EP1756873A1 - Photodetektor mit spannungsabhängiger spektraler empfindlichkeit - Google Patents

Photodetektor mit spannungsabhängiger spektraler empfindlichkeit

Info

Publication number
EP1756873A1
EP1756873A1 EP05747823A EP05747823A EP1756873A1 EP 1756873 A1 EP1756873 A1 EP 1756873A1 EP 05747823 A EP05747823 A EP 05747823A EP 05747823 A EP05747823 A EP 05747823A EP 1756873 A1 EP1756873 A1 EP 1756873A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
voltage
photodetector
semiconductor layers
semiconductor
semiconductor 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.)
Withdrawn
Application number
EP05747823A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michel Marso
Mike Wolter
Peter Kordos
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP1756873A1 publication Critical patent/EP1756873A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/22—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes
    • H10F30/227—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a Schottky barrier
    • H10F30/2275—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices having only one potential barrier, e.g. photodiodes the potential barrier being a Schottky barrier being a metal-semiconductor-metal [MSM] Schottky barrier

Definitions

  • the present invention relates to a photodetector and its use.
  • the spectral sensitivity of known photodetectors is primarily determined by the materials used.
  • An influencing, i.e. spectral shift in sensitivity is achieved by pre-filtering.
  • the principle of additive color mixing the color mixing of the three primary colors red, blue and green, is used for photodectors that are arranged in an array, for example with a CMOS sensor or CCD
  • Mitel's special ⁇ B color filing the visible light is divided into its components and evaluated, the downstream software then calculates the individual information and finally combines it into a complete color image.
  • the pixels on the chip are vapor-coated with the RGB filters. This means that the primary colors are separated directly on the chip itself Always deliver 3 or 4 pixels of the starting material for a single pixel.
  • a complex prism system spectrally splits the incident light and directs it to three separate area sensors, which in turn guarantee more accurate results and higher color fidelity. Disadvantage This process is the complexity of the entire mechanical system, which can be very complex and therefore sometimes more prone to malfunction than the one-shot process.
  • photodetectors with stacked color sensors for blue, green and red are known: the Foveon - X3 technology.
  • MSM-2DEG diodes are also known as fast photodetectors, "Electrical Behavior of the InP / InGaAs based MSM-2DEG Diode", M. Marso, M. Horstmann, H, Hardtdegen, P. Kordos and H .Lüth, Solid-State Electronics Vol. 41, pp.
  • the photodetector according to the invention has at least one first and second semiconductor layer. There are means for contacting one
  • Voltage is provided to the semiconductor layers, the voltage in a first voltage range being adjustable such that an electric field essentially limited to the first semiconductor layer is generated for the removal of photogenerated charge carriers.
  • the upper limit value of the first range depends on the layer thickness and the used material dependent.
  • a highly conductive region is arranged in each case between the semiconductor layers; the highly conductive region is to be understood in such a way that the electrical conductivity is significantly increased compared to the semiconductor layers.
  • the number of free charge carriers present in the highly conductive region is increased compared to the semiconductor layers.
  • the highly conductive region is achieved by different electrical polarization of the adjacent semiconductor layers.
  • the electrical resistance is advantageously reduced to a material-independent value, provided that the charge carriers do not experience any backward scattering of disturbances, and only depends on the fundamental constants h / e 2 (Klitzing constant).
  • the free charge carriers present in the highly conductive region have the advantageous effect that they have a shielding effect on the electrical field present in the first semiconductor layer.
  • the electric field can expand into the further semiconductor layers. This additional effect means that the jump in the sensitivity of the photodetector is particularly pronounced when the applied voltage is varied is pronounced.
  • the highly conductive region is achieved by means of an increased doping compared to the semiconductor layers. This enables the highly conductive region to be produced comparatively simply.
  • the highly conductive region has an electron or hole gas.
