelkammförmigen Elektroden 18 ist auf der Oberseite der oberen Schicht 14 angeordnet, wobei die Elektroden 18 eine über einen Widerstand 20 mit einem Anoden-Anschluß einer Batterie 22 verbundene Anodenelektrode 18A und eine mit einem Katoden-Anschluß der Batterie 22 verbundende Katodenelektrode 18B umfassen. Die Batterie 22 dient als Quelle einer Vorspannung zum Betrieb des Photodetektors 10, wobei der Widerstand 20 einen Spannungsabfall proportional zu dem durch den Photodetektor 10 fließenden Nachweisstrom liefert. Ein Paar von Eingangsanschlüssen eines Differentialverstärkers 24 ist mit dem gegenüberliegenden Anschluß des Widerstandes 20 verbunden, um ein zum Detektorstrom proportionales Ausgangssignal auf der Leitung 26 zu liefern.
• Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, wie in Fig. 1 dargestellt, jede der Elektroden 18 mit einem Satz von Elementen 28 versehen, die sich transversal über eine obere Oberfläche 30 des Blocks 12 erstrecken. Die Elemente 28 sind parallel zueinander und voneinander getrennt, um die Doppelkammstruktur zu bilden. Die Elektroden 18 sind aus einem Metall wie Gold, Aluminium oder Platin oder aus einem anderen elektrisch leitenden Material wie Wolframsilizid gebildet, das so ausgebildet werden kann, daß es einen Schottky-Kontakt mit dem Halbleiter bildet.
• Bei der Herstellung des Photodetektors 10 wird zuerst der Block 12 präpariert, wobei der Block 12 ein halbisolierendes Halbleitermaterial aufweist, das zur Umwandlung der Photonen der Strahlung in Elektron-Loch-Paare geeignet ist. Obgleich bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der Block 12 aus Galliumarsenid besteht, ist zu verstehen, daß die Erfindung auch auf andere Halbleitermaterialien, insbesondere III-V-Verbindungen von Elementen wie Aluminium, Indium und Antimon anwendbar ist. Das Galliumarsenid der bevorzugten Ausführungsform spricht auf Strahlung mit Frequenzen im Bereich vom Infrarot bis zum fernen Rotanteil des sichtbaren Spektrums an. Die auftreffende Strahlung ist in Fig. 2 durch einen großen Pfeil 32 für ankommendes Licht bezeichnet, und ein kleinerer Pfeil 34 stellt Licht dar, das in den Block 12 eingetreten ist und dort abgeschwächt wurde. Das Licht des Pfeils 34 wird exponentiell mit der Entfernung im Block 12 abgeschwächt und kann für praktische Betrachtungen bei der durch die schraffierte Linie 36 gekennzeichneten Eindringtiefe als vollständig ausgelöscht angesehen werden. Die Eindringtiefe ist bei einer mathematischen Darstellung der Abschwächung des Lichts etwa das Zwei- bis Dreifache des Kehrwerts des Extinktionskoeffizienten.
• Der Aufbau des Photodetektors 10 wird durch Dotieren der oberen Oberfläche 30 des Blocks 12 zur Bildung der oberen Schicht 14 des Volumenmaterials fortgesetzt. Der Rest des Materials des Blocks 12, bezeichnet als untere Schicht 16, bleibt halbisolierendes Galliumarsenid. Die Bildung der oberen Schicht 14 kann durch chemische Gasphasenabscheidung oder Ionenimplantation eines geeigneten Dotierungsmaterials bewerkstelligt werden. Alternativ kann die obere Schicht 14 - wenn gewünscht - durch den Prozeß eines epitaxialen Wachsens auf der unteren Schicht 16 gebildet werden. Die bei der Dotierung der oberen Schicht 14 verwendeten Dotanden können entweder n- oder p-Dotanden sein. Ein geeigneter n-Donor, der bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, ist Silicium. Beryllium kann als p-Akzeptor-Dotand verwendet werden. Germanium kann auch als ein Dotand verwendet werden, wobei der Typ der Dotierung (n oder p) vom Dotierungsverfahren abhängt.
• Bezüglich der physischen Abmessungen des Aufbaus des Photodetektors 10 ist zu beachten, daß die Darstellung der Elektrodenelemente 28 in ihrer Höhe übertrieben ist, um die Darstellung der Elemente 28 zu erleichtern. Ein typischer Wert der Höhe der Elemente 28 ist 0,15 Mikrometer. Ein typischer Wert der Breite eines Elements 28 ist 1,0 Mikrometer. Ein typischer Wert des Abstandes zwischen Kanten aufeinanderfolgender Elemente 28 ist 2,0 Mikrometer. Die obere Schicht 14 hat eine typische Tiefe von 100 nm.
