DE3920219A1 - Operating optical detector with active semiconductor detector layer - impinging radiation to be detected on side face under Brewster angle - Google Patents
Operating optical detector with active semiconductor detector layer - impinging radiation to be detected on side face under Brewster angleInfo
- Publication number
- DE3920219A1 DE3920219A1 DE3920219A DE3920219A DE3920219A1 DE 3920219 A1 DE3920219 A1 DE 3920219A1 DE 3920219 A DE3920219 A DE 3920219A DE 3920219 A DE3920219 A DE 3920219A DE 3920219 A1 DE3920219 A1 DE 3920219A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- active
- optical detector
- detector
- active layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 10
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N aluminium arsenide Chemical compound [As]#[Al] MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/035281—Shape of the body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/108—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the Schottky type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
Optische Detektoren zur Detektion von elektromagneti scher Strahlung, beispielsweise von Licht, weisen die durch Strahlungsabsorption im Detektormaterial erzeugten Ladungsträgerpaare als elektrisches Signal nach. Um bei schnellen optischen Detektoren eine hochfrequente Detek tion zu ermöglichen, müssen die Laufwege für die erzeug ten Ladungsträgerpaare kurz sein, wodurch aber das Ab sorptionsvolumen der zu Ladungsträgererzeugung dienenden aktiven Schicht begrenzt wird. Ein schneller Detektor besitzt daher einen schlechten elektro-optischen Wir kungsgrad; auch andere Eigenschaften derartiger Detekto ren, wie die Empfindlichkeit und Ansprechzeit des Bau elementes, sind vergleichsweise schlecht.Optical detectors for the detection of electromagnetic sher radiation, for example from light, have the generated by radiation absorption in the detector material Charge carrier pairs as an electrical signal. To at fast optical detectors a high-frequency detector tion, the routes for the ten pairs of charge carriers be short, but this means that the Ab sorption volume of those used to generate charge carriers active layer is limited. A fast detector therefore has a bad electro-optical we degree of efficiency; also other properties of such detectors ren, such as the sensitivity and response time of the construction elementes, are comparatively bad.
Um eine hinreichende Absorptionslänge der zu detektier enden Strahlung in der aktiven Detektorschicht bei gleichzeitig kurzer Laufzeit der erzeugten Ladungsträger zu erreichen, muß die Strahlung senkrecht zur Absaugrich tung der erzeugten Elektronen und Löcher in die aktive Schicht einfallen, d.h. das Licht muß seitlich in das Detektorvolumen eingekoppelt werden. Die Einkopplung des Lichtes in die Detektionsebene ist jedoch kritisch und aufwendig. Hamdi und Valette, Journ. Appl. Phys. 51, 4739 (1980), verwenden beispielsweise eine aufwendige Anordnung mit Prisma und Wellenleiter.To detect a sufficient absorption length end radiation in the active detector layer at the same time a short running time of the generated charge carriers to achieve, the radiation must be perpendicular to the suction tion of the generated electrons and holes in the active Collapse, i.e. the light must enter the side Detector volume can be injected. The coupling of the However, light in the detection plane is critical and complex. Hamdi and Valette, Journ. Appl. Phys. 51, 4739 (1980), for example, use a complex one Arrangement with prism and waveguide.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einkopp lung der Strahlung in das Detektorvolumen einfacher zu gestalten.The invention is based, the Einkopp radiation to the detector volume easier to shape.
Dies wird für den Betrieb eines optischen Detektors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die zu detektierende Strahlung unter dem Brewsterwinkel auf die Seitenfläche der akti ven Detektorschicht auftrifft.This is considered for the operation of an optical detector the preamble of claim 1 according to the invention thereby achieved that the radiation to be detected at the Brewster angle on the side of the acti ven detector layer strikes.