  • it is a two-dimensional electron gas (2DEG) that forms in the interface between the first and second semiconductor layers in the material with the lower band gap,
  • the first and second semiconductor layers differ in their spectral sensitivity. This achieves the fact that the spectral sensitivities can be changed and adjusted by varying the applied voltage. Depending on the applied semiconductor layers, different semiconductor layers contribute to the photocurrent and their sensitivities add up. Thus, depending on the materials selected, there can be a pronounced spectral dependence of the sensitivity, which in particular shows different courses depending on the voltage. The spectral sensitivity of the photodetector can be easily adjusted by changing the applied voltage.
  • the means for contacting the first semiconductor layer are provided.
  • they are provided on the upper side, that is to say on the side lying away from the subsfrat layer.
  • the structure of the photodetector can be kept comparatively simple and known semiconductor technology such as epitaxy and photolithography can be used.
  • the means for contacting have at least one ohmic contact.
  • the voltage drop is smaller in comparison to a Schotfky or pn contact connected in passage, so that more voltage is available for collecting the light-induced charge carriers,
  • the means for contacting have at least one Schottky contact, barrier-increased Schottky contact or pn contact.
  • This advantageously creates a space charge zone.
  • the simplest way of doing this is by means of a Schottky contact switched in the reverse direction.
  • the Schottky barrier is too low (high reverse currents, low breakdown voltage) or the provision of a Schottky factor is not possible at all
  • the photodetector consists of a metal-semiconductor-metal diode, the semiconductor being the
  • HEMT high-electron mobility transistor
  • the photodefector has the special advantages of HEMT technology: high switching speeds , comparatively low Sensitivity to ionizing radiation
  • the MSM technology is a planar technology, ie corresponding detectors are very easy to manufacture in a few process steps and therefore inexpensive.
  • MSM components have a much lower electrical capacity than conventional detectors in the form of pn-electrodes and therefore work much faster, which is beneficial for their use in digital image processing.
  • first / second layer InP / InGaAs InAlAs / InGaAs AlGaAs / GaAs AlGaN / GaN.
  • Figure 1 shows the layer structure of a photodetector with HEMT layer structure
  • FIG. 2 shows the field profile of the electrical field, which is limited to the first semiconductor layer
  • Figure 3 shows the expansion of the electric field in the second semiconductor layer
  • FIG. 4a shows the photosensitivity as a function of the wavelength of the incident light of the individual layers independently of one another
  • FIG. 4b shows the photosensitivity as a function of the wavelength of the incident light from the photodetector
  • the photodetector in FIG. 1 is an MSM-2DEG photodiode (metal-semiconductor-metal diode with a two-dimensional one Elektroneng ⁇ s), This has a HEMT layer ⁇ ufb ⁇ u 5, which essentially consists of two layers of different semiconductors: a first layer 1 and a second layer 2, these are applied to a substrate 4 or further buffer layers, not shown, and have different spectral sensitivity a uf.
  • a region 3 with 2-dimensional electron gas (2DEG) forms in the material with the lower band gap. This region 3 can be achieved by suitable doping or by different electrical polarization of the two semiconductors or by a combination of the two measures be generated.
  • the means for contacting a voltage to the semiconductor layers comprise two electrodes 6 and 7, which are designed in the form of Schottky contacts.
  • a voltage is applied between the two contacts 6 and 7, one Schottky contact is switched in the forward direction, the other in the reverse direction.
  • the electrons have a two-finger or interdigital multifinger structure, the finger width is, for example, 10 nm - 10 ⁇ m and the finger spacing 10 nm - 10 ⁇ m; however, both do not have to match in their dimensions.
  • the extent of the space charge zone of the reverse-poisoned contact is limited by the highly conductive 2DEG.
  • An electric field 8 can only form in the first semiconductor layer 1 between the 2DEG and the surface. When illuminated, therefore, only photogenerated charge carriers from this area can contribute to the generation of a photocurrent.
  • Figure 4a shows the different spectral sensitivity of the semiconductor layers in the individual comparison, which in the MSM-2DEG to the O