• Die durch den Abstand zwischen der oberen Oberfläche 30 und der Linie 36 gegebene Eindringtiefe ist im Falle von auf das Galliumarsenid auftreffender Infrarotstrahlung typisch 2,0 Mikrometer, was der Fall ist, der in Fig. 2 dargestellt ist.
• Der Betrieb des Photodetekors 10 kann unter Bezugnahme auf die in den Fig. 3 und 4 gegebenen Darstellungen erklärt werden.
• In Fig. 3 zeigt die obere Darstellung zwei aufeinanderfolgende der Elektrodenelemente 28, die auf der Oberfläche 30 gelegen sind, wobei die Darstellung der Querschnittsdarstellung der Fig. 2 entspricht.
• Die obere Darstellung von Fig. 3 zeigt auch das elektrische Feld darstellende Kraftlinien 38, die die Elemente 28 als Folge der über die Batterie 22 angelegten Vorspannung verbinden. Insbesondere ist zu beachten, daß die Linien 38 nahe der Kanten der Elemente 28 dazu neigen, sich zusammenzudrängen, und sich in größerem Abstand vom Element 28 auseinanderspreizen. Das Zusammendrängen der Linien 38 nahe der Kanten der Elemente 28 in Kombination mit dem folgenden Aufspreizen der Linien 38 in einem Abstand von den Elementen 28 zeigt einen Potentialgradienten an und ist mit einer hohen elektrischen Feldstärke in der Nähe der Kanten der Elemente 28 verbunden. Ein solches Feldstärkemuster in Abwesenheit der oberen Schicht 14 der Erfindung würde eine signifikante Menge von eingefangenen Ladungsträgern des zwischen den Elektrodenelementen 28 fließenden elektrischen Stromes in Anwesenheit der auftreffenden Strahlung und nach Anlegen der Spannung der Batterie 22 hervorrufen. Das Einfangen der Ladungsträger an der Oberfläche 30 anstelle im Volumen des Materials des Blocks 12 ist besonders im Falle eines kristallinen Halbleitermaterials zu bemerken, das mit hoher Reinheit hergestellt ist, wo es im Volumenmaterial nur ein geringfügiges Einfangen gibt und der Hauptteil des Einfangens an der Oberfläche 30 geschieht.
• Zu jeder der Kraftlinien 38 des elektrischen Feldes gibt es ein zugehöriges Energiebanddiagramm. Ein solches Diagramm ist in der Mitte der Fig. 3 gezeigt, wobei das Diagramm in vertikaler Richtung die Energie und in horizontaler Richtung die Entfernung längs einer Linie 38 zeigt. Im Sinne eines Beispiels ist das Energieniveaudiagramm in der Mitte der Fig. 3 unter Eintragung der Innenkanten der Elemente 28 so dargestellt, daß es mit der obersten der Linien 38 korrespondiert, die im Oberteil von Fig. 3 gezeigt sind. Dieses Energieniveaudiagramm entspricht der Situation, daß der Wert der Vorspannung Null ist. Hierbei ist das Energieniveaudiagrainin bezüglich jedes der Elektrodenelemente 28 symmetrisch. Insbesondere ist festzustellen, daß es eine Barriere mit einer Höhe gibt, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, wobei diese Barriere die durch einen Schottkykontakt hervorgerufene Potentialbarriere ist. Beim Aufbau des Photodetektors 10 werden die Elektroden 18 auf der Oberfläche 30 entsprechend einer bekannten Technologie zur Bildung einer Schottky-Sperrschicht zwischen jedem der Elemente 28 und dem Halbleitermaterial an der Oberfläche 30 gebildet. Ein solcher Aufbau entspricht dem in der Mitte der Fig. 3 gezeigten Energiediagramm. Insbesondere ist festzustellen, daß die obere Linie 40 der Unterseite eines Leitungsbandes für Elektronen entspricht. Die untere Linie 40 entspricht der Oberkante eines Valenzbandes für Löcher. Das Ferminiveau liegt zwischen dem Leitungs- und dem Valenzband.