Die zu detektierende Strahlung läuft nach der Einkopp lung in das Detektorvolumen im wesentlichen parallel zur Ausdehnungsrichtung der aktiven Schicht. Reflexions bzw. Brechungsverluste an den Grenzflächen der aktiven Schicht können bei geeigneter Wahl der Brechungsindices der aktiven Schicht und der diese umgebenden Schichten vermieden werden. Der Transport der in der aktiven Schicht erzeugten Ladungsträger erfolgt dagegen, bei entsprechender Potentialvorgabe an den Oberflächenkon takten bzw. Anschlußelektroden des Bauelements, senkrecht zur Richtung der zu detektierenden Strahlung. Damit kann ein komplizierter Einkoppel-Aufbau für die zu detektie rende Strahlung vermieden werden und dennoch gleichzei tig der Vorteil der günstigen Halbleiterstruktur, ver bunden mit kurzer Laufzeit der Ladungsträger, beibehal ten werden.The radiation to be detected runs after the coupling in the detector volume essentially parallel to Direction of expansion of the active layer. Reflection or refractive losses at the interfaces of the active ones Layer can be chosen with a suitable choice of refractive indices the active layer and the layers surrounding it be avoided. The transport of the in the active In contrast, layer-generated charge carriers occur at corresponding potential specification on the surface con clock or connecting electrodes of the component, vertically to the direction of the radiation to be detected. So that can a complicated coupling structure for the detection radiation are avoided and at the same time tig the advantage of the favorable semiconductor structure, ver tied with short term of the load carriers, retained be.
Die Seitenfläche des Detektors besitzt eine solche Nei gung gegenüber der Senkrechten, daß die volle Lichtlei stung der einfallenden Strahlung in die aktive Schicht eingekoppelt werden kann.The side surface of the detector has such a nei relative to the vertical that the full light line the incident radiation into the active layer can be coupled.
Die Ansprechzeit des Detektors wird durch diejenige Zeit bestimmt, die die Ladungsträger zum Durchlaufen der akti ven Schicht senkrecht zur Strahlrichtung benötigen. Das Absorptionsvolumen wird im wesentlichen durch die Breite der aktiven Schicht bestimmt, in der der einfallende Lichtstrahl ohne wesentliche Reflexions- oder Brechungs verluste verläuft.The response time of the detector is determined by that time determines which the charge carriers to go through the acti ven layer perpendicular to the beam direction. The Absorption volume is essentially determined by the width the active layer in which the incident Light beam with no significant reflection or refraction losses runs.
Für den erfindungsgemäßen Betrieb des optischen Detek tors lassen sich somit kurze Antwortzeiten (kurze Träger laufzeit), verbunden mit einem hohen elektro-optischen Wirkungsgrad (großes Absorptionsvolumen) bei gleichzei tig einfacher Einkopplung der Strahlung in die aktive Detektorschicht, realisieren.For the operation of the optical detector according to the invention short response times (short carriers running time), combined with a high electro-optical Efficiency (large absorption volume) at the same time simple coupling of the radiation into the active one Realize detector layer.
Der Schichtaufbau des Detektors muß so gewählt werden, daß die aktive Schicht, in der die einfallende Strahlung absorbiert wird, einen hinreichend niedrigen Bandabstand im Verhältnis zur Quantenenergie der einfallenden Strah lung besitzt. Die aktive Schicht besteht daher beispiels weise im Falle eines 1,3 µm-Detektors aus Gallium-In dium-Arsenid der Komposition Ga0,47In0,53As oder aus Gallium-Arsenid im Falle eines kürzerwelligen Detektors (λ = 0,88 µm). Die sich an die aktive Schicht anschlie ßende(n) Halbleiterschicht(en) muß (müssen) aus einem Material mit höherem Bandabstand und damit geringeren Brechungsindex (optisch dünneres Material) bestehen. Bei Gallium-Arsenid kann dafür Gallium-Aluminium-Arsenid mit etwa 30% Aluminiumanteil oder im Falle von Gallium-In dium-Arsenid beispielsweise Indium-Phosphid verwendet werden.The layer structure of the detector must be chosen so that the active layer, in which the incident radiation is absorbed, has a sufficiently low band gap in relation to the quantum energy of the incident radiation. The active layer therefore consists, for example, in the case of a 1.3 μm detector made of gallium indium arsenide of the composition Ga 0.47 In 0.53 As or of gallium arsenide in the case of a shorter-wave detector (λ = 0.88 µm). The semiconductor layer (s) adjoining the active layer must (must) consist of a material with a higher band gap and thus a lower refractive index (optically thinner material). In the case of gallium arsenide, gallium aluminum arsenide with about 30% aluminum content can be used for this, or in the case of gallium indium arsenide, for example indium phosphide.
Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungs beispielen beschrieben werden.The invention is based on execution examples are described.
Dabei zeigen:Show:
Fig. 1 den Strahlengang der auf den Detektor einfal lenden Strahlung, Fig. 1 shows the beam path of the lumbar einfal radiation on the detector,
Fig. 2 den Aufbau eines Detektors als PIN-Diode, und Fig. 2 shows the construction of a detector as a PIN diode, and
Fig. 3 den Aufbau eines Detektors als Schottky-Diode. Fig. 3 shows the construction of a detector as a Schottky diode.
In der Fig. 1 ist der Strahlengang der auf die Seiten fläche des Detektors einfallenden Strahlung dargestellt. Die zu detektierende Strahlung 6 trifft unter dem Brew sterwinkel αB = arc tan n1 auf die um den Winkel αo ge genüber der Senkrechten geneigte Seitenfläche 10 des Detektors auf; dabei wird angenommen, daß der Brechungs index der Umgebung (Luft) no = 1 beträgt. Der Brechungs index n1 der aktiven Schicht 1 bestimmt damit den Ein fallswinkel αB der Strahlung 6; dieser beläuft sich bei spielsweise bei einer GaAs-Schicht 1 mit dem Brechungs index n1 = 3,6 auf αB = 72,6°. An der Grenzfläche zur Schicht 2 mit dem Brechungsindex n2, die aus einem op tisch dünneren Material (n2 < n1) als die aktive Schicht besteht, wird der Strahl totalreflektiert und entlang der Grenzfläche geführt, wenn die BedingungIn Fig. 1 the beam path of the radiation incident on the side surface of the detector is shown. The radiation 6 to be detected strikes at the Brewster angle α B = arc tan n 1 on the side surface 10 of the detector which is inclined by the angle α o with respect to the vertical; it is assumed that the refractive index of the environment (air) is n o = 1. The refractive index n 1 of the active layer 1 thus determines the angle of incidence α B of the radiation 6 ; in the case of a GaAs layer 1 with the refractive index n 1 = 3.6, this amounts to α B = 72.6 °. At the interface to layer 2 with the refractive index n 2 , which consists of an optically thinner material (n 2 <n 1 ) than the active layer, the beam is totally reflected and guided along the interface if the condition
erfüllt ist; bei einer GaAs-Schicht 1 mit n1 = 3,6 und einer GaAlAs-Schicht 2 mit n2 = 3,2 ergibt sich ein Winkel αg von 62,7°.is satisfied; with a GaAs layer 1 with n 1 = 3.6 and a GaAlAs layer 2 with n 2 = 3.2, an angle α g of 62.7 ° results.
Damit die volle Lichtleistung in die aktive Detektor schicht 1 eingekoppelt werden kann, muß der Neigungswin kel αo der Detektor-Seitenfläche 10 die Bedingung αo = αg-αB erfüllen; im obigen Beispiel des GaAs/GaAlAs- Systems beträgt der Neigungswinkel αo zur vollständigen Lichteinkopplung αo = -9,9°. Es ist allerdings möglich, eine Abschrägung der Seitenflächen zu vermeiden (αo = 0°), falls die Brechungsindices n1 und n2 gemäß der Beziehung n2 = n1×sin arc tan n1 gewählt werden; nach wie vor muß jedoch die Strahlung schräg unter dem Winkel αB auf die Seitenfläche eingekoppelt werden.So that the full light output can be coupled into the active detector layer 1 , the inclination angle α o of the detector side surface 10 must meet the condition α o = α g -α B ; In the above example of the GaAs / GaAlAs system, the angle of inclination α o for complete light coupling is α o = -9.9 °. However, it is possible to avoid chamfering the side surfaces (α o = 0 °) if the refractive indices n 1 and n 2 are chosen according to the relationship n 2 = n 1 × sin arc tan n 1 ; however, the radiation must still be coupled in at an angle α B onto the side surface.