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photodetektor. Dieser weist wenigstens eine erste und zweite Halbleiterschicht aus. Es sind Mittel zur Kontaktierung einer Spannung an die Halbleiterschichten vorgesehen. Dabei ist die Spannung in einem ersten Spannungsbereich so einstellbar, dass ein im Wesentlichen auf die erste Halbleiterschicht begrenztes elektrisches Feld zum Abtransport photogenerierter Ladungsträger erzeugt wird. Der obere Grenzwert des ersten Bereichs ist von der Schichtdicke und dem verwendeten Material abhängig. Bei Einstellung der Spannung in einem zweiten Bereich, beispielsweise im Vergleich zum ersten Bereich von höherer Spannung, dehnt sich das elektrische Feld zusätzlich in die zweite oder weitere Halbleiterschicht zum Abtransport photogenerierter Ladungsträger aus. Dadurch wird erreicht, dass durch Variation der anliegenden Spannung bei unveränderter Intensität des einstrahlenden Lichtes die Anzahl der photogenerierten Ladungsträger erhöht wird und damit der Photostrom sprunghaft ansteigt. Die Empfindlichkeit des Photodetektors ist somit im Vergleich einfach und effektiv zu regeln. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung unterscheiden sich die erste und zweite Halbleiterschicht in ihrer spektralen Empfindlichkeit. Dadurch wird erreicht, dass sich die spektralen Empfindlichkeiten durch Variation der anliegenden Spannung verändern und einstellen lassen. In Abhängigkeit der anliegenden Halbleiterschichten tragen unterschiedliche Halbleiterschichten zum Photostrom bei und ihre Empfindlichkeiten addieren sich. So kann es in Abhängigkeit der gewählten Materialien zu einer ausgeprägten spektralen Abhängigkeit der Empfindlichkeit kommen, die insbesondere spannungsabhängig unterschiedliche Verläufe zeigt.