• Die untere Darstellung der Fig. 3 ist ein Energieniveaudiagramm für die obere elektrische Feldlinie 38 für den Fall, daß die Batterie 22 eine Vorspannung anlegt, deren Wert von Null verschieden ist. Das Elektrodenelement 28 (obere Darstellung) auf der linken Seite ist so zu verstehen, daß es auf einem positiven Potential relativ zum Elektrodenelement 28 auf der rechten Seite der Fig. 3 liegt, was durch das Plus- und das Minus-Zeichen bezeichnet ist. Das untere Diagramm der Fig. 3 ist in zwei Formen gezeigt, wobei eine Form durch eine gestrichelte Linie und die zweite Form durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist. Die durchgezogene Linie beschreibt das für den Fall gültige Energieniveaudiagramm, daß kein Einfangen von elektrischen Ladungsträgern an der Oberfläche 30 vorliegt, wobei dieses Energieniveaudiagramm das beim Betrieb entsprechend der Erfindung vorliegende ist. Die gestrichelte Linie zeigt den Einfluß auf das Egergieniveaudiagramm, der durch das Einfangen von Ladungsträgern hervorgerufen wird, wobei dieser Effekt beim Aufbau eines Photodetektors ohne den Einbau der Erfindung auftreten würde.
• Die durchgezogene Linie zeigt eine Schottky-Sperrschicht mit normaler Breite, wobei diese Breite hinreichend ist, um zu gewährleisten, daß kein Tunneln stattfindet. Die gestrichelte Linie gibt die Schottky-Sperrschicht mit einer verringerten Breite wieder, die das Auftreten eines signifikanten Betrages an Tunneln erlaubt. Löcher, die durch den Buchstaben h und die Pluszeichen bezeichnet sind, wandern nach rechts, wo das Potential negativer ist, und negative Ladungen, die durch den Buchstaben e und Minus-Zeichen bezeichnet sind, wandern nach links, wo das Potential positiver ist. Eingefangene Löcher, die durch Pluszeichen bezeichnet sind, sind zur Rechten des Energiediagramms gezeigt, während eingefangene Elektronen, die durch die Minus- Zeichen bezeichnet sind, auf der linken Seite des Energiediagramms gezeigt sind. Es ist die Menge der eingefangenen Ladungsträger, die die Gestalt der durchgezogenen Linien verändern, um zur unerwünschten gestrichelten Linie mit der ihr eigenen verringerten Breite an den Enden des Energiediagramms zu führen.
• Die obere Schicht 14 (Fig. 2) ist ausreichend dotiert, um eine abstoßende Kraft zu erzeugen, die die Ladungsträger von der Oberfläche 30 weglenkt, um so das Einfangen der Ladungsträger zu verhindern. Damit sammeln sich die Löcher und die Elektronen nicht an den Enden des Energiediagramms an, und die gestrichelte Darstellung des Energiediagramms tritt nicht auf. So sichert entsprechend der Erfindung die Ladungsabstoßungs-Eigenschaft der oberen Schicht 14, daß das Energiediagramm die Gestalt der durchgezogenen Linie mit der mit ihr verbundenen normalen Breite der Schottky-Sperrschicht hat. Wie oben festgestellt, ist die normale Breite ausreichend, um sicherzustellen, daß nicht mehr als ein vernachlässigbares Tunneln durch die Sperrschicht auftritt.
• Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine hinreichende Ladungsabstoßung durch Dotieren der oberen Schicht 14 mit einem Dotanden mit einer Konzentration von 1017 Atomen/cm³ erreicht. Eine solche Konzentration von Dotierungsatomen in einer Schicht mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen Mikrometern oder dicker würde ein hochleitfähige Schicht erzeugen. Jedoch bleibt die Leitfähigkeit der oberen Schicht 14 bei der relativ geringen Tiefe der oberen Schicht 14-100 nm oder weniger, wie oben festgestellt - relativ niedrig, ausreichend niedrig, um keinen signifikanten Beitrag zum Stromfluß zwischen den Elektrodenelementen 28 zu leisten. Die Konzentration der Ladungsträger in dem halbisolierenden GaAs der unteren Schicht 16 ist in der Größenordnung von 10&sup8; Atomen/cm³, was neun Größenordnungen niedriger als diejenige der oberen Schicht 14 ist. Die Konzentration der Dotierungsatome muß für dünnere Werte der oberen Schicht 14 erhöht und für dickere Werte der oberen Schicht 14 verringert werden, da die Konzentration umgekehrt poportional zum Quadrat der Schichtdicke ist, wie oben in der mathematischen Gleichung beschrieben.
