NL8901629A - Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting en uitlees- of schrijfeenheid bevattende een dergelijke stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting. - Google Patents

Description

De uitvinding heef! betrekking op een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting omvattende een halfgeleiderlichaam bevattende een eerste halfgeleidergebied van een eerste geleidingstype dat met een zijde aan een oppervlak van het halfgeleiderlichaam grenst en binnen het halfgeleiderlichaam op een afstand van en ongeveer evenwijdig aan het oppervlak aan een tweede halfgeleidergebied van een tweede, aan het eerste tegengestelde, geleidingstype grenst en daarmee een eerste pn-overgang vormt. De uitvinding heeft tevens betrekking op uitlees- of schrijfeenheid bevattende een dergelijke inrichting.

Zulke stralingsgevoelige halfgeleiderinrichtingen vormen onder meer een belangrijk onderdeel van een optische registratie systeem zoals de z.g. Compact Disc (CD), Laser Vision (LV) en Compact Disc Video (CDV) waarmee informatie optisch uitgelezen kan worden of de Digital Optical Recording (DOR) waarmee informatie geschreven en uitgelezen wordt. In dergelijke systemen wordt electromagnetische straling op de informatie drager gestraald en wordt informatie verkregen uit de gereflecteerde straling door deze te detecteren met een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting van een in de aanhef genoemde soort. In het bijzonder wordt hierbij gebruik gemaakt van een aantal, bijvoorbeeld vier, van dergelijke sets van halfgeleidergebieden en daarbij horende pn-overgangen welke in eikaars nabijheid zijn geplaatst.

Een dergelijke stralingsgevoelige halgeleiderinrichting is bekend uit het engelstalig abstract van de Japanse Kokai 61-154063 (publicatie datum 12-7-1986) dat gepuliceerd is in Pat. Abstracts of Japan, vol. 10, 29 november 1986, no. 356 (E-459) p. 26 onder no. E-45926. Hierin wordt een een halfgeleiderlichaam beschreven met een eerste halfgeleidergebied van het n-geleidingstype dat zich in een aan het oppervlak grenzende epitaxiale laag van het n-geleidingstype bevindt en binnen het halfgeleiderlichaam op een afstand van en evenwijdig aan het oppervlak aan een epitaxiale laag van het p-geleidingstype grenst en daarmee een pn-overgang vormt.

Een nadeel van de bekende stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting is dat wanneer zich in het halfgeleiderlichaam meerdere van dergelijke pn-overgangen naast elkaar bevinden -bijvoorbeeld om verschillende delen van een stralingsbundel te detecteren - het scheidingsgebied van dergelijke pn-overgangen -lateraal gezien - een grote dip in de stralingsgevoeligheid veroorzaakt. Twee pn-overgangen worden in de bekende halfgeleiderinrichting lateraal gescheiden door een in de epitaxiale laag van het n-geleidingstype verzonken gebied van het p-geleidingstype. Wanneer de afstand van de pn-overgang tot het oppervlak bijvoorbeeld 10 pm is - een voor straling met een grote indringdiepte noodzakelijke afstand - is ook de breedte van dit ongevoelige gebied ongeveer 10 pm. Dit is in het bijzonder voor in de praktijk gangbare stralingsbundels welke een diameter bezitten van enkele tientallen micrometers zeer bezwaarlijk. Hetzelfde nadeel doet zich voor wanneer de scheiding gevormd wordt door een geëtste groef. Een ander nadeel van de bekende halfgeleiderinrichting betreft de aanwezigheid van een scheidingscircuit met condensatoren met een capaciteit van ongeveer 40 pF tussen de met de pn-overgangen verbonden als splitband versterker ontworpen versterker. Deze omvat enerzijds vier DC gekoppelde versterkers die elk een stroom door een pn-overgang versterken waarmee het zogenaamde focus fout signaal gevormd wordt en anderzijds een AC gekoppelde versterker voor de som van de stromen door de pn-overgangen waarmee het zogenaamde data signaal gevormd wordt. Wanneer deze condensatoren geïntegreerd worden ontstaan relatief grote parasitaire capaciteiten ten opzichte van het substraat, hetgeen ongewenst is voor de versterking van het data signaal. Een verder nadeel van de bekende stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting betreft de beperkte mogelijkheid tot integratie van de meest geschikte versterkers voor het focus fout signaal. Voor dit signaal zijn de meest geschikte versterkers zogenaamde klasse-B versterkers welke een geringe offset hebben. Wanneer het substraat van het p-geleidingstype is vormt het eerste halfgeleidergebied een deel van een epitaxiale laag van het n-geleidingstype en moet de klasse-B versterker pnp transistoren bevatten. Pnp transistoren met zeer gedefinieerde eigenschappen kunnen moeilijk in een n-type epitaxiale laag vervaardigd worden, daar zij lateraal gevormd moeten worden. Voor een n-type substraat en een p-type epitaxiale laag geldt hetzelfde voor de dan nodige npn transistoren.

De onderhavige uitvinding beoogt onder meer een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting te verkrijgen die ook indien er meerdere pn-overgangen aanwezig zijn althans practisch geen dip in de stralingsgevoeligheid vertoont en die integratie van klasse-B versterkers mogelijk maakt en waarbij geen grote capaciteiten nodig zijn.

Een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting van de in de aanhef beschreven soort heeft daartoe volgens de uitvinding het kenmerk dat zich in projectie gezien binnen het eerste halfgeleidergebied ten minste twee aan het oppervlak gelegen verdere gebieden bevinden die elk met het eerste halfgeleidergebied ongeveer evenwijdig aan het oppervlak en op een kleinere afstand daarvan dan de eerste pn-overgang een verdere pn-overgang vormen en evenals het eerste halfgeleidergebied gekoppeld zijn aan uitleesorganen waarmee een stroom gemeten kan worden. Hierdoor worden de genoemde nadelen in belangrijke mate opgeheven: op de eerste plaats kunnen de verdere pn-overgangen lateraal veel dichter bij elkaar geplaats worden aangezien zij dichter bij het oppervlak liggen. Daardoor wordt de dip in de photogevoeligheid voor het focus fout signaal veel kleiner. Tegelijkertijd blijft de photogevoeligheid voor het data signaal groot aangezien dit afgeleid wordt uit de stroom in het uitleesorgaan dat aan het eerste halfgeleidergebied gekoppeld is. De ten opzichte van de bekende halfgeleiderinrichting relatief lage photogevoeligheid van de voor het focus fout signaal gebruikte verdere pn-overgangen kan gecompenseerd worden door versterking aangezien de ruis die daarbij ontstaat hoogfrequent (MHz gebied) is terwijl het focus fout signaal laag frequent is (kHz gebied). Op de tweede plaats kunnen nu de meest geschikte klasse-B versterkers geïntegreerd worden daar de polariteit van de voor het focus fout signaal gebruikte verdere pn-overgangen omgekeerd is ten opzichte van de polariteit van de pn-overgangen in de bekende inrichting. Voor een epitaxiale laag van het n-geleidingstype bevat een dergelijke versterker nu npn transistoren terwijl in geval van een laag van het p-geleidingstype dit nu pnp transistoren zijn. Tenslotte kan bij integratie van versterkers voor zowel het data signaal als voor het focus fout signaal door het aansluitschema van versterkers aan de stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding de toevoeging van relatief grote condensatoren achterwege blijven.

In een eerste uitvoeringsvorm bevinden zich binnen het eerste halfgeleidergebied vier aan het oppervlak gelegen verdere gebieden die zich elk in een quadrant van het eerste halfgeleidergebied bevinden. Een dergelijke uitvoering is bijzonder geschikt voor de eerder genoemde toepassing in een systeem voor optische registratie. Het data signaal komt overeen met de totale stroom in de vier quadranten. Het focus fout signaal wordt bijvoorbeeld afgeleid uit het verschil van de som van de stromen in op een diagonaal liggende quadranten en de som van de op de andere diagonaal liggende quadranten.

In een andere uitvoeringsvorm is de onderlinge afstand van de verdere halfgeleidergebieden zo klein dat bij een gebruikelijke sperspanning de depletiegebieden elkaar aan het oppervlak raken. Hierdoor wordt een dip in de respons wanneer de stralingsbundel zich boven het gebied tussen de verdere halfgeleidergebieden bevindt minimaal.

In een verdere uitvoeringsvorm zijn de verdere gebieden halfgeleidergebieden van het tweede geleidingstype welke in het eerste halfgeleidergebied over een deel van de dikte daarvan vanaf het oppervlak verzonken zijn. De verdere gebieden kunnen aldus op eenvoudige wijze bijvoorbeeld door implantatie of diffusie vervaardigd worden.

De onderlinge afstand afstand van de verdere gebieden bedraagt bij voorkeur niet meer dan 5 ym en wordt zo gekozen dat de depletiegebieden van de verdere pn-overgangen elkaar aan het oppevlak raken waardoor een minimale dip in de photogevoeligheid optreedt. De afstand van de eerste pn-overgang tot het oppervlak bedraagt ten minste de indringdiepte van de te meten electromagnetische straling en de afstanden van de verdere pn-overgangen tot het oppervlak zijn klein ten opzichte daarvan. Diktes en doteringsconcentraties worden zo gekozen zijn dat bij een gebruikelijke sperspanning - bijvoorbeeld 5 Volt - over de pn-overgangen volledige depletie optreedt. Onder indringdiepte wordt hier verstaand de afstand waarover de intensiteit van de straling eet een factor 1/e is afgenomen. Wanneer alle straling binnen de indringdiepte gedetecteerd wordt, d.w.z. dat alle gegenereerde electron-gat paren gecollecteerd worden, is het quantum rendement (1-1/e) hetgeen ongeveer 0,63 ofwel 63 % is. Ter vergroting van het rendement kan het oppervlak van het stralingsgevoelige halfgeleiderlichaam bedekt zijn met een geschikte zogenaamde anti-reflex coating. Voor het detecteren van electromagnetische straling in het golflengte gebied van ongeveer 700 tot 900 nm, hetgeen een voor optische registratie systemen gangbaar gebied is, wordt het halfgeleiderlichaam bij voorkeur van silicium vervaardigd en is de afstand van de eerste pn-overgang tot het oppervlak ten minste ongeveer 5 tot ongeveer 15 pm en bedraagt de afstand van de verdere pn-overgangen tot het oppervlak ongeveer 2 pm. De indringdiepte volgt uit de absorbtie coëfficiënt, welke voor dit golflengte gebied varieert _ Λ van ongeveer 2000 tot 650 cm , en varieert van ongeveer 5 pm tot ongeveer 15 pm. Voor een golflengte van 800 nm, corresponderend met de golflengte van een in de praktijk vaak gebruikte GaAs/AlGaAs halfgeleiderdiodelaser bedraagt de afstand van de eerste pn-overgang tot het oppervlak ongeveer 9 pm en de afstand van de verdere pn-overgangen tot het oppervlak ongeveer 2 pm.

Een verdere uitvoeringsvorm van een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat het eerste halfgeleidergebied deel uitmaakt van een epitaxiale laag van het eerste geleidingstype die zich bevindt op een halfgeleidersubstraat van het tweede geleidingstype en waarin zich een vanaf het oppervlak verzonken en tot aan het halfgeleidersubstraat reikend derde halfgeleidergebied van het tweede geleidingstype bevindt dat in projectie gezien het eerste halfgeleidergebied omsluit en de verdere gebieden vanaf het oppervlak verzonken halfgeleidergebieden zijn. Door gebruik te maken van een epitaxiale laag kan de stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding eenvoudig en met zeer goede eigenschappen vervaardigd worden. Tevens kunnen zo gemakkelijk onder meer de benodigde versterkers geïntegreerd worden. Buiten het eerste halfgeleidergebied kunnen andere aan het oppervlak gelegen gebieden, hetgeen eveneens verzonken halfgeleidergebieden van het eerste geleidingstype kunnen zijn, opgenomen worden die binnen het halfgeleiderlichaam ongeveer evenwijdig aan het oppervlak en op een kleinere afstand daarvan dan de eerste pn-overgang met andere halfgeleidergebieden van het tweede geleidingstype andere pn-overgangen vormen, welke andere gebieden aan verdere uitleesorganen waarmee een stroom gemeten kan worden gekoppeld zijn. Met deze andere, buiten de in een quadrant gerangschikte pn-overgangen gelegen, pn-overgangen kan in een syteem voor optische registratie bijvoorbeeld de zogenaamde spoorvolging verzorgd worden. Wanneer er bijvoorbeeld twee van dergelijke andere pn-overgangen aanwezig zijn kan een spoorvolgingssignaal gevormd worden uit het verschil van de stromen door de ene en de andere pn-overgang. Ook deze andere pn-overgangen kunnen door een scheidings isolatie van hun omgeving afgegrensd zijn. Bij voorkeur wordt een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding vervaardigd uitgaande van een p-type siliciumsubstraat met daarop een n-type epitaxiale laag.

In een verdere uitvoeringsvorm zijn versterkers voor de stroom in de uitleesorganen die aan het eerste halfgeleidergebied en de verdere of andere gebieden gekoppeld zijn, opgenomen in het halfgeleiderlichaam. Deze belangrijke uitvoeringsvorm biedt de mogelijkheid om compacte en goedkope inrichtingen te vervaardigen met uitstekende eigenschappen. De versterkers voor de stroom in de uitleesorganen die aan de verdere of andere gebieden gekoppeld zijn zijn bij voorkeur klasse-B versterkers. Een dergelijke versterker vertoont een zeer geringe off-set, hetgeen in het bijzonder van belang is voor het focus fout signaal. De versterker voor de stroom in het uitleesorgaan dat aan het eerste halfgeleidergebied gekoppeld is, is bij voorkeur een breedbandige versterker, waarmee het data signaal ruisarm versterkt wordt.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een uitlees-of schrijfeenheid voor het uitlezen of schrijven van informatie in een optisch registratie systeem. Een dergelijke uitlees- of schrijfeenheid heeft het kenmerk, dat de eenheid een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens een der voorafgaande conclusies bevat. In het bijzonder waneer de versterkers in de halfgeleiderinrichting geïntegreerd zijn ontstaat een uitlees- of schrijfeenheid met uitstekende eigenschappen en een gering aantal componenten waardoor de kostprijs relatief laag is.

Van de uitvinding zal thans een nadere toelichting volgen aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de daarbij behorende tekeningen, waarin fig. 1 in dwarsdoorsnede volgens de lijn I-I uit fig. 2 een uitvoering van een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding toont; fig. 2 in bovenaanzicht de stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting van fig. 1 toont; fig. 3 schematisch een versterker circuit voor een optisch registratie systeem waarin de stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting van fig. 1 is opgenomen toont; fig. 4 en 5 de stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting van fig. 1 in opeenvolgende stadia van de vervaardiging tonen; fig. 6 het electrisch schema van een klasse-B versterker toont; fig. 7 in dwarsdoorsnede een uitvoering van een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding waarmee een klasse B-versterker volgens fig. 6 geïntegreerd is.

De figuren zijn schematisch en niet op schaal getekend, waarbij in het bijzonder de afmetingen in de dikterichting ter wille van de duidelijkheid zijn overdreven. Overeenkomstige delen zijn als regel in de verschillende figuren met hetzelfde verwijzingscijfer aangeduid. Halfgeleidergebieden van het zelfde geleidingstype zijn als regel in dezelfde richting gearceerd.

Figuur 1 toont in dwarsdoorsnede een uitvoering van een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding die een halfgeleiderlichaam 1 bevat, waarvan een representatief deel in de figuur is weergegeven. Fig. 2 toont een bovenaanzicht van de stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting van fig. 1. Het halfgeleiderlichaam 1 bevat een substraat 14, in dit voorbeeld van silicium met een dotering van ongeveer 5 x 10^ at/cm^ en van het p-geleidingstype. Daarop bevindt zich een halfgeleiderlaag 13 van silicium met een dikte van ongeveer 9 pm, een dotering van ongeveer 3,5 x 10IJ at/cnr en van het n-geleidingstype. Daarin bevinden zich gebieden 15 van het p-geleidingstype en met een dotenngsconcentratie van ongeveer 101 at/cnr welke tot aan het substraat 14 reiken. In de halfgeleiderlaag 13 bevindt zich binnen de verzonken gebieden 15 een halfgeleidergebied 2, dat met het substraat 14 een pn-overgang 5 vormt, die op een afstand van, in dit voorbeeld 9 pm, en ongeveer evenwijdig aan het oppervlak 3 ligt. In projectie gezien binnen het halfgeleidergebied 2 bevinden zich een aantal, in dit voorbeeld een viertal, aan het oppervlak gelegen verdere gebieden 6,7,6',7' in dit voorbeeld bestaande uit verzonken halfgeleidergebieden van het p-geleidingstype, die elk met het eerste halfgeleidergebied 2 ongeveer evenwijdig aan het oppervlak 3 en op een kleinere afstand daarvan dan de eerste pn-overgang 5 een verdere pn-overgang 8,9 vormen. Het eerste halfgeleidergebied 2 is aan een uitleesorgaan 10, de verdere gebieden 6,7,6',7' zijn aan uitleesorganen 11,12,11',12' gekoppeld waarmee een stroom gemeten kan worden. De halfgeleidergebieden 6,7,6',7' hebben een dotermgsconcentratie van ongeveer 10 at/cm . De afmetingen van de contactgebieden 30, 31,33 zijn ongeveer 6x6 pm^. De afmetingen van het halfgeleidergebied 2 zijn ongeveer 90 x 90 pm^, die van de halfgeleidergebieden 6,7 ongeveer 40 x 40 pm^. De breedte van het verzonken halfgeleidergebied 15 is ongeveer 10 pm, de onderlinge afstand van de halfgeleidergebieden 6,7 en de kleinste afstand daarvan tot halfgeleidergebied 15 is ongeveer 5 pm. Binnen de halfgeleiderlaag 13 bevinden zich, in dit voorbeeld, buiten het eerste halfgeleidergebied 2 in projectie gezien binnen andere halfgeleidergebieden 18,19 van het n-geleidingstype verder andere aan het oppervlak 3 gelegen gebieden 16, 17, in dit voorbeeld twee verzonken halfgeleidergebieden van het p-geleidingstype, die binnen het halfgeleiderlichaam 1 op een afstand van, in dit voorbeeld ongeveer 2 pm, en ongeveer evenwijdig aan het oppervlak 3 met dieandere halfgeleidergebieden 18,19 andere pn-overgangen 20,21 vormen. De andere gebieden 16,17 zijn via de contactgebieden 33 gekoppeld aan verdere uitleesorganen 22,23 waarmee een stroom gemeten kan worden. De andere halfgeleidergebieden 18,19 zijn eveneens omgeven door een p-type halfgeleidergebied 15. Op het oppervlak 3 bevindt zich een ongeveer 1 pm dikke electrisch isolerende laag 25 van siliciumdioxyde, die ter plaatse van de halfgeleidergebieden 6,7,16,17 onderbroken is. Hieroverheen bevindt zich in dit voorbeeld een ongeveer 100 nm dikke zogenaamde antireflex coating van siliciumnitride. De onderlinge afstand van de halfgeleidergebieden 6,7,6',7', in dit voorbeeld 3 pm, is zodanig klein gekozen dat de depletiegebieden van de pn-overgangen 8,9,8',9' elkaar bij 5 Volt aan het oppervlak raken. De stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting van dit voorbeeld is geschikt voor een optisch registratie systeem dat werkt bij een golflengte van ongeveer 800 nm, waarvoor de indringdiepte ongeveer 9 pm is. De afstand van de verdere pn-overgangen 8,9 tot het oppervlak 3, in dit voorbeeld ongeveer 2 pm, is klein ten opzichte van de indringdiepte. Alle afstanden en doteringsconcentraties zijn zo gekozen dat bij een sperspanning van ongeveer 5 Volt nagenoeg volledige depletie optreedt. In het uitleesorgaan 10 werd, bij gebruik, een photostroom gemeten welke overeenkomt met een responsiviteit van 0,42 A/W, terwijl in de uitleesorganen 11,12,11',12',22,23 een photostroom gemeten werd overeenkomend met een responsiviteit van ongeveer 0,17 A/W. Uit de stromen die in de uitleesorganen 22,23 welke gekoppeld zijn aan de in dit voorbeeld opgenomen halfgeleidergebieden 16,17 wordt in een uitlees- of schrijforgaan voor een optisch registratie systeem het zogenaamde "spoorvolgings signaal" dat een bandbreedte heeft van enkele kHz'en afgeleid. Door de relatieve positie van de halfgeleidergebieden 2,4,6,7 ten opzichte van elkaar in het halfgeleiderlichaam 1 en door een geschikte keuze van aan welke halfgeleidergebieden uitleesorganen gekoppeld zijn, namelijk aan de halfgeleidergebieden 2,6,7 en indien deze aanwezig zijn aan de halfgeleidergebieden 16,17, wordt aldus verassenderwijs een aantal voordelen gerealiseerd: op de eerste plaats wordt in het aan het halfgeleidergebied 2 gekoppelde uitleesorgaan 10, wanneer de pn-overgangen 5,8,9 van een voldoend grote sperspanning voorzien zijn, de bovengenoemde hoge responsiviteit bereikt. In een uitlees- of schrijfeenheid van een systeem voor optische registratie van informatie kan uit het met deze hoge responsiviteit verkregen signaal de informatie uitgelezen worden. De frequentie van dit zogenaamde “data-signaal" bedraagt ongeveer 10 MHz en het signaal kan met zogenaamde breedbandige versterkers versterkt worden. Tevens wordt wanneer zich de spot van de te detecteren bundel electromagnetische straling, die bijvoorbeeld een diameter heeft van ongeveer 50 pm, over het oppervlak 3 van het halfgeleiderlichaam 1 beweegt van bijvoorbeeld halfgeleidergebied 6 naar halfgeleidergebied 7, slechts een zeer geringe dip in eerdergenoemde, lagere, responsiviteit waargenomen. Hierdoor wordt een beter focus fout signaal verkregen. De lagere responsiviteit in de aan de halfgeleidergebieden 6,7 gekoppelde uitleesorganen 11,12 is niet bezwaarlijk daar het signaal in dit uitleesorgaan dat betrekkelijk laagfrequent is (ongeveer 20 kHz) ruisarm versterkt kan worden. Hetzelfde geldt voor de uitleesorganen 22,23. Verder is de polariteit van de pn-overgangen 8,9, evenals de polariteit van de pn-overgangen 20,21, anders dan de polariteit van de pn-overgang 5, geschikt voor aansluiting aan een zogenaamde klasse-B versterker met npn transistoren welke uitstekende in het halfgeleiderlichaam geïntegreerd kunnen worden. Tenslotte hoeven bij de versterkers voor de stralingsgevoelige intrichting geen grote condensatoren opgenomen te worden hetgeen met name wanneer deze versterkers in het halfgeleiderlichaam geïntegreerd worden een groot voordeel is.

In fig. 3 is ter verduidelijking afzonderlijk, schematisch het aansluitschema van de aan de stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting van dit voorbeeld gekoppelde uitleesorganen weergegeven. De epitaxiale laag (13 in fig. 1) is hier weergegeven als een gemeenschappelijke kathode 55 waarmee het substraat 44 (4 in fig. 1) een diode 42 vormt met een capaciteit 43 ten opzichte van het substraat van ongeveer 1 pF en waarmee de aan het oppervlak gelegen verdere gebieden (6,7,6',7' in fig. 1) vier dioden 40 vormen met een capaciteit 41 van ongeveer 1/4 pF. De kathode 55 is via aansluiting 49 verbonden met een breedbandige versterker 50 waarover een terugkoppelweerstand 53 van ongeveer 20 kQ staat en waaruit bij 54 het data signaal verkregen wordt. De voor het spoorvolgings signaal gebruikte dioden 47 die op een kathode 56 zijn aangesloten worden via aansluiting 48 van een positieve spanning voorzien. Tussen deze kathoden en het substraat 44 worden dioden 45 gevormd die overeenkomen met diode 42. De dioden 40 waarmee het focus fout signaal gevormd wordt en de dioden 47 zijn elk verbonden met een klasse-B versterker 51, waarvan er dus in totaal 6 aanwezig zijn.

De beschreven stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting kan als volgt vervaardigd worden (zie fig. 4 en 5). üitgegaan wordt van een substraat 14 van éénkristallijn p-type silicium met een doterinosconcentratie van onaeveer 5 x 10^ at/cm·^. Vervolaens worden in het oppervlak van het halfgeleidersubstraat 14 bijvoorbeeld met behulp van ionenimplantatie de halfgeleidergebieden 15"' gevormd (zie fig. 4). Hierop wordt vervolgens een n-type epitaxiale laag 13 van silicium gegroeid met een dikte van ongeveer 9 pm en een doterinsconcentratie van ongeveer 3,5 x 10^ at/cm^. Op het halfgeleiderlichaam wordt dan een laag 25 aangebracht die thermisch siliciumdioxyde bevat (zie fig. 5). Hierin worden op gebruikelijke wijze openingen gemaakt waarvan de positie correspondeert met de gebieden 15'" die tijdens het aangroeiproces tevens de gebieden 15" in de epitaxiale laag 13 gevormd hebben door uitdiffusie vanuit het substraat 14. Vervolgens worden door depositie van een acceptor de gebieden 15' gevormd, waarna door diffusie een verbinding wordt gevormd tussen de gebieden 15' en 15". Hierna worden openingen in de isolerende laag 25 gemaakt waarin door middel acceptor depositie de halfgeleidergebieden 6,7,16,17 worden gevormd (zie fig. 1). Vervolgens wordt na reinigen een antireflexcoating 26 bestaande uit siliciumnitride met een dikte van ongeveer 100 nm door middel van bijvoorbeeld sputteren aangebracht. Deze antireflexcoating 26 is niet noodzakelijk doch kan met voordeel toegepast worden. Hierna worden de contactgebieden 30,31,32,33 op gebruikelijke wijze gevormd en via aansluitgeleiders worden deze gebieden verbonden met de uitleesorganen 10,11,12,22,23 en, in de gebruikstoestand, via deze gebieden of via aparte aansluitgeleiders door aansluiting op een spanningsbron van een voldoend grote sperspanning voorzien.

Als versterker voor het focus fout signaal en het spoorvolgings signaal komen zoals hierboven onder meer bij de bespreking van fig. 3 reeds is opgemerkt, in het bijzonder de zogenaamde klasse-B versterkers, dat wil zeggen versterkers met een stroomversterker in klasse-B instelling, in aanmerking. Voor nadere gegevens over deze versterkers wordt verwezen naar de Nederlandse octrooiaanvrage 8500059 ten name van aanvraagster welke ter inzage is gelegd op 1 augustus 1986. Een voorbeeld van een electrisch schema van een dergelijke versterker is schematisch weergegeven in fig. 6. Hierin bevindt zich een photodiode 60, bijvoorbeeld diode 40 uit fig. 3, die met het symbool voor een stroombron is weergegeven en die enerzijds bij punt 67 via een niet getekende weerstand met een voedingsaansluitpunt verbonden is en anderzijds met de ingang 68 van de versterker. De versterker omvat een ingangstrap die uit een stroomspiegel met transistoren 61 en 62 bestaat. Die stroomspiegel verkrijgt automatisch een klasse-B instelling doordat hij als ingangsstroom de door photodiode 60 geleverde stroom ontvangt. De uitgangstransistor 62 van die spiegel wordt dus ingesteld door de signaalstroom zelve en levert geen uitgangsstroom als de signaalstroom nul en vertoont dan dus geen off-set. De collector van transistor 62 voert via punt 66 en een niet weergegeven stroomspiegel van twee transistoren naar een eveneens niet weergegeven uitgangstrap wat een conventionele eindtrap kan zijn. Teneinde de versterking van de combinatie van transistoren 61 en 62 aanmerkelijk te verhogen ten opzichte van de stroomspiegelversterking is in de emittorleiding van transistor 61 een relatief laag-ohmige spanningsbron 63 met gelijkspanningsval E aangebracht. Door toevoeging van die bron wordt de versterking (bij gelijke effectieve emittoroppervlakken) gelijk aan e(qE/kT)f waarin q de elementair lading, k de constante van Boltzman en T de absolute temperatuur is.

Fig. 7 toont in dwarsdoorsnede een uitvoering van een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding waarmee een klasse B-versterker volgens fig. 6 geïntegreerd is. De met in fig. 1 weergegeven corresponderende gebieden hebben dezelfde verwijzingscijfers. De photodiode 60 vormt een van de in een quadrant gerangschikte dioden van fig. 1. De transistoren 61 en 62 bevatten een p-type basisgebied 31 en een n-type emittorgebied 32. De collector van deze transistoren bevatten de gebieden 30', 30",30"' en 30"" welke respectievelijk een ondiep, diep, uitgediffundeerd en begraven n+ gebied vormen. De basis, emittor en collector aansluitingen zijn zoals in fig. 6 is weergegeven. De in deze uitvoering weergegeven stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens de uitvinding voorzien een van geïntegreerde klasse-B versterker kan op soortgelijke wijze vervaardigd worden als bij een eerder voorbeeld aangegeven. De collectors die n-type halfgeleidergebieden bevatten worden op soortgelijke wijze vervaardigd als de scheidingsisolatie 15 die p-type halfgeleidergebieden bevat.

Opgemerkt moet hier worden dat de halfgeleiderlagen ook andere geleidingstypen of doteringsconcentraties kunnen hebben dan de hier genoemde. Ook kunnen andere doteringselementen gebruikt worden.

De uitvinding is niet beperkt tot de gegeven uitvoeringsvoorbeelden, daar voor de vakman binnen het kader van de uitvinding vele modificaties en variaties mogelijk zijn. Zo kunnen andere halfgeleidermaterialen of andere samenstellingen van de gekozen halfgeleidermaterialen dan de in de voorbeelden genoemde worden toegepast. Onder meer kunnen behalve of naast silicium ook binaire, ternaire of quaternaire III-V halfgeleidermaterialen gebruikt worden.

Ook kunnen de geleidingstypen alle (tegelijk) door hun tegengestelde worden vervangen. Zoals reeds eerder opgemerkt is de uitvoeringsvorm waarbij een epitaxiale laag van het n-geleidingstype wordt aangebracht op een halfgeleidersubstraat van het p-geleidingstype van bijzonder voordeel. Hierin kunnen op standaardwijze npn-transistoren geintegreerd worden waarmee versterkers voor de in de halfgeleiderinrichting opgewekte signaal stromen gevormd worden. In het bijzonder kunnen zo zogenaamde klasse-B versterkers in de stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting geintegreerd die met de vanaf het oppervlak verzonken halfgeleidergebieden verbonden worden. De polariteit van laatstgenoemde gebieden - die in dat geval van het p-geleidingstype zijn - is daartoe geschikt.

Daarnaast is de uitvinding niet beperkt tot het gebruik van een epitaxiale laag en het gebruik van geïmplanteerde en gediffundeerde scheidingsisolaties om de halfgeleidergebieden te vormen zoals in de gegeven voorbeelden. Zo kunnen de aan het oppervlak gelegen verdere gebieden ook dunne metaallagen bevatten die met het halfgeleiderlichaam een Schottky overgang vormen die stralingsgevoelig is. Wanneer de aan het oppervlak gelegen verdere gebieden halfgeleidergebieden omvatten, kunnen deze ook gevormd worden door locale en/of selectieve epitaxie op een met een maskeringslaag afgedekt halfgeleiderlichaam in in die maskeringslaag aangebrachte openingen. Verder kan het eerste halfgeleidergebied, of meer van die gebieden, ook door middel van een combinatie van ionenimplantatie en diffusie gerealiseerd worden en kan in plaats van een scheidingsisolatie met behulp van ionenimplantatie en diffusie een scheidingsisolatie met behulp van geëtste groeven toegepast worden. Ook locale oxydatie of een kombinatie van etsen van groeven en oxydatie, of andere algemeen gebruikelijke methoden van isolatie zoals ionenimplantatie, kunnen toegepast worden.

Claims (15)

1. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting omvattende een halfgeleiderlichaam bevattende een eerste halfgeleidergebied van een eerste geleidingstype dat met een zijde aan een oppervlak van het halfgeleiderlichaam grenst en binnen het halfgeleiderlichaam op een afstand van en ongeveer evenwijdig aan het oppervlak aan een tweede halfgeleidergebied van een tweede, aan het eerste tegengestelde, geleidingstype grenst en daarmee een eerste pn-overgang vormt, met het kenmerk, dat zich in projectie gezien binnen het eerste halfgeleidergebied ten minste twee aan het oppervlak gelegen verdere gebieden bevinden die elk met het eerste halfgeleidergebied ongeveer evenwijdig aan het opppervlak en op een kleinere afstand daarvan dan de eerste pn-overgang een verdere pn-overgang vormen en evenals het eerste halfgeleidergebied gekoppeld zijn aan uitleesorganen waarmee een stroom gemeten kan worden.

2. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat zich binnen het eerste halfgeleidergebied vier aan het oppervlak gelegen verdere gebieden bevinden die zich elk binnen een quadrant van het eerste halfgeleidergebied bevinden.

3. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de verdere gebieden halfgeleidergebieden van het tweede geleidingstype zijn welke in het eerste halgeleidergebied over een deel van de dikte daarvan vanaf het oppervlak verzonken zijn.

4. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat de onderlinge afstand van de verdere gebieden zo klein is dat bij een gebruikelijke sperspanning de depletiegebieden elkaar aan het oppervlak raken.

5. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de onderlinge afstand van de verdere gebieden ten hoogste 5 pm bedraagt.

6. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de afstand van de eerste pn-overgang tot het oppervlak ten minste gelijk is aan de indringdiepte van de te meten electromagnetische straling en de afstand van de verdere pn-overgangen tot het oppervlak klein zijn ten opzichte van de genoemde indringdiepte, terwijl de genoemde afstanden en de doteringsconcentratie van de halfgeleidergebiedenzo gekozen zijn dat deze gebieden bij een gebruikelijke sperspanning over de pn-overgangen over een groot deel van de genoemde afstanden gedepleerd zijn.

7. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens conclusie 6, die geschikt is voor het detecteren van electromagnetische straling waarvan de golflengte ligt tussen ongeveer 700 nm en ongeveer 900 nm en waarbij het halfgeleiderlichaam silicium bevat, met het kenmerk, dat de afstand van de eerste pn-overgang tot het oppervlak ten minste ongeveer 5 tot ongeveer 15 pm bedraagt en de afstand van de verdere pn-overgangen tot het oppervlak ongeveer 0,5 tot 3 pm bedraagt.

8. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens conclusie 7, die geschikt is voor het detecteren van electromagnetische straling waarvan de golflengte ongeveer 800 nm bedraagt, met het kenmerk, dat de afstand van de eerste pn-overgang tot het oppervlak ongeveer 8 pm bedraagt en de afstand van de verdere pn-overgangen tot het oppervlak ongeveer 2 pm bedraagt.

9. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het eerste halfgeleidergebied deel uitmaakt van een epitaxiale laag van het eerste geleidingstype die zich bevindt op een halfgeleidersubstraat van het tweede geleidingstype en waarin zich een vanaf het oppervlak verzonken en tot aan het halfgeleidersubstraat reikend derde halfgeleidergebied van het tweede geleidingstype bevindt dat in projectie gezien het eerste halfgeleidergebied omsluit en de verdere gebieden vanaf het oppervlak verzonken halfgeleidergebieden zijn.

10. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat zich buiten het eerste halfgeleidergebied binnen andere halfgeleidergebieden van het eerste geleidingstype, andere aan het oppervlak gelegen gebieden bevinden die binnen het halfgeleiderlichaam ongeveer evenwijdig aan het oppervlak en op een kleinere afstand daarvan dan de eerste pn-overgang met die andere halfgeleidergebieden andere pn-overgangen vormen, welke andere gebieden aan verdere uitleesorganen waarmee een stroom gemeten kan worden gekoppeld zijn.

11. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het eerste halfgeleidergebied van het n-geleidingstype is.

12. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens een der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat versterkers voor de stroom in de uitleesorganen die aan het eerste halfgeleidergebied, de verdere gebieden of de andere gebieden gekoppeld zijn, opgenomen zijn in het halfgeleiderlichaam.

13. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de versterker voor de stroom in de uitleesorganen die aan de verdere gebieden of de andere gebieden gekoppeld zijn, een klasse-B versterker is.

14. Stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens conclusie 12 of 13, met het kenmerk, dat versterker voor de stroom in het uitleesorgaan dat aan het eerste halfgeleidergebied gekoppeld is, een breedbandige versterker is.

15. Uitlees- of schrijfeenheid voor het uitlezen of schrijven van informatie in een optisch registratie systeem, met het kenmerk, dat de eenheid een stralingsgevoelige halfgeleiderinrichting volgens een der voorafgaande conclusies bevat.