Description

Photodetektor mit spαnnungsαbhängiger spektraler Empfindlichkeit
Beschreibung :
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Photodetektor sowie dessen Verwendung . Die spektrale Empfindlichkeit bekannter Photodetektoren wird in erster Linie durch die verwendeten Materialien vorgegeben. Eine Beeinflussung, d.h. spektrale Verschiebung der Empfindlichkeit wird durch Vorschaiten von Filtern erreicht, So wird bei Photodektoren, die in einem Array angeordnet sind, beispielsweise bei einem CMOS-Sensor oder CCD, das Prinzip der additiven Farbmischung, die Farbmischung der drei Grundfarben Rot, Blau und Grün, angewandt, Mitfels spezieller ΘB-Farbfilier wird das sichtbare Licht in seine Bestandleiie aufgeteilt und gef rennl ausgewertet, Nachgeschaltete Software berechnet dann die einzelnen Informationen und fügt diese schließlich zu einem kompletten farbigen Bild zusammen.
Beim so genannten „One-Shot-Verfahren" sind die Pixel auf dem Chip mit den RGB-Filtern bedampft. Damit erfolgt die Trennung der Grundfarben unmittelbar auf dem Chip selbst, Nachteil dieses Verfahren sind Einbußen in der Farbtreue und Detailzeichnung, da bei diesem Verfahren immer 3 oder 4 Pixel das Ausgangsmaterial für einen einzigen Bildpunkt liefern. Beim so genannten „Three-Shot-Verfahren spaltet ein komplexes Prismensystem das einfallende Licht spektral auf und lenkt es auf drei separate Fiächensensoren, Diese wiederum bürgen für genauere Ergebnisse und höhere Farbtreue. Nachteil diese Verfahren ist die Komplexität der gesamten Mechanik, die sehr aufwendig und dadurch auch mitunter störungsanfälliger sein kann als das One-Shot-Verfahren. Außerdem sind Photodetektoren mit übereinander geschichteten Farbsensoren für blau, grün und rot bekannt: die Foveon - X3 Technologie. Zur Farbseparation nutzt man die wellenlängenabhängige Eindringtiefe des Lichtes , Eine spannungsabhängige Steuerung der Empfindlichkeit der einzelnen Schichten ist nicht möglich , Aus „Stαcked αmorphous Silicon color sensors", D. Knipp, P.G. Herzog und H. Stiebig, IEEE Trαnsαctions on Electron Devices, 49 (2002), 1 70 -1 76 sind ferner Stapel unterschiedlich dotierter, amorpher Silizium- und Siliziumgermaniumschichten bekannt, die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit aufweisen . Die beiden letzt genannten Technologien weisen den Nachteil auf, dass die so hergestellten Detektoren vergleichsweise teuer sind und die elektrische Feldverteilung nachteilig für eine schnelle Abtastung senkrecht zur Bauelementoberfiäche verläuft.
Aus „1 6 GHz Bandwith MSM Photodetector and 45/85 GHz fT/fmax HEMT prepared on an identical InGaAs/lnP Layer Structure", M . Horstmann, K.Schimpf, M. Marso, A, Fox und P. Kordos, Electronics Letters Vol. 32, pp. 763-764 ( 1 996) sind ferner MSM-2DEG Dioden als schnelle Photodetektoren bekannt, „Electrical Behaviour of the InP/InGaAs based MSM-2DEG Diode", M. Marso, M . Horstmann, H, Hardtdegen, P. Kordos und H .Lüth, Solid-State Electronics Vol. 41 , pp. 25-31 (1 997) offenbart die Verwendung einer MSM-2DEG Diode als Varaktor-Diode, Vor dem Hintergrund der oben beschriebenen Nachteile ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Photodetektor sowie eine zugehörige Verwendungen bereitzustellen, der eine verbesserte, steuerbare Empfindlichkeit aufweist sowie vergleichsweise preiswert herzustellen ist,
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen,
Der erfindungsgemäße Photodetektor weist wenigstens eine erste und zweite Halbleiterschicht aus, Es sind Mittel zur Kontaktierung einer
Spannung an die Halbleiterschichten vorgesehen , Dabei ist die Spannung in einem ersten Spannungsbereich so einstellbar, dass ein im Wesentlichen auf die erste Halbleiterschicht begrenztes elektrisches Feld zum Abtransport photogenerierter Ladungsträger erzeugt wird , Der obere Grenzwert des ersten Bereichs ist von der Schichtdicke und dem verwendeten Material abhängig . Bei Einstellung der Spannung in einem zweiten Bereich, beispielsweise im Vergleich zum ersten Bereich von höherer Spannung, dehnt sich das elektrische Feld zusätzlich in die zweite oder weitere Halbleiterschicht zum Abtransport photogenerierter Ladungsträger aus, Dadurch wird erreicht, dass durch Variation der anliegenden Spannung bei unveränderter Intensität des einstrahlenden Lichtes die Anzahl der photogenerierten Ladungsträger erhöht wird und damit der Photostrom sprunghaft ansteigt. Die Empfindlichkeit des Photodetektors ist somit im Vergleich einfach und effektiv zu