Gemäß der Fig. 2 wird auf einem beispielsweise N⁺-do tierten Substrat 4 (Konzentration 1019 cm-3) eine erste Epitaxieschicht 3 gleichen Leitfähigkeitstyps mit einer Dicke von 3 µm aufgewachsen, gefolgt von einer nicht dotierten Schicht 1, die eine Dicke von weniger als 1 µm und eine Restdotierung von z.B. 3×1014 cm-3 besitzt. Auf diese nicht-dotierte Schicht 1 wird eine P-dotierte Schicht 2 mit beispielsweise einer Schichtdicke von 3 µm und einer Dotierung von 1017 cm-3 abgeschieden, auf die ser eine weitere Schicht 5, die eine Dicke von beispiels weise 0,5 µm und eine Dotierung von P = 1019 cm-3 be sitzt. Die Dicke des gesamten Detektors beträgt ca. 10 µm; die Seitenflächen der Diode sind um den Winkel αo (Mesawinkel) gegenüber der Senkrechten geneigt.According to FIG. 2 4 (concentration of 10 19 cm -3), a first epitaxial layer grown 3 same conductivity type having a thickness of 3 micrometers on a, for example, N⁺-do oriented substrate followed by an undoped layer 1 having a thickness of has less than 1 µm and a residual doping of, for example, 3 × 10 14 cm -3 . A P-doped layer 2 with, for example, a layer thickness of 3 μm and a doping of 10 17 cm -3 is deposited on this non-doped layer 1 , onto which a further layer 5 , which has a thickness of, for example, 0.5 μm and a doping of P = 10 19 cm -3 be sits. The thickness of the entire detector is approx. 10 µm; the side surfaces of the diode are inclined by the angle α o (mesa angle) with respect to the vertical.
In der Fig. 2 ist somit ein Detektor dargestellt, bei dem beiderseits des aktiven, nicht-dotierten Detektorbe reichs 1, Material unterschiedlicher Dotierung eingesetzt wird, so daß eine PIN-Mesa-Diodenstruktur 2, 1, 3 ent steht. Die Halbleiterschichten 4 (Dicke beispielsweise 5 µm) und 5 (Dicke beispielsweise 0,5 µm) dienen als Kontaktierungsschichten, an die ein Rückseitenkontakt 8 bzw. ein Oberseitenkontakt 9 zur externen Kontaktierung des Detektors angeschlossen ist. Der Oberseitenkontakt 9 kann dabei in Form einer Streifenleitung ausgebildet sein, mit der sich hohe Datenraten übertragen lassen. Fällt nun die zu detektierende Strahlung 6 unter dem Brewsterwinkel αB auf die Seitenfläche 10 des Detektors im Bereich der aktiven Schicht 1, die aus einem optisch dichteren Material als die beiden sie umgebenden Schich ten 2 und 3 besteht, wird der Strahl bei passender Wahl des Brechungsindex-Verhältnisses in der aktiven Schicht 1 geführt. Damit die Strahlung ausreichend in der akti ven Schicht 1 absorbiert wird, muß diese eine longitudi nale Ausdehnung von ca. 3 Absorptionslängen, beispiels weise 5 µm, besitzen. In FIG. 2, a detector thus is shown in which both sides of the active non-doped Detektorbe Reich 1, different doping material is used, so that a PIN mesa diode structure 2, 1, 3 is ent. The semiconductor layers 4 (thickness, for example 5 μm) and 5 (thickness, for example 0.5 μm) serve as contacting layers, to which a rear-side contact 8 and an upper-side contact 9 are connected for external contacting of the detector. The top contact 9 can be designed in the form of a strip line with which high data rates can be transmitted. If the radiation 6 to be detected now falls under the Brewster angle α B onto the side face 10 of the detector in the region of the active layer 1 , which consists of an optically denser material than the two layers 2 and 3 surrounding it, the beam is made with a suitable choice of Refractive index ratio performed in the active layer 1 . So that the radiation is adequately absorbed in the active layer 1 , it must have a longitudinal extension of approximately 3 absorption lengths, for example 5 µm.