• Der oben genannte Effekt ist in Fig. 4 zu sehen, in der das Leitungs- und das Valenzband für den Fall einer undotierten oberen Schicht 14 durch gestrichelte Linien dargestellt sind, wobei die durchgezogene Linie die Verschiebung im Energieniveau für den Fall des Dotierens der oberen Schicht 14 zeigt. In Fig. 4 sind die das Leitungs- und das Valenzband darstellenden Linien unter Darstellung der Schichten 14 und 16 des Photodetektors 10 gezeichnet. Der Photodetektor 10 ist in Fig. 4 von der Seite gezeigt, um das Leitungs- und das Valenzband als Funktion der Entfernung senkrecht zur Oberfläche 30 des Photodetektors 10 darzustellen. Die Energieniveaus der Fig. 4 sind für den Fall einer n-Dotierung angegeben, wobei die obere Schicht 14 der Oberfläche 30 ein Potential verleiht, das negativer als dasjenige der Grenzfläche zwischen den Schichten 14 und 16 ist.
• So ist, wie in Fig. 4 dargestellt, an der Grenzfläche zwischen den Schichten 14 und 16 eine Potentialmulde erzeugt, in die die Elektronen wandern und aus der die Löcher "vertrieben" werden. Damit neigen die Elektronen dazu, von der Oberfläche 30 weggezogen zu werden, was das Einfangen der Elektronen an der Oberfläche 30 verhindert. Außerdem wird, was die Löcher angeht, die große Mehrzahl der Löcher in die untere Schicht 16 gedrückt, während nur ein relativ kleiner Bruchteil der Löcher zur Oberfläche 30 getrieben wird. Dies vermeidet das Einfangen aller Löcher mit Ausnahme eines kleinen Bruchteils an der Oberfläche 30. Die obige Diskussion der Energieniveaus der Fig. 4 gilt auch für die Ausführung einer p-Dotierung in der oberen Schicht 14.
• Es ist interessant festzustellen, daß in dem Falle, daß die obere Schicht 14 in eine größere Tiefe ausgedehnt würde, das Leitungsband dann das Ferminiveau erreichen würde, wie dies bei hoch leitfähigem Material der Fall ist. Jedoch bleibt infolge der relativ kleinen Tiefe der oberen Schicht 14 das Leitungsband trotz der hohen Konzentration von Dotierungsatomen in einem Abstand vom Ferminiveau, so daß ein ausreichender Widerstand zwischen der Anoden-Elektrode 18A und der Katoden-Elektrode 18B für einen korrekten Betrieb des Photodetektors 10 aufrechterhalten wird. Im Sinne eines Beispiels würde im Hinblick auf den hohen Widerstand einer Schicht intrinsischen oder halbisolierdenden Halbleitermaterials - wie bei der unteren Schicht 16, deren Widerstand in der Größenordnung von vielen (10 bis 40) MΩ sein könnte - ein Widerstand der oberen Schicht 14 in der Größenordnung von 0,1 MΩ oder 1,0 MΩ ein geeigneter Widerstand für einen exakten Betrieb des Photodetektors 10 sein. Dies wird durch die oben erwähnte Tiefe von 0,1 um (1000 A) der oberen Schicht 14 erreicht.
• Die vorangehende Diskussion gilt für einen Aufbau der Elektroden 18, der eine beliebige Anzahl von Elektrodenelementen 28 enthält. Die in Fig. 1 erscheinenden gestrichelten Linien kennzeichnen, daß der Elektrodenaufbau erweitert werden kann, um so viele Elektrodenelemente 28 einzufügen wie erforderlich. Die Anzahl der Elektrodenelemente 28 kann auch verringert sein. Im Grenzfall nur zweier Elektrodenelemente 28, eines für die Anoden-Elektrode 18A und eines für die Katoden-Elektrode 18B, gilt die oben dargestellte Theorie des Betriebs ebenfalls noch. Die Struktur des Photodetektors 10 ist leicht auf einem (nicht gezeigten) tragendeiv Substrat aufzubauen, das auch andere Halbleitereinrichtungen in der Form integrierter Schaltungen tragen könnte, wobei solche Einrichtungen einen Feldeffekttransistor wie etwa einen GaAs-MESFET enthalten. Beispielsweise können solche Transistoren aus Schichten von Halbleitermaterial mit Implantation von Dotanden in spezifischen Gebieten aufgebaut sein. Die bei der Konstruktion solcher Einrichtungen verwendeten Verfahren können auch bei der Konstruktion der Erfindung verwendet werden. Insbesondere ist zu beachten, daß auf Schritte einer Implantation, etwa einer Ionenimplantation, ein Schritt des Temperns zur Auffrischung der Kristallstruktur folgt, um die implantierten Atome auf ihre richtigen Plätze im Kristallgitter zu setzen. Obgleich ein solches Tempern tendentiell eine Erhöhung der Neigung zum Einfangen von Ladungsträgern an der Oberfläche verstärken kann, verhindert die dünne Ladungsabstoßungsschicht der Erfindung angemessen ein solches Einfangen. Damit ist die Erfindung mit dem Implantations-Temperschritt kompatibel.