regeln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist jeweils zwischen den Halbleiterschichten ein hochleitender Bereich angeordnet, Hochleitender Bereich ist dabei so zu verstehen, dass die elektrische Leitfähigkeit gegenüber den Halbleiterschichten wesentlich erhöht ist. Die Anzahl der im hochleitenden Bereich vorhandenen freien Ladungsträger ist gegenüber den Halbleiterschichten erhöht, Beispielsweise wird der hochleitende Bereich durch unterschiedliche elektrische Polarisation der angrenzenden Halbleiterschichten erreicht. Der elektrische Widerstand ist, vorausgesetzt die Ladungsträger erfahren hier keine Rückwärtsstreuung an Störungen, vorteilhaft auf einen materialunabhängigen Wert reduziert und hängt nur von den Fundamentalkonstanten h/e2 (Klitzing-Konstante) ab. Die im hochleitenden Bereich vorhandenen freien Ladungsträger haben die vorteilhafte Wirkung, dass sie abschirmend auf das in der ersten Halbleiterschicht vorhandene elektrische Feld wirken. Werden die freien Ladungsträger aus dem hochleitenden Bereich entfernt, beispielsweise durch Anlegen der oben genannten Spannung, kann sich das elektrische Feld in die weiteren Halbleiterschichten ausdehnen , Durch diesen zusätzlichen Effekt wird erreicht, dass der Sprung in der Empfindlichkeit des Photodetektors bei Variation der anliegenden Spannung besonders ausgeprägt ist.
I n einer Ausgestaltung der Erfindung wird der hochleitende Bereich durch eine gegenüber den Halbleiterschichten erhöhte Dotierung erreicht, Dadurch kann der hochleitende Bereich vergleichsweise einfach hergestellt werden , In einer weiteren Ausgestaltung weist der hochleitende Bereich ein Elektronen- oder Löchergas auf, Beispielsweise handelt es sich um ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG), das sich in der Grenzfläche zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht im Material mit der niedrigeren Bandlücke ausbildet,
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung unterscheiden sich die erste und zweite Halbleiterschicht in ihrer spektralen Empfindlichkeit, Dadurch v/ird erreicht, dass sich die spektralen Empfindlichkeiten durch Variation der anliegenden Spannung verändern und einstellen lassen, In Abhängigkeit der anliegenden Halbleiterschichten tragen untersc hiedliche Halbleiterschichten zum Photostrom bei und ihre Empfindlichkeiten addieren sich, So kann es in Abhängigkeit der gewählten Materialien zu einer ausgeprägten spektralen Abhängigkeit der Empfindlichkeit kommen, die insbesondere spannungsabhängig unterschiedliche Verläufe zeigt. Die spektrale Empfindlichkeit des Photodetektors lässt sich so leicht durch Veränderung der anliegenden Spannung einstellen. Es müssen für verschiedene Spektren des zu detektlerenden Lichts keine unterschiedlichen Detektoren oder mit Verlust behaftete Filter eingesetzt werden, Ferner kann dieser Effekt ausgenutzt werden, um bei spannungsabhängiger Aktivierung weiterer Schichten eine möglichst gleichmäßige Empfindlichkeit über einen bestimmten Wellenlängenbereich oder sich über einen möglichst großen Wellenlängenbereich erstreckende Empfindlichkeit zu erreichen. Im Folgenden sind die Empfindlichkeitsmaxima einiger der verwendeten Halbleitermaterialien angegeben. Dies ist auch jeweils die größte Wellenlänge, bei der die entsprechenden Materialien noch empfindlich sind, GaAs 870nm
AlAs 564 nm
InP 932 nm
InGaAs (gitterangepassf auf InP) 1 700 nm InAIAs (gitterangepassf auf InP) 867 nm In einer weiteren Ausführungsform sind die Mittel zur Kontαktierung an der ersten Halbleiterschicht vorgesehen . Beispielsweise sind sie an der Oberseite, also an der von der Subsfratschicht weg liegenden Seite, vorgesehen. Dadurch kann der Aufbau des Photodetektors vergleichsweise einfach gehalten werden und auf bekannte Halbleitertechnologie, wie Epitaxie und Photolithografie, zurückgegriffen werden .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weisen die Mittel zur Kontaktierung wenigstens einen ohmschen Kontakt auf. Bei einem ohmschen Kontakt ist der Spannungsabfall im Vergleich zu einem in Durchlass geschalteten Schotfky- oder pn-Kontakt kleiner, so dass mehr Spannung für das Sammeln der lichtinduzierten Ladungsträger zur Verfügung steht,
In einer weiteren Ausgestaltung weisen die Mittel zur Kontaktierung wenigstens einen Schottky-Kontakt, barrierenerhöhten Schottky-Kontakt oder pn-Kontakt auf, Dadurch wird vorteilhaft ein Raumladungszone erzeugt, Am einfachsten geschieht dies durch einen in Sperrrichtung geschalteten Schottkykontakt. Bei einigen Halbleitern, z.B . InAs oder InGaAs mit geringem Ga-Anteil, ist die Schottkybarriere zu niedrig (hohe Sperrströme, kleine Durchbruchspannung) oder das Vorsehen eines Schottkykonfaktes gar nicht möglich, In diesen Fällen wird die
Raumiadungszone durch einen barrierenerhöhten Schottkykontakt oder durch einen pn-Übergang erzeugt,
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht der Photodetektor aus einer Metall-Halbleiter-Metall Diode, wobei der Halbleiter den
Schichtaufbau eines High-Electron-Mobility-Transistors (HEMT) aufweist, Damit beruht der Detektor ausschließlich auf der etablierten HEMT- Technologie und ist problemlos in HEMT-Schaltungen zu integrieren , Ferner weist der Photodefektor die besonderen Vorteile der HEMT- Technologie auf : hohe Schaitgeschwindigkeiten, vergleichsweise geringe Empfindlichkeit gegen ionisierende Strahlung, Bei der MSM-Technologie handelt es sich um eine planare Technologie, d.h. entsprechende Detektoren sind sehr einfach In wenigen Prozessschritfen und damit preiswert herzustellen. MSM-Bauelemente haben bei gleicher Fläche eine viel niedrigere elektrische Kapazität als herkömmliche Detektoren in Form von pn-Dloden und arbeiten deshalb erheblich schneller, was ihrem Einsatz in der digitalen Bildverarbeitung entgegen kommt.
Beispielsweise handelt es sich um die folgenden Schichtkombinationen (erste / zweite Schicht): InP / InGaAs InAlAs / InGaAs AlGaAs / GaAs AlGaN / GaN .
Zu den Figuren:
Figur 1 zeigt den Schichtaufbau eines Photodetektors mit HEMT- Schichtaufbau;
Figur 2 zeigt den Feldverlauf des elektrischen Feldes, das auf die erste Halbleiterschicht begrenzt ist;
Figur 3 zeigt die Ausdehnung des elektrischen Feldes in die zweite Halbleiterschicht;
Figur 4a zeigt die Photoempfindiichkeif in Abhängigkeif der Wellenlänge des einstrahlenden Lichtes der einzelnen Schichten unabhängig voneinander;
Figur 4b zeigt die Photoempfindlichkeit in Abhängigkeit der Wellenlänge des einstrahlenden Lichtes des Photodetektors ,
Beim Photodetektor in Figur 1 handelt es sich um eine MSM-2DEG Photodiode (Metall-Halbleiter-Metall-Diode mit 2-dimensionalem Elektronengαs) , Diese weist einen HEMT-Schichtαufbαu 5 auf, der im Wesentlichen aus zwei Schichten unterschiedlicher Halbleiter: einer ersten Schicht 1 und einer zweiten Schicht 2 besteht, diese sind auf einem Substrat 4 oder weiteren nicht gezeigten Pufferschichfen aufgebracht und weisen unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit a uf. An der Grenzfläche der Schichten 1 und 2 bildet sich im Material mit der niedrigeren Bandlücke ein Bereich 3 mit 2-diensionalem Elektronengas (2DEG) aus , Dieser Bereich 3 kann durch geeignete Dotierung oder durch unterschiedliche eleklrische Polarisation der beiden Halbleiter oder durch Kombination der beiden Maßnahmen erzeugt werden. Die Mittel zur Kontaktierung einer Spannung an die Halbleiterschichten umfassen zwei Elektroden 6 und 7, die in Form von Schottky-Kontakten ausgestaltet sind, Beim Anlegen einer Spannung zwischen beiden Kontakten 6 und 7 wird ein Schottky-Kontakt in Durchlassrichtung, der andere in Sperrrichtung geschaltet. Die Elektronen weisen eine Zweifinger- oder interdigitale Multifingerstruktur auf, die Fingerbreite beträgt beispielsweise l OOnm - 1 0 μ und der Fingerabstand 1 OOnm - l O μm; beide brauchen in Ihrer Bemaßung jedoch nicht übereinstimmen. Bei niedriger Spannung VI wird, wie in Figur 2 gezeigt ist, die Ausdehnung der Raumladungszone des in Sperrrichtung gepoiten Kontakts vom hochleitenden 2DEG begrenzt. Ein elektrisches Feld 8 kann sich nur in der ersten Halbleiterschicht 1 zwischen 2DEG und Oberfläche ausbilden , Bei Beleuchtung können deshalb auch nur photogenerierte Ladungsträger aus diesem Bereich zur Erzeugung eines Photostroms beitragen,
Bei Erhöhung der angelegten Spannung auf einen Werf V2, wie in Figur 3 gezeigt ist, entleert die Raumladungszone des in Sperrrichtung geschalteten Kontaktes das 2DEG, Das elektrische Feld 8 kann sich dann auch in die zweite Halbleiterschicht 2 ausdehnen. Bei einer Spannung V2, tragen also photogenerierte Ladungsträger aus beiden Schichten zum Photostrom bei ,
Figur 4a zeigt die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit der Halbleiterschichten im Einzelvergieich, die bei der MSM-2DEG zu den o
beiden spαnnungsαbhängigen Kurvenverläufen gemäß Figur 4b kumulieren, Es zeigt sich in Abhängigkeit der anliegenden Spannung deutlich unterschiedliche Verläufe der spektralen Empfindlichkeit,

Claims

Ansprüche:
1 , Photodetektor mit wenigstens einer ersten (1 ) und zweiten Halbleiterschicht (2), mit Mitteln zur Kontaktierung einer Spannung (6, 7) an die Halbleiterschichten, mit einer Ausgestaltung, dass die Spannung in einem ersten Spannungsbereich so einstellbar ist, dass ein im Wesentlichen auf die erste Halbleiterschicht ( 1 ) begrenztes elektrisches Feld (8) zum Abtransport photogenerierter Ladungsträger erzeugt wird und in einem zweiten Spannungsbereich einstellbar ist, dass sich das elektrische Feld (8) zusätzlich in die zweite oder weitere Halbleiterschicht (2) zum Abtransport photogenerierter Ladungsträger ausdehnt.
2, Photodetektor nach dem vorhergehenden Anspruch mit einem jeweils zwischen den Halbleiterschichten angeordneten, hochleitenden Bereich (3).
3, Photodetektor nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der hochleüende Bereich (3) eine gegenüber den Halbleiterschichten erhöhte Dotierung aufweist.
4, Photodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei der hochleitende Bereich (3) ein Elektronen- oder Löchergas aufweist,
5, Photodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die erste und zweite Halbleiterschicht in ihrer spektralen Empfindlichkeit unterscheiden, ό , Photodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei die Mittel zur Kontaktierung (6, 7) an der ersten Halbleiterschicht (1 ) vorgesehen sind. 7 , Phofodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei die Mittel zur Kontaktierung wenigstens einen ohmschen Kontakt umfassen.
8. Photodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei die Mittel zur Kontaktierung (6, 7) wenigstens einen Schottky-Kontakt umfassen.
9. Photodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei die Mittel zur Kontaktierung wenigstens einen barrierenerhöhten Schottky- Konfakt umfassen,
1 0. Photodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei die Milfel zur Kontaktierung wenigstens einen pn-Kontakt umfassen. 1 1 . Phofodetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aus einer Metall-Halbleiter-Metall Diode, wobei der Halbleiter den Schichtaufbau (5) eines High-Electron-Mobility-Transistors aufweist.
1 2. Vorrichtung mit einem Array mehrerer Photodetektoreπ gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche.
1 3. Verwendung der Vorrichtung gemäß einer der vorhergehenden Ansprüche in der optischen Bilderfassung,
EP05747823A 2004-04-14 2005-03-23 Photodetektor mit spannungsabhängiger spektraler empfindlichkeit Withdrawn EP1756873A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004018549A DE102004018549B4 (de) 2004-04-14 2004-04-14 Photodetektor mit spannungsabhängiger spektraler Empfindlichkeit
PCT/EP2005/051339 WO2005101529A1 (de) 2004-04-14 2005-03-23 Photodetektor mit spannungsabhängiger spektraler empfindlichkeit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1756873A1 true EP1756873A1 (de) 2007-02-28

Family

ID=34965765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP05747823A Withdrawn EP1756873A1 (de) 2004-04-14 2005-03-23 Photodetektor mit spannungsabhängiger spektraler empfindlichkeit

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1756873A1 (de)
DE (1) DE102004018549B4 (de)
WO (1) WO2005101529A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0503401A1 (de) * 1991-02-28 1992-09-16 Sumitomo Electric Industries, Limited Laterale Photodetektor-Vorrichtung, optoelektronische integrierte Schaltung, die dieselbe benutzt, und photo-logische Vorrichtung, die dieselbe benutzt

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4739385A (en) * 1982-10-21 1988-04-19 American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories Modulation-doped photodetector
US5181087A (en) * 1986-02-28 1993-01-19 Hitachi, Ltd. Semiconductor device and method of producing the same
US4821093A (en) * 1986-08-18 1989-04-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Dual channel high electron mobility field effect transistor
JP3236624B2 (ja) * 1994-10-30 2001-12-10 ボーム，マルクス 光感応性電子素子、その素子を使用したカラーセンサー、及びその素子の製造方法
DE19637126C2 (de) * 1995-09-12 1999-07-22 Markus Prof Dr Ing Boehm Variospektral-Vielfarbendiode
DE19613820A1 (de) * 1996-04-09 1997-10-23 Forschungszentrum Juelich Gmbh Struktur mit einer pin- oder nip-Schichtenfolge

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0503401A1 (de) * 1991-02-28 1992-09-16 Sumitomo Electric Industries, Limited Laterale Photodetektor-Vorrichtung, optoelektronische integrierte Schaltung, die dieselbe benutzt, und photo-logische Vorrichtung, die dieselbe benutzt

Also Published As

Publication number Publication date
DE102004018549A1 (de) 2005-11-03
WO2005101529A1 (de) 2005-10-27
DE102004018549B4 (de) 2008-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69222229T2 (de) Zweifarbige Strahlungsdetektoranordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE3587973T2 (de) Fotodetektor.
DE60027642T2 (de) Photoleitfähiger Schalter mit verbesserter Halbleiterstruktur
DE3782232T2 (de) Pnpn-thyristor.
DE69020189T2 (de) Optisches Bauelement.
DE891580C (de) Lichtelektrische Halbleitereinrichtungen
DE1273719B (de) UEbertragungseinrichtung fuer elastische Wellen
DE3784191T2 (de) Halbleiterphotodetektor mit schottky-uebergang.
DE2624436C2 (de) Lichtwellenleiter mit integriertem Detektorelement
DE19723177A1 (de) Spannungsgesteuerter wellenlängenselektiver Photodetektor
EP0003130B1 (de) Halbleiter-Diode mit 3-Schichten-Struktur und ihre Verwendung
DE102013112740B4 (de) Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement
DE69123280T2 (de) Halbleitervorrichtung mit lichtempfindlichem Element und Verfahren zu deren Herstellung
DE69005048T2 (de) Matrix von Heteroübergang-Photodioden.
DE3047188A1 (de) Optoelektronischer schalter
EP1465335B1 (de) Rauscharmer Lichtempfänger
DE19509358A1 (de) Photovoltaischer Halbleiter-Infrarotdetektor
DE3537677A1 (de) Photodetektor
EP2269221B1 (de) Optoelektronischer strahlungsdetektor und verfahren zur herstellung einer mehrzahl von detektorelementen
DE10217075A1 (de) Mit Beugungsgitter gekoppelter Infrarot-Fotodetektor
DE102016110041B4 (de) Bauelement zum Detektieren von UV-Strahlung und Verfahren zur Herstellung eines Bauelements
DE69935947T2 (de) Quantumwell-Detektor mit Speicheranordnung für photoangeregte Elektronen
DE69212108T2 (de) Lichtdetektor
EP1756873A1 (de) Photodetektor mit spannungsabhängiger spektraler empfindlichkeit
EP0856201B1 (de) Halbleiterheterostruktur-strahlungsdetektor, mit zwei spektralen empfindlichkeitsbereichen

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20070102

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: WOLTER, MIKE

Inventor name: MARSO, MICHEL

Inventor name: KORDOS, PETER

17Q First examination report despatched

Effective date: 20070102

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
18W Application withdrawn

Effective date: 20100120

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

R18W Application withdrawn (corrected)

Effective date: 20100120