Die Ansprechzeit des Detektors hängt von der Laufzeit der erzeugten Ladungsträgerpaare 7 in der aktiven Schicht 1 ab; da sich diese senkrecht zum eingekoppelten Licht strahl 6 bewegen, und damit die aktive Schicht 1 senk recht in Richtung zu den kontra-dotierten Schichten 2 und 3 durchlaufen, wird die Laufzeit durch die Dicke der aktiven Schicht 1 bestimmt. Ist diese beispielsweise 1 µm dick, ergibt sich bei einer Geschwindigkeit der La dungsträger von 107 cm/s eine Ansprechzeit von 10 ps. Bei einer Impuls-Beaufschlagung wird die Ansprechzeit in etwa um den Faktor 3 reduziert, so daß der Detektor für Pulslängen von ca. 3 ps geeignet ist.The response time of the detector depends on the transit time of the charge carrier pairs 7 generated in the active layer 1 ; since these move perpendicular to the injected light beam 6 , and thus pass through the active layer 1 perpendicular to the contra-doped layers 2 and 3 , the transit time is determined by the thickness of the active layer 1 . If this is 1 µm thick, for example, a response time of 10 ps results at a speed of the charge carriers of 10 7 cm / s. When a pulse is applied, the response time is reduced approximately by a factor of 3, so that the detector is suitable for pulse lengths of approximately 3 ps.
Um eine Strahlführung in der aktiven Schicht sicherzu stellen, müssen die Materialien der Halbleiterschichten einen unterschiedlichen Brechungsindex besitzen; bei spielsweise können Detektoren aus III-V-Verbindungs- Halbleitermaterial mit Hetero-Übergängen eingesetzt wer den.To ensure beam guidance in the active layer the materials of the semiconductor layers have a different refractive index; at for example, detectors made of III-V connection Semiconductor material with heterojunctions who used the.
Die aktive Schicht 1 besteht dann beispielsweise aus GaAs mit einem Brechungsindex von n1 = 3,6 und ist von GaAlAs-Schichten 2, 3 mit einem Brechungsindex von n2 = 3,2 umgeben. Das Wachstum der Schichten erfolgt dabei auf einem GaAs-Substrat 4, die Kontaktierungs schicht 5 besteht ebenfalls aus GaAs. Soll bei diesem Detektor der Mesa-Winkel αo 0° betragen, so muß für den Brechungsindex n2 der Schicht 2 die Bedingung n2 = n1×sin arc tan n1 = 0,96×n1 erfüllt werden, was durch passende Komposition der GaAlAs-Schicht 2 mit etwa 20% Al-Anteil erreichbar ist.The active layer 1 then consists, for example, of GaAs with a refractive index of n 1 = 3.6 and is surrounded by GaAlAs layers 2 , 3 with a refractive index of n 2 = 3.2. The growth of the layers takes place on a GaAs substrate 4 , the contacting layer 5 also consists of GaAs. If the mesa angle α o is 0 ° in this detector, the condition n 2 = n 1 × sin arc tan n 1 = 0.96 × n 1 must be met for the refractive index n 2 of the layer 2 , which can be achieved by suitable ones Composition of the GaAlAs layer 2 with about 20% Al content can be achieved.
Eine andere Möglichkeit wäre, daß die aktive Schicht 1 aus ternärem GaInAs besteht, die von quaternären Schich ten aus GaInAsP und/oder InP-Schichten umgeben ist, wo bei die Kontaktierungsschicht 5 aus GaAlAs besteht. Another possibility would be that the active layer 1 consists of ternary GaInAs, which is surrounded by quaternary layers of GaInAsP and / or InP layers, where the contacting layer 5 consists of GaAlAs.
Gemäß der Fig. 3 besitzt der Detektor statt der PIN- Struktur eine Schottky-Diodenstruktur.According to FIG. 3, the detector has, instead of the pin structure, a Schottky diode structure.
Auf dem beispielsweise hoch N⁺-dotierten Substrat 4 ist eine Pufferschicht 11 angeordnet, über der sich eine N-dotierte Schicht 12 mit dem Brechungsindex n2 befin det. Auf dieser ist die aktive Schicht 1 mit dem Bre chungsindex n1 abgeschieden (n1 < n2); die Absorptions schicht 1 besitzt nur eine sehr geringe Dotierungskon zentration von beispielsweise 1015 cm-3 und wird direkt von der Metallisierung des Schottky-Kontaktes 13 be deckt.A buffer layer 11 is arranged on the, for example, highly N⁺-doped substrate 4 , over which there is an N-doped layer 12 with the refractive index n 2 . The active layer 1 is deposited on this with the refractive index n 1 (n 1 <n 2 ); the absorption layer 1 has only a very low doping concentration of, for example, 10 15 cm -3 and is directly covered by the metallization of the Schottky contact 13 be.