Claims (7)

1. Halbleiterphotodetektor mit Schottky-Sperrschicht (10) mit:

einer Schicht (16) aus halbleitendem Material zum Umwandeln auf den Photodetektor auftreffender Strahlung in elektrische Ladungsträger innerhalb der Schicht,

einer ersten Elektrode (18A) mit einem elektrisch leitenden Element, das sich auf eine Oberfläche (30) der Schicht (16) erstreckt,

einer zweiten Elektrode (18B) mit einem elektrisch leitenden Element, das sich auf die Oberfläche (30) der Schicht (16) längs des Elementes der ersten Elektrode (18A) und von diesem getrennt erstreckt,

wobei jedes der Elektrodenelemente eine Schottky-Sperrschicht mit der Halbleiterschicht (16) zur Erzeugung eines elektrischen Stromes in Gegenwart der auftreffenden Strahlung und nach Anschluß einer Vorspannungsquelle (22) zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (18A, 18B) bildet und der Photodetektor weiter aufweist:

eine Einrichtung (14), die längs der Oberfläche angeordnet ist, zum Ablenken von Ladungsträgern von der Oberfläche weg, wodurch das Einfangen von Ladungsträgern des elektrischen Stromes längs der Oberfläche verringert und das Tunneln von Ladungsträgern unter eine Schottky-Sperrschicht verhindert wird, wobei die Ablenkeinrichtung eine zweite Schicht (14) aus Halbleitermaterial aufweist, die innerhalb der erstgenannten Schicht (16) aus Halbleitermaterial gebildet und an der Oberfläche gelegen ist, wobei die zweite Schicht (14) sich zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (18A, 18B) erstreckt und dotiert ist, um Ladungsträger mit einer gegenüber der Konzentration der Ladungsträger in der erstgenannten Schicht (16) um mindestens eine Größenordnung höheren Konzentration bereitzustellen, und wobei die Strahlung in die zuerst erwähnte Schicht (16) bis auf eine vorbestimmte Eindringtiefe (36) von der Oberfläche eindringt, wodurch ein aktives Gebiet für die Umwandlung bestimmt wird, und wobei die Tiefe der zweiten Schicht (14) um mindestens eine Größenordnung kleiner als die Tiefe des aktiven Gebietes ist.

2. Photodetektor nach Anspruch 1, bei dem die erste Elektrode (18A) weitere elektrisch leitende Elemente (28) aufweist, wobei das Element und die weiteren Elemente der ersten Elektrode eine erste Anzahl von Elementen bilden, und bei dem die zweite Elektrode (18B) weitere elektrisch leitende Elemente (28) aufweist, wobei das Element und die weiteren Elemente der zweiten Elektrode eine zweite Anzahl von Elementen bilden und die erste Anzahl von Elementen mit der zweiten Anzahl von Elementen verzahnt und von dieser getrennt ist, um eine doppelkammförmige Elektrodenstruktur zu bilden.

3. Photodetektor nach Anspruch 1 und 2, bei dem das Material der ersten Schicht (16) halbisolierendes Halbleitermaterial mit einem relativ hohen spezifischen Widerstand ist, wobei der Widerstand des aktiven Gebietes von der Tiefe und dem spezifischen Widerstand des aktiven Gebietes abhängt, die Dotierung der zweiten Schicht (14) deren spezifischen Widerstand auf einen geringeren Wert als den spezifischen Widerstand der ersten Schicht (16) verringert, der Widerstand der zweiten Schicht (14) von der Tiefe und dem spezifischen Widerstand der zweiten Schicht abhängt und der Widerstand der zweiten Schicht größer als etwa ein Prozent des Widerstandes des aktiven Gebietes ist.

4. Photodetektor nach Anspruch 3, bei dem der Widerstand der zweiten Schicht (14) größer als etwa ein Zehntel des Widerstandes des aktiven Gebietes ist.

5. Photodetektor nach den Ansprüchen 1 bis 4, bei dem jede der Elektroden (18) aus Metall gebildet ist, das Halbleitermaterial der ersten und der zweiten Schicht (16, 14) halbisolierendes Galliumarsenid ist und die zweite Schicht (14) mit Silicium als Dotand vom n-Typ dotiert ist.

6. Photodetektor nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei dem jede der Elektroden aus Metall gebildet ist, das Halbleitermaterial der ersten und zweiten Schicht (16, 14) halbisolierendes Galliumarsenid ist und die zweite Schicht mit Beryllium als Dotand vom p-Typ dotiert ist.

7. Strahlungsempfänger mit einem Photodetektor mit Schottkysperrschicht nach Anspruch 1.