Da die Schicht 12 mit dem Brechungsindex n2 optisch dün ner als die Absorptionsschicht 1 ist, d.h. n2 < n1, wird die einfallende Strahlung 6 bei passend gewähltem Ein fallswinkel αB und Brechungsindex-Verhältnis n2/n1 in der aktiven Schicht 1 geführt. Die Pufferschicht 11 ist von Vorteil, wenn die Strahlungseinkopplung in die akti ve Detektorschicht mit Hilfe einer Glasfaser vorgenommen wird.Since the layer 12 with the refractive index n 2 is optically thinner than the absorption layer 1 , ie n 2 <n 1 , the incident radiation 6 with a suitably chosen angle of incidence α B and refractive index ratio n 2 / n 1 in the active layer 1 led. The buffer layer 11 is advantageous if the radiation is coupled into the active detector layer using an optical fiber.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3920219A DE3920219A1 (en) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | Operating optical detector with active semiconductor detector layer - impinging radiation to be detected on side face under Brewster angle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3920219A DE3920219A1 (en) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | Operating optical detector with active semiconductor detector layer - impinging radiation to be detected on side face under Brewster angle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3920219A1 true DE3920219A1 (en) | 1991-01-10 |
DE3920219C2 DE3920219C2 (en) | 1993-07-29 |
Family
ID=6383188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3920219A Granted DE3920219A1 (en) | 1989-06-21 | 1989-06-21 | Operating optical detector with active semiconductor detector layer - impinging radiation to be detected on side face under Brewster angle |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3920219A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10040459A1 (en) * | 2000-08-18 | 2002-03-21 | Infineon Technologies Ag | PIN photodiode in a vertically structured layer sequence and method for producing a PIN diode |
US6553157B2 (en) | 1999-09-07 | 2003-04-22 | Infineon Technologies Ag | Optoelectronic microelectronic system |
WO2008145829A1 (en) * | 2007-05-31 | 2008-12-04 | Teknillinen Korkeakoulu | Absolute radiation power measurement |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2986591A (en) * | 1955-10-17 | 1961-05-30 | Ibm | Photovoltaic cell |
US3508126A (en) * | 1964-08-19 | 1970-04-21 | Philips Corp | Semiconductor photodiode with p-n junction spaced from heterojunction |
US3873828A (en) * | 1973-08-23 | 1975-03-25 | Hughes Aircraft Co | Integrated optical detector |
DE2524769A1 (en) * | 1974-06-12 | 1976-01-02 | Philips Nv | PHOTODIOD |
US4174561A (en) * | 1976-02-09 | 1979-11-20 | Semicon, Inc. | Method of fabricating high intensity solar energy converter |
DE3215083A1 (en) * | 1981-04-24 | 1982-11-18 | Western Electric Co., Inc., 10038 New York, N.Y. | MAJORITY CARGO PHOTODETECTOR |
DE3534483A1 (en) * | 1985-09-27 | 1987-04-02 | Battelle Institut E V | Semiconductor photoconduction detector |
EP0260052A2 (en) * | 1986-09-11 | 1988-03-16 | AT&T Corp. | Semiconductor device including ordered layers |
-
1989
- 1989-06-21 DE DE3920219A patent/DE3920219A1/en active Granted
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2986591A (en) * | 1955-10-17 | 1961-05-30 | Ibm | Photovoltaic cell |
US3508126A (en) * | 1964-08-19 | 1970-04-21 | Philips Corp | Semiconductor photodiode with p-n junction spaced from heterojunction |
US3873828A (en) * | 1973-08-23 | 1975-03-25 | Hughes Aircraft Co | Integrated optical detector |
DE2524769A1 (en) * | 1974-06-12 | 1976-01-02 | Philips Nv | PHOTODIOD |
US4174561A (en) * | 1976-02-09 | 1979-11-20 | Semicon, Inc. | Method of fabricating high intensity solar energy converter |
DE3215083A1 (en) * | 1981-04-24 | 1982-11-18 | Western Electric Co., Inc., 10038 New York, N.Y. | MAJORITY CARGO PHOTODETECTOR |
DE3534483A1 (en) * | 1985-09-27 | 1987-04-02 | Battelle Institut E V | Semiconductor photoconduction detector |
EP0260052A2 (en) * | 1986-09-11 | 1988-03-16 | AT&T Corp. | Semiconductor device including ordered layers |
Non-Patent Citations (11)
Title |
---|
BAN, Vladimir S.: InGaAsP:The Next Generation in Photonics MaterialsIn: Solid State Technology, Febr. 1987, S.99-105 * |
DE-Z: Schnelle Pin-Fotodioden. In: Funkschau 19, 1982, S.74 * |
DOLLAR * |
et al.: A monolithic GalnAsP/InP Photovoltaic Power Converter. In: IEEE Trans- actions on Electron Devices. Vol. ED-29, No.9, Sept. 1982, S.1449-1454 * |
FUDURICH, Richard L.: Theoretical optimization and parametric study of n-on-p Alx-Ga1-xAs-GaAs graded band-gap solar cellIn: Journal of Applied Physics, Vol.47, No.7, July1976, S.3152-3158 * |
GB-Z: DIAKIUK, V. * |
GROVES, S.H.: Double-hetero- strukture InGaAs/InP PIN Photodetectors.In: Solid-State Electronics, Vol.29, 1986, S.229-233 * |
US-Z: CHEO, P.K.: Optical waveguides and devices. In: J.Vac.Sci.Technol., Vol.12, No.4, July/Aug. 1975, S.916-918 * |
US-Z: HUTCHBY, James A. * |
US-Z: OLSEN, Gregory H. * |
US-Z: WILLIE W. NG. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6553157B2 (en) | 1999-09-07 | 2003-04-22 | Infineon Technologies Ag | Optoelectronic microelectronic system |
DE10040459A1 (en) * | 2000-08-18 | 2002-03-21 | Infineon Technologies Ag | PIN photodiode in a vertically structured layer sequence and method for producing a PIN diode |
WO2008145829A1 (en) * | 2007-05-31 | 2008-12-04 | Teknillinen Korkeakoulu | Absolute radiation power measurement |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3920219C2 (en) | 1993-07-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE68909408T2 (en) | Integrated semiconductor diode laser and photodiode structure. | |
DE3887840T2 (en) | Superluminescent diode. | |
JP2928532B2 (en) | Quantum interference optical device | |
DE3854333T2 (en) | Infrared detector. | |
DE69408374T2 (en) | Semiconductor light emitting device | |
DE69006087T2 (en) | Electrically pumped laser with vertical resonator. | |
DE60133365T2 (en) | Vertical metal-semiconductor photodetector, microresonator and manufacturing process | |
DE69913619T2 (en) | Unidirectional optical amplifier | |
DE3587496T2 (en) | LUMINESCENCE DIODE WITH EDGE EMISSION. | |
DE69201908T2 (en) | Laser diode with an output beam running essentially perpendicular to the epitaxial layers. | |
DE2828195A1 (en) | DIODE | |
DE60009360T2 (en) | Laser device and gyro | |
WO1998056084A1 (en) | Optoelectronic semiconductor component | |
DE1234044B (en) | Light guide | |
DE69015228T2 (en) | Semiconductor device with cascade modulation-doped potential well heterostructures. | |
DE3441201A1 (en) | SEMICONDUCTOR ARRANGEMENT FOR GENERATING ELECTROMAGNETIC RADIATION | |
DE2711293A1 (en) | DIODE LASER | |
Peng et al. | Transverse electric and transverse magnetic polarization active intersubband transitions in narrow InGaAs quantum wells | |
DE112008003958B4 (en) | Nanowire optical block devices for amplifying, modulating and detecting optical signals | |
DE68908604T2 (en) | Optical semiconductor amplifier. | |
DE69021484T2 (en) | Optical amplifier-photodetector arrangement. | |
DE69610449T2 (en) | Semiconductor source with a large spectral width and high output power | |
DE69030175T2 (en) | Optical semiconductor device | |
DE3917936A1 (en) | LIGHT ELECTRICAL ELEMENT | |
DE3920219C2 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH, 6000 FRANKFURT, |
|
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |