NL9002098A - Halfgeleider-lichtdetectorinrichting. - Google Patents

Halfgeleider-lichtdetectorinrichting. Download PDF

Info

Publication number
NL9002098A
NL9002098A NL9002098A NL9002098A NL9002098A NL 9002098 A NL9002098 A NL 9002098A NL 9002098 A NL9002098 A NL 9002098A NL 9002098 A NL9002098 A NL 9002098A NL 9002098 A NL9002098 A NL 9002098A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
light
layer
region
conductivity type
metallic
Prior art date
Application number
NL9002098A
Other languages
English (en)
Other versions
NL192281B (nl
NL192281C (nl
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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 Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of NL9002098A publication Critical patent/NL9002098A/nl
Publication of NL192281B publication Critical patent/NL192281B/nl
Application granted granted Critical
Publication of NL192281C publication Critical patent/NL192281C/nl

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0216Coatings
    • H01L31/02161Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0216Coatings
    • H01L31/02161Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02162Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors
    • H01L31/02164Coatings for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for filtering or shielding light, e.g. multicolour filters for photodetectors for shielding light, e.g. light blocking layers, cold shields for infrared detectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • H01L31/022408Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022416Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier comprising ring electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor 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
    • H01L31/08Semiconductor 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
    • H01L31/10Semiconductor 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
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/102Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
    • H01L31/105Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN 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)

Description

Titel: Halfgeleider-lichtdetectorinrichting.
De uitvinding heeft betrekking op een halfgeleider-lichtdetectorinrichting en, meer in het bijzonder, op eenfotodiode met een snelle respons.
Figuur 1 toont een dwarsdoorsnede van een typischvoorbeeld van een conventionele InGaAs planaire fotodiode. Opeen oppervlak van een N+-type InP-substraat 1 zijn een n-typeInP-bufferlaag 2, een n”-type InGaAs-lichtabsorberende laag 3,en een n“-type InP-vensterlaag 4 gevormd in een stapel met degenoemde volgorde waarbij de laag 2 het substraat 1 raakt. Eenp-type onzuiverheid, zoals Zn, is gediffundeerd van eengedeelte van het oppervlak van de n“-type InP-vensterlaag 4 omhet geleidbaarheidstype van gedeelten van de venster- enlichtabsorberende lagen 4 en 3 om te keren en om daardoor eengebied te vormen met een omgekeerd geleidbaarheidstype,bijvoorbeeld p+-type gebied 5. De bodem van het p+-type gebied5 reikt tot in de n“-type InGaAs-lichtabsorberende laag 3. Eengestippelde lijn 12 in fig. 1 representeert het front van eenverarmingslaag 3a. In het geïllustreerde geval verschaft hetfront 12 hoofdzakelijk een p-n junctie tussen het p+-gebied 5en de n"-type InP vensterlaag 4 en de n~-type InGaAslichtabsorberende laag 3.
Een oppervlakte beschermende isolatiefilm 6, zoals eensiliciumnitride (SiN) film, is gevormd door bijvoorbeeldplasma-CVD, om de n“-type INP-vensterlaag te bedekken, en tenminste het gedeelte dat een lichtontvangend gebied 11verschaft, onbedekt te laten. Een positieve elektrode 7 isgevormd in Ohm's kontakt met het p+-type gebied 5 binnen deopening in de isolerende film 6 waar het lichtontvangendegebied 11 is verschaft. Ook is een metallischelichtblokkerende film 8 gevormd over de isolerende film 6,waarbij tussen de positieve elektrode 7 en de lichtblokkerendefilm 6 een spleet 9 aanwezig is om daartussen elektrischeisolatie te verschaffen. Aan het tegenover gelegen oppervlak van het n+-type InP-substraat 1 is een negatieve elektrode 10gevormd in Ohm's kontakt met het substraat 1.
Bij deze planaire fotodiode passeert op het lichtont-vangende gebied 11 invallend licht door de vensterlaag 4, eneen aanzienlijk gedeelte van het licht wordt geabsorbeerd doorde lichtabsorberende laag 3, in het bijzonder door de verar-mingslagen 3a. Dragers 31, aangeduid door dichte cirkels,gegenereerd door absorptie van licht door de verarmingslaag3a, worden versneld door het ruimteveld binnen het verarmings-gebied 3a. Aldus verschaffen de dragers een driftstroom-component die zeer snel reageert op een ingangslichtsignaal en 'gedetecteerd wordt als een licht-responsief elektrisch signaaldat vloeit tussen de elektroden 7 en 10.
Licht dat invalt op andere gedeelten, zoals de spleet 9tussen de elektrode 7 en de lichtblokkerende film 8, van deinrichting wordt geabsorbeerd door gedeelten van de licht¬absorberende laag 3 anders dan de verarmingslaag 3a, hetgeendragers 32 genereert die zijn aangeduid door open cirkels. Dedragers 32 diffunderen en bereiken het front 12 van de verar¬mingslaag of p-n junctie en, worden daarom opgenomen in dedetectiestroom als een diffusiestroomcomponent. De diffusie-stroomcomponent wordt gegenereerd ten gevolge van de ruim¬telijke dichtheidsgradiënt van de dragers 32, en daarom is debewegingssnelheid van de dragers 32, die de diffusie¬stroomcomponent verschaffen, veel kleiner dan die van dedragers 31 die de driftstroomcomponent verschaffen. Dit ver¬oorzaakt een afname in de inrichtingsrespons op het ingangs¬lichtsignaal .
De fotodiode die het bovenbeschreven nadeel van de infig. 1 getoonde conventionele inrichting, d.w.z. een langzamerespons op een ingangslichtsignaal, niet heeft, is bijvoor¬beeld getoond in de gepubliceerde Japanse octrooiaanvrage no.SHO 55-140.275. Fig. 2 toont een dwarsdoorsnede van een hoofd¬gedeelte van een in deze Japanse aanvrage getoonde fotodiode.Dezelfde verwijzingscijfers duiden vergelijkbare gedeelten vande fotodiodes van fig. 1 en 2 aan, en deze worden niet nader beschreven. Een positieve elektrode 71 is gevormd in Ohm'skontakt met het p+-type gebied 5 binnen de opening in de iso¬lerende film 6 waar het lichtontvangende gebied 11 is ver¬schaft, zoals bij de fotodiode van fig. 1. Een gedeelte van depositieve elektrode 71 reikt voorbij een opening 23 in eendraagbevestigingsgebied, om een verlenging 72 te verschaffen.Een isolerende film 21 van bijvoorbeeld fosforsilicaatglau(PSG) is aangebracht over de isolerende film 6 en de positieveelektrode 71. Een metallische lichtblokkerende film 22 isgevormd over de isolerende film 21. De opening 23 voor draad-hechting is gevormd door de isolerende film 21 en de licht¬blokkerende film 22. Een verbindingsdraad is gehecht aan depositieve elektrode 71 in de opening 23.
In de in fig. 2 getoonde planaire fotodiode is de bodemvan de opening 23 voor draadhechting gesloten door de ver¬lenging 72 van de positieve elektrode 71, en daarom wordt inde opening 23 invallend licht geheel geblokkeerd. Dienover¬eenkomstig passeert alleen licht dat invalt op het licht-ontvangende gebied 11, door de vensterlaag en bereikt deverarmingslaag 3a in de lichtabsorberende laag 3, en dien¬overeenkomstig worden alleen dragers 31 gegenereerd die inhoofdzaak bijdragen aan de opwekking van de driftstroom-component. Het opwekken van dragers in de gedeelten van delichtabsorberende laag 3 anders dan de verarmingslaag 3a wordtvermeden, en daarom wordt in hoofdzaak geen diffusiestroom-component gegenereerd. Dienovereenkomstig kan de verminderingvan de respons, die anders veroorzaakt zou worden door eendiffusiestroomcomponent, voorkomen worden.
Hoewel de aan een diffusiestroomcomponent toe teschrijven responsdegradatie voorkomen kan worden, heeft deplanaire fotodiode van fig. 2 het nadeel dat deze extra ver-vaardigingsstappen vereist voor het vormen van de isolerendefilm 21, de metallische lichtblokkerende film 22, en deopening 23 voor het draadhechten. De toevoeging van dergelijkevervaardigingsstappen verhoogt de vervaardigingskosten. Eenander nadeel van de structuur van fig. 2 is dat een grote paracytaire elektrostatische capaciteit is gevormd tussen demetallische lichtblokkerende film 22 en de positieve elektrode71, hetgeen een elektrische tijdkonstante verhoogt. Een toe¬name van de tijdkonstante vermindert de responsiesnelheid vande uitgang van de inrichting op het ingangslichtsignaal.
Het is daarom gewenst om een halfgeleider-lichtdetector-inrichting te hebben die vrij is van de bovenbeschreven na¬delen van conventionele inrichtingen, door het geheel blok¬keren van licht dat invalt op gedeelten van de inrichtinganders dan een voorafbepaalde lichtontvangend gebied, terwijlhet vormen van een lichtblokkerende film wordt vermeden omaldus een toename van paracytaire capaciteit te voorkomen, enwaarbij de noodzaak wordt vermeden om het aantal vervaar-digingsstappen te verhogen ten opzichte van de in fig. 1getoonde inrichting.
Een halfgeleiderinrichting volgens de onderhavige uit¬vinding omvat een substraat van een eerste geleidbaarheids-type, een direct of met een tussengelegen bufferlaag over eenhoofdoppervlak van het substraat gevormde lichtabsorberendelaag van het eerste geleidbaarheidstype, en een over de licht¬absorberende laag gevormde vensterlaag van het eerste geleid¬baarheidstype. Een omgekeerd geleidbaarheidstype-gebied vaneen tweede geleidbaarheidstype is gevormd door het geleid¬baarheidstype van ten minste een gedeelte van de vensterlaagen een gedeelte van de lichtabsorberende laag om te kerenzodat het gebied zich uitstrekt tot in de lichtabsorberendelaag. Een oppervlaktebeschermingsfilm is gevormd over devensterlaag, waarbij ten minste dat gedeelte van het oppervlakvan het gebied met omgekeerd geleidbaarheidstype waar eenlichtontvangend gebied is verschaft, onbedekt is gelaten. Eeneerste elektrode is gevormd om te liggen over dat gedeelte vande oppervlaktebeschermingslaag die het lichtontvangende gebiedomgeeft. De eerste elektrode is in Ohm's kontakt met hetgebied met omgekeerd geleidbaarheidstype. Een metallischelichtblokkerende film is gevormd over de oppervlakte¬beschermingsfilm. De lichtblokkerende film omgeeft en eerste elektrode met een daartussen aangebrachte isolatiespleet meteen voorafbepaalde breedte. Een tweede elektrode is gevormdover het tegenoverliggende hoofdoppervlak van het substraat omOhm's kontakt daarmee te maken. De lichtblokkerende metal¬lische film is in een dusdanige vorm gevormd, dat de rand vande lichtblokkerende film die naar de eerste elektrode isgericht met de spleet daartussen opgesteld, zich niet bevindtbuiten de voornamelijke p-n junctie tussen het gebied metomgekeerd geleidbaarheidstype en de vensterlaag.
In het hiernavolgende zal de uitvinding nader wordenverduidelijkt door beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormenvan de inrichting volgens de uitvinding onder verwijzing naarde tekening, waarin: fig. 1 een dwarsdoorsnede is van een eerste voorbeeld vaneen conventionele halfgeleider-lichtdetectorinrichting; fig. 2 een dwarsdoorsnede is van een tweede voorbeeld vaneen conventionele halfgeleider-lichtdetectorinrichting; fig. 3 een dwarsdoorsnede is van een lichtdetector-inrichting volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavigeuitvinding, volgens de lijn III-III in fig. 4; fig. 4 een bovenaanzicht is van de in fig. 3 getoondehalfgeleider-lichtdetectorinrichting, gezien vanaf de zijdevan een lichtontvangend gebied; de figuren 5 en 6 een relatie tonen tussen de hoeveelheid^ van een metallische lichtblokkerende film met het gebied vande in de figuren 3 en 4 getoonde inrichting binnen de door eenverarmingslaagfront gedefinieerde begrenzing, en een para-cytaire strooicapaciteit; fig. 7 een respons op een ingangslichtsignaal toont vande halfgeleider-lichtdetectorinrichting volgens de onderhavigeuitvinding; en fig. 8 een respons op een ingangslichtsignaal toont vaneen halfgeleider-lichtdetectorinrichting die geen metallischelichtblokkerende film heeft.
Onder verwijzing naar de figuren 3 en 4 wordt eenhalfgeleider-lichtdetectorinrichting volgens de onderhavige uitvinding beschreven in termen van een planaire fotodiode.Dezelfde verwijzingscijfers zijn gebruikt voor vergelijkbarecomponenten in de fig. 1, 3 en 4.
De planaire fotodiode van fig. 3 omvat, evenals de infig. 1 getoonde conventionele fotodiode, een n-type in b-bufferlaag 2, een n“type InGaAs-lichtabsorberende laag 3, enaan n“-type InP vensterlaag 4 die in de genoemde volgorde zijngestapeld op een oppervlak van een n+-type InP substraat 1,waarbij de n-type bufferlaag 2 het substraat 1 raakt. Een Aubevattende negatieve elektrode 10 is gehecht aan het tegen¬overgelegen oppervlak van het substraat 1 door middel vanbijvoorbeeld een AuGe eutectisch soldeer. Een p-type onzuiver¬heid, zoals Zn, is gediffundeerd van een gedeelte van hetoppervlak van de n“-type InP-vensterlaag 4 tot in de lagen¬stapel om het geleidbaarheidstype van gedeelten van devenster- en lichtabsorberende lagen 4 en 3 om te keren om eenp+-type gebied 5 met omgekeerd geleidbaarheidstype te vormendat zich uitstrekt van het oppervlak van de vensterlaag 4,door de vensterlaag 4 tot in de lichtabsorberende laag 3. Eengestippelde lijn 12 duidt een front aan van een verarmingslaag3a dat een aanzienlijke p-n junctie verschaft tussen het p+-type gebied 5 met omgekeerd geleidbaarheidstype, en de n_-typeInP-vensterlaag 4 en de n“-type InGaAs-lichtabsorberendelaag 3.
Een oppervlakte beschermende isolatiefilm 6 die eendiëlektrische film van bijvoorbeeld siliciumnitride (SiN) ofsilicium oxide (SiC>2) is, is gevormd door middel van bijvoor¬beeld plasma-CVD om het oppervlak van de n"-type InP venster¬laag 4 te bedekken, waarbij ten minste een oppervlaktegebieddat een lichtontvangend gebied 11 verschaft, onbedekt isgelaten. M.a.w., in de isolerende film 6 is een openinggelaten voor het lichtontvangende gebied 11. In de opening iseen positieve Ti/Au-elektrode 7, die een stapel van TiAu lagenomvat, gevormd om Ohm’s kontakt te maken met het p+-typegebied 5 met omgekeerd geleidbaarheidstype. De positieveelektrode 7 kan rechtstreeks in Ohm's kontakt zijn met het p+- type gebied 5 met omgekeerd geleidbaarheidstype, of kan inOhm's kontakt zijn door een Ohmse kontaktlaag die p-typeInGaAs of InGaAsP bevat om een goed Ohm's kontakt teverschaffen.
Een metallische film 8 voor het blokkeren van licht isgevormd over de isolerende film 6 met een spleet 9 aangebrachttussen de metallische film 8 en de positieve elektrode 7 zodatzij elektrisch van elkaar zijn geïsoleerd. De metallischelichtblokkerende film 8 is in een dusdanige vorm gevormd, datzijn naar de positieve elektrode 7 gerichte binnenrand invertikale uitlijning is met of zich bevindt binnen de buiten¬omtrek van de door het front 12 gedefinieerde verarmingslaag3a. M.a.w., de binnenrand van de metallische lichtblokkerendefilm 8 is dichter bij het lichtontvangende gebied 11 dan dathet front 12 van de verarmingslaag is. D.w.z., de binnenrandvan de metallische film 8 bevindt zich niet buiten het front12 van de verarmingslaag. In fig. 3 representeert een horizon¬tale afstand tussen de binnenrand van de metallische licht¬blokkerende film 8 en de het front 12 van de verarmingslaagaanduidende vertikale gestippelde lijn de hoeveelheid overlapvan de film 8 met het gedeelte van de inrichting binnen doorhet front 12 gedefinieerde grens. Aldus, wanneer de binnenrandvan de metallische lichtblokkerende film 8 in vertikale uit¬lijning is met het front 12 van de verarmingslaag, is de hoe¬veelheid overlap ci gelijk aan 0. Wanneer de binnenrand van demetallische lichtblokkerende film zich binnen de door hetfront 12 van de verarmingslaag gedefinieerde begrenzingbevindt, is d groter dan 0, d.w.z. de metallische licht¬blokkerende film 8 overlapt een weinig de verarmingslaag 3a ofzowel de verarmingslaag 3a als het p+-type gebied 5. Als demetallische lichtblokkerende film 8 een te groot gedeelte vanhet gebied 5 het omgekeerd geleidbaarheidstype overlapt, wordteen daartussen gevormde paracytaire capaciteit te groot omverwaarloosbaar te zijn. Dienovereenkomstig is een geschiktewaarde van d ongeveer 0-5μπι.
Fig. 4 is een bovenaanzicht van de planaire fotodiode vanfig. 3. Een deel van de elektrode 7 steekt naarbuiten uit omeen draadhechtingskussen 13 te vormen. Het gebied 5 metomgekeerde geleidbaarheid en het front 12 van de verarmings-laag steken dienovereenkomstig ook naar buiten uit.
Onder verwijzing naar de figuren 5 en 6 wordt de relatietussen de bovenbeschreven overlaphoeveelheid <i en de para-cytaire strooicapaciteit kort uitgelegd.
In fig. 5 is ii de totale hoeveelheid overlap van de film8 met het gedeelte van lagen binnen de door het front van deverarmingslaag gedefinieerde begrenzing, en do is de hoeveel¬heid overlap van de film 8 met het p+-type gebied 5. Cd is decapaciteit van de armingslaag 3a, C- is de capaciteit van detotale overlap, en C2 is de capaciteit van de metallischelichtblokkerende film 8. Zoals blijkt uit fig. 6, wordt dedoor de combinatie van de capaciteiten Cd, Ci en C2 verschaftde totale capaciteit CT uitgedrukt door de formule:
Figure NL9002098AD00091
(1)
Het oppervlak van de overlap is klein t.o.v. van hetgehele oppervlak van de metallische lichtblokkerende film 8,zodat Ci « C2, en daarom kan formule (1) worden gemodificeerdtot: CT ~ Cd + Ci (2)
Uit de formule 2 blijkt, dat voor het reduceren van detotale capaciteit Ct het noodzakelijk is de door de totaleoverlap vertoonde capaciteit Cl te reduceren. Teneinde degehele capaciteit Ct te reduceren en ook de hoeveelheid lichtte reduceren die wordt geabsorbeerd door het gedeelte van delichtabsorberende laag 3 anders dan de verarmingslaag 3a, zouhet gewenst zijn dat ^ 0 is (d = 0). In de praktijk wordtechter gedacht dat het geschikt is dat do = 0of0<d<5 μπ\, inachtnemende variaties in afmeting die kunnen optreden in defotolithografische stappen tijdens het vervaardigingsproces.Als de diameter & van het lichtontvangende gebied 11 kleineris dan de waarde in het volgende voorbeeld, bijvoorbeeldwanneer deze ongeveer 50 μπι is, is het gewenst om voor & eenlagere bovenlimiet te stellen.
De afmetingen of onzuiverheidconcentraties van verschil¬lende gedeelten van een voorbeeld van de fotodiode worden inhet onderstaande getoond.
Diameter £ van licht- ontvangend gebied 11: 200 μπι
Diameter van draadhechtings-kussen 13: 80 μπι
De grootte £. van de chip: 500 μπι x 500 μπι
Breedte di van elektrode 7: 4 μπι
Breedte d2 van spleet 9: 5 μπι
Dragerconcentratie van substraat 1: ongeveer 5xl018cnT3
Dragerconcentratie van bufferlaag 2: ongeveer 5xl015cm~3
Dragerconcentratie van de lichtabsorberende laag 3: lxl016cm-3 of minder, bij voorkeurlxl013cm“3 of minder
Dragerconcentratie van vensterlaag 4: lxl016cnT3 of minder, bij voorkeurlxl015crrT3 of minder
Dragerconcentratie vanp+-type gebied 5 met omgekeerde geleidbaarheid: ongeveer IxlO18 ~lxl019cm-3
De in de figuren 3 en 4 getoonde planaire fotodiodevolgens de onderhavige uitvinding werkt op hoofdzakelijkdezelfde wijze als de in fig. 1 getoonde conventionelefotodiode. Op het lichtontvangende gebied 11 invallend lichtpasseert door het p+-type gebied 5 met omgekeerde geleidbaar¬heid in de vensterlaag 4 en wordt in hoofdzaak geabsorbeerddoor de verarmingslaag 3a van de lichtabsorberende laag 3.
Door punten aangeduide dragers 31 die door de absorptie vanlicht door de verarmingslaag 3a wordt gegenereerd, wordenversneld door het ruimteveld binnen de verarmingslaag 3a enworden gedetecteerd tussen de elektroden 7 en 10 als eendriftstroomcomponent die responsief is op invallend licht.Volgens de onderhavige uitvinding, aangezien £l gesteld is omgroter te zijn dan 0, passeert licht dat invalt op de spleet 9ook door het p+-type gebied 5 en wordt geabsorbeerd door deverarmingslaag 3a in de lichtabsorberende laag 3, of hetpasseert door de verarmingslaag in de vensterlaag 4 rond hetp+-type gebied 5 naar de verarmingslaag 3a in de licht¬absorberende laag 3 en wordt geabsorbeerd door de verarmings¬laag 3a. Aldus zijn deze door de absorptie van het licht doorde spleet 9 gegenereerde dragers van het zelfde type als dedragers 31, en daarom worden zij ook versneld door hetruimteveld binnen de verarmingslaag 3a en worden zij eveneenstussen de elektroden 7 en 10 gedetecteerd als een driftstroom-component. In de fotodiode volgens de onderhavige uitvindingkunnen ook in gedeelten van de lichtabsorberende laag 3 andersdan de verarmingslaag 3a dragers worden gegenereerd die verge¬lijkbaar zijn met de in fig. 1 getoonde dragers 32, welkegedetecteerd worden als een diffusiestroomcomponent. In defotodiode volgens de onderhavige uitvinding wordt echter inhoofdzaak geen licht geabsorbeerd in gedeelten anders dan deverarmingslaag 3a, en daarom is het aantal van de dragers 32die als diffusiestroom gedetecteerd kunnen worden, bijzonderweinig ten opzichte van het aantal dragers 31 die als dedriftstroomcomponent gedetecteerd worden, en daarom zijn zijpraktisch verwaarloosbaar. Dienovereenkomstig bevat de tussen de elektrode 7 en 8 te detecteren stroom in hoofdzaak geendiffusiestroomcomponent welke een vermindering van de respon-siesnelheid zou kunnen veroorzaken. Bijgevolg is de responsvan de uitgang van de fotodiode volgens de onderhavige uit¬vinding op het ingangslichtsignaal bijzonder snel.
Fig. 7a toont de respons van licht-geïnduceerde stroom opeen in’ fig. 7b getoond ingangslichtpulssignaal van de in fig.
3 getoonde fotodiode volgens de onderhavige uitvinding waarinde hoeveelheid overlap van de metallische lichtblokkerendefilm 8 met het p+-type gebied 55 met omgekeerde geleidbaarheidof de verarmingslaag 3a 0 is, d.w.z. d= 0. Figuur 8a toont derespons van een licht-geïnduceerde stroom op een in figuur 8bgetoond vergelijkbaar ingangslichtpulssignaal van een foto¬diode die dezelfde structuur heeft als de in fig. 3 getoondefotodiode, behalve dat deze niet de metallische licht¬blokkerende film 8 omvat. Vastgesteld is, dat een fotodiodedie een structuur heeft die dezelfde is als die van de pla-naire fotodiode van fig. 3 maar niet de metallische licht¬blokkerende film 8 omvat, in hoofdzaak dezelfde respons-karakteristiek heeft als de in fig. 1 getoonde conventioneleplanaire fotodiode. Zoals in fig. 7 getoond, zijn de stijg- endaaltijden minder dan ongeveer 1 nanoseconde, maar de stijg¬en daaltijden in de planaire fotodiode zonder de metallischelichtblokkerende film 8, en bijgevolg die van de in fig. 1getoonde conventionele planaire fotodiode, zijn ongeveer 150nanoseconden, zoals in fig. 8 getoond.
Anders dan door het diffunderen van een p-type onzuiver¬heid, zoals Zn, van het oppervlak van de vensterlaag 4 zoalsbij de bovenbeschreven uitvoeringsvorm kan het p+-gebied 5 metomgekeerde geleidbaarheid worden gevormd door ion-injectie.
Als alternatief kan het gebied 5 worden gevormd door vaste-fase diffusie van, bijvoorbeeld, Zn in de n“-type InGaAslichtabsorberende laag 3 van een epitaxiaal gegroeide p+-typeInP laag die Zn bevat op de laag 3.
Als een modificatie kan een anti-reflectie film vanbijvoorbeeld SiN zijn aagebracht op het oppervlak van het lichtontvangende gebied 11. In een dergelijk geval dient dedikte £. van de SiN anti-reflectie film op een dusdanige waardegesteld te worden dat aan de uitdrukking λ/4 = nxt wordtvoldaan, waarbij een λ de golflengte van het gebruikte lichtis, en de brekingsindex van de SiN film is.
Zoals bovenbeschreven worden volgens de onderhavigeuitvinding, aangezien de metallische lichtblokkerende film 8zodanig is gevormd dat licht door het lichtontvangende gebied11 slechts binnenkomt in het p+-type gebied 5 met omgekeerdegeleidbaarheid, in hoofdzaak al de door het opvallende lichtgegenereerde dragers gedetecteerd als een driftstroom-component, en dienovereenkomstig wordt een zeer snelle responsop een ingangslichtsignaal bereikt. Een ander voordeel van deonderhavige uitvinding is dat aangezien de positieve elektrode7 en de metallische lichtblokkerende film 8 zich in het zelfdevlak bevinden, zij simultaan gevormd kunnen worden door hetvormen van een patroon, door een fotolithografisch proces ineen enkele metallische film die gevormd is door een enkeldampzafzettingsproces. (Natuurlijk kunnen ook andere tech¬nieken gebruikt worden voor het vormen van de enkele metal¬lische film en voor het aanbrengen van een patroon daarin).Dienovereenkomstig kan het aantal stappen voor het vervaar¬digen van de fotodetector van de onderhavige uitvindinggereduceerd worden ten opzichte van dat voor de in fig. 2getoonde conventionele inrichting, en de vervaardigings-efficiency is hoog. Aldus kunnen volgens de onderhavigeuitvinding halfgeleider-fotodetectorinrichtingen met zeersnelle respons op ingangslichtsignalen worden vervaardigd bijlage kosten met in hoofdzaak hetzelfde aantal vervaardigings-stappen als dat voor het vervaardigen van de in fig. 1getoonde conventionele planaire fotodiode.

Claims (5)

1. Halfgeleider-lichtdetectorinrichting omvattende: een substraat van een eerste geleidbaarheidsdtype;een op een oppervlak van het substraat aangebrachte licht-absorberende laag van het eerste geleidbaarheidstype; een over de lichtabsorberende laag liggend aangebrachtevensterlaag van het eerste geleidbaarheidstype; een gebied met een tweede geleidbaarheidstype vanomgekeerde geleidbaarheid, dat is gevormd in ten minste eengedeelte van de vensterlaag om zich uit te strekken tot delichtabsorberende laag; een op de vensterlaag aangebrachte oppervlakte-beschermende film, die ten minste een gedeelte van het gebiedmet omgekeerde geleidbaarheid bloot laat als een licht-ontvangend gebied; een op de oppervlaktebeschermende film aangebrachteeerste elektrode die het lichtontvangende gebied omgeeft,welke eerste elektrode in Ohm's kontakt is met het gebied metomgekeerde geleidbaarheid; een metallische lichtblokkerende film die op deoppervlakte-beschermende film zodanig is aangebracht dat dezede eerste elektrode omgeeft met een isolerende spleet van eengegeven breedte daartussen; en een tweede elektrode die op het andere oppervlak van hetsubstraat in Ohm's kontakt daarmee is aangebracht; waarbij de metallische lichtabsorberende laag eenzodanige vorm heeft dat de binnenrand van de metallischelichtblokkerende film die naar de eerste elektrode is gerichtmet genoemde isolerende spleet daartussen opgesteld, zich nietbuiten de aanzienlijke p-n junctie tussen genoemd gebied metomgekeerde geleidbaarheid en genoemde vensterlaag bevindt;
2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat delichtabsorberende laag is aangebracht op het genoemdeoppervlak van het substraat met daartussen een bufferlaag vanhet eerste geleidbaarheidstype.
3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk datde binnenrand van de metallische lichtblokkerende film zich invertikale uitlijning bevindt met de aanzienlijke p-n junctietussen het gebied met omgekeerde geleidbaarheid en devensterlaag.
4. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat"de binnenrand van de metallische lichtblokkerende film zicheen weinig binnenwaarts bevindt van de aanzienlijke p-njunctie tussen het gebied met omgekeerd geleidbaarheidstype ende vensterlaag.
5. Inrichting volgens ten minste een der conclusies 1 t/m 4,met het kenmerk, dat een anti-reflectiefilm is aangebracht omhet oppervlak van het lichtontvangende gebied te bedekken.
NL9002098A 1990-01-25 1990-09-26 Halfgeleider-lichtdetectorinrichting. NL192281C (nl)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016654A JPH03220782A (ja) 1990-01-25 1990-01-25 半導体受光装置
JP1665490 1990-01-25

Publications (3)

Publication Number Publication Date
NL9002098A true NL9002098A (nl) 1991-08-16
NL192281B NL192281B (nl) 1996-12-02
NL192281C NL192281C (nl) 1997-04-03

Family

ID=11922332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL9002098A NL192281C (nl) 1990-01-25 1990-09-26 Halfgeleider-lichtdetectorinrichting.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5040039A (nl)
JP (1) JPH03220782A (nl)
DE (1) DE4039380C2 (nl)
NL (1) NL192281C (nl)

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0513798A (ja) * 1991-07-01 1993-01-22 Mitsubishi Electric Corp 半導体受光装置
JP2774006B2 (ja) * 1991-12-25 1998-07-09 三菱電機株式会社 半導体受光装置及びその製造方法
US5189296A (en) * 1992-04-03 1993-02-23 International Business Machines Corporation Optical receiver having a low capacitance integrated photodetector
US5593902A (en) * 1994-05-23 1997-01-14 Texas Instruments Incorporated Method of making photodiodes for low dark current operation having geometric enhancement
JPH10173158A (ja) * 1996-12-05 1998-06-26 Denso Corp 光センサic
JP3601761B2 (ja) 1998-11-19 2004-12-15 松下電器産業株式会社 受光素子およびその製造方法
JP4450454B2 (ja) * 1999-08-26 2010-04-14 Okiセミコンダクタ株式会社 半導体受光素子
CA2405825C (en) 2000-04-17 2010-11-09 Nellcor Puritan Bennett Incorporated Pulse oximeter sensor with piece-wise function
JP2001358359A (ja) * 2000-06-16 2001-12-26 Nippon Sheet Glass Co Ltd 半導体受光素子
US6593636B1 (en) * 2000-12-05 2003-07-15 Udt Sensors, Inc. High speed silicon photodiodes and method of manufacture
JP4134695B2 (ja) * 2002-11-21 2008-08-20 住友電気工業株式会社 光モジュール
US8120023B2 (en) 2006-06-05 2012-02-21 Udt Sensors, Inc. Low crosstalk, front-side illuminated, back-side contact photodiode array
US8686529B2 (en) 2010-01-19 2014-04-01 Osi Optoelectronics, Inc. Wavelength sensitive sensor photodiodes
US7535033B2 (en) * 2004-09-14 2009-05-19 Banpil Photonics, Inc. Multicolor photodiode array and method of manufacturing
US7590439B2 (en) 2005-08-08 2009-09-15 Nellcor Puritan Bennett Llc Bi-stable medical sensor and technique for using the same
US7869850B2 (en) 2005-09-29 2011-01-11 Nellcor Puritan Bennett Llc Medical sensor for reducing motion artifacts and technique for using the same
US7904130B2 (en) 2005-09-29 2011-03-08 Nellcor Puritan Bennett Llc Medical sensor and technique for using the same
US8233954B2 (en) 2005-09-30 2012-07-31 Nellcor Puritan Bennett Llc Mucosal sensor for the assessment of tissue and blood constituents and technique for using the same
US7555327B2 (en) 2005-09-30 2009-06-30 Nellcor Puritan Bennett Llc Folding medical sensor and technique for using the same
US8073518B2 (en) 2006-05-02 2011-12-06 Nellcor Puritan Bennett Llc Clip-style medical sensor and technique for using the same
US8396527B2 (en) 2006-09-22 2013-03-12 Covidien Lp Medical sensor for reducing signal artifacts and technique for using the same
US8175671B2 (en) 2006-09-22 2012-05-08 Nellcor Puritan Bennett Llc Medical sensor for reducing signal artifacts and technique for using the same
US8190225B2 (en) 2006-09-22 2012-05-29 Nellcor Puritan Bennett Llc Medical sensor for reducing signal artifacts and technique for using the same
US7574245B2 (en) 2006-09-27 2009-08-11 Nellcor Puritan Bennett Llc Flexible medical sensor enclosure
US7890153B2 (en) 2006-09-28 2011-02-15 Nellcor Puritan Bennett Llc System and method for mitigating interference in pulse oximetry
US7684842B2 (en) 2006-09-29 2010-03-23 Nellcor Puritan Bennett Llc System and method for preventing sensor misuse
US8175667B2 (en) 2006-09-29 2012-05-08 Nellcor Puritan Bennett Llc Symmetric LED array for pulse oximetry
US7476131B2 (en) 2006-09-29 2009-01-13 Nellcor Puritan Bennett Llc Device for reducing crosstalk
US8068891B2 (en) 2006-09-29 2011-11-29 Nellcor Puritan Bennett Llc Symmetric LED array for pulse oximetry
US9178092B2 (en) 2006-11-01 2015-11-03 Osi Optoelectronics, Inc. Front-side illuminated, back-side contact double-sided PN-junction photodiode arrays
US7894869B2 (en) 2007-03-09 2011-02-22 Nellcor Puritan Bennett Llc Multiple configuration medical sensor and technique for using the same
US8346328B2 (en) 2007-12-21 2013-01-01 Covidien Lp Medical sensor and technique for using the same
US8352004B2 (en) 2007-12-21 2013-01-08 Covidien Lp Medical sensor and technique for using the same
US8897850B2 (en) 2007-12-31 2014-11-25 Covidien Lp Sensor with integrated living hinge and spring
US8461032B2 (en) * 2008-03-05 2013-06-11 Varian Semiconductor Equipment Associates, Inc. Use of dopants with different diffusivities for solar cell manufacture
JP2009259893A (ja) * 2008-04-14 2009-11-05 Panasonic Corp 電磁波受信装置、イメージング装置、および電磁波受信方法
US7887345B2 (en) * 2008-06-30 2011-02-15 Nellcor Puritan Bennett Llc Single use connector for pulse oximetry sensors
US7880884B2 (en) 2008-06-30 2011-02-01 Nellcor Puritan Bennett Llc System and method for coating and shielding electronic sensor components
US8071935B2 (en) * 2008-06-30 2011-12-06 Nellcor Puritan Bennett Llc Optical detector with an overmolded faraday shield
WO2010031011A2 (en) 2008-09-15 2010-03-18 Udt Sensors, Inc. Thin active layer fishbone photodiode with a shallow n+ layer and method of manufacturing the same
US8417309B2 (en) 2008-09-30 2013-04-09 Covidien Lp Medical sensor
US20100163759A1 (en) * 2008-12-31 2010-07-01 Stmicroelectronics S.R.L. Radiation sensor with photodiodes being integrated on a semiconductor substrate and corresponding integration process
US8399909B2 (en) 2009-05-12 2013-03-19 Osi Optoelectronics, Inc. Tetra-lateral position sensing detector
US8509869B2 (en) 2009-05-15 2013-08-13 Covidien Lp Method and apparatus for detecting and analyzing variations in a physiologic parameter
US8912615B2 (en) 2013-01-24 2014-12-16 Osi Optoelectronics, Inc. Shallow junction photodiode for detecting short wavelength light

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55140275A (en) * 1979-04-18 1980-11-01 Fujitsu Ltd Semiconductor photodetector
JPS60182778A (ja) * 1984-02-29 1985-09-18 Fujitsu Ltd 半導体受光装置
EP0186460A2 (en) * 1984-12-22 1986-07-02 Fujitsu Limited Semiconductor photodetector
JPS61199677A (ja) * 1985-03-01 1986-09-04 Shimadzu Corp Pinフオトダイオ−ド

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51138185A (en) * 1975-05-26 1976-11-29 Oki Electric Ind Co Ltd Semi-conductor device
JPS63224268A (ja) * 1987-03-12 1988-09-19 Mitsubishi Electric Corp 半導体受光装置
JPS6423580A (en) * 1987-07-20 1989-01-26 Fujitsu Ltd Semiconductor photodetector device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55140275A (en) * 1979-04-18 1980-11-01 Fujitsu Ltd Semiconductor photodetector
JPS60182778A (ja) * 1984-02-29 1985-09-18 Fujitsu Ltd 半導体受光装置
EP0186460A2 (en) * 1984-12-22 1986-07-02 Fujitsu Limited Semiconductor photodetector
JPS61199677A (ja) * 1985-03-01 1986-09-04 Shimadzu Corp Pinフオトダイオ−ド

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol. 63, nr. 1, 1 januari 1988, pagina's 250-252, New York, US; R.U. MARTINELLI et al.: "Reliability of planar InGaAs/InP photodiodes passivated with boro-phospho-silicate glass" *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 10, nr. 24 (E-377)[2081], 30 januari 1986; & JP-A-60 182 778 (FUJISTU K.K.) 18-09-1985 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 11, nr. 33 (E-476)[2480], 30 januari 1987; & JP-A-61 199 677 (SHIMADZU CORP.) 04-09-1986 *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 5, nr. 11 (E-42)[683], 23 januari 1988; & JP-A-55 140 275 (FUJITSU K.K.) 11-01-1980 *

Also Published As

Publication number Publication date
US5040039A (en) 1991-08-13
NL192281B (nl) 1996-12-02
DE4039380A1 (de) 1991-08-01
JPH03220782A (ja) 1991-09-27
DE4039380C2 (de) 1994-03-24
NL192281C (nl) 1997-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL9002098A (nl) Halfgeleider-lichtdetectorinrichting.
US10700220B2 (en) Array of Geiger-mode avalanche photodiodes for detecting infrared radiation
US9276162B2 (en) Semiconductor photodetector and method for manufacturing the same
JP4157698B2 (ja) 半導体受光素子およびその駆動方法
JP2661937B2 (ja) 放射感知半導体デバイス
EP3864707B1 (en) Pin photodetector
RU2641620C1 (ru) Лавинный фотодетектор
US5777390A (en) Transparent and opaque metal-semiconductor-metal photodetectors
US4626675A (en) Demultiplexing photodiode sensitive to plural wavelength bands
US5652435A (en) Vertical structure schottky diode optical detector
EP0522746B1 (en) Semiconductor photodetector device
US4021833A (en) Infrared photodiode
EP0538878B1 (en) Light detecting device
RU2185689C2 (ru) Лавинный фотоприемник (варианты)
RU195799U1 (ru) Полупроводниковый приемник инфракрасного излучения
WO2023008477A1 (ja) フォトダイオード及び光感応デバイス
JP2968440B2 (ja) 半導体受光素子
JPH05226686A (ja) 受光素子
JP3442493B2 (ja) 半導体受光素子およびその製造方法
JP2004158763A (ja) 半導体受光素子
KR20230056659A (ko) 광 검출 장치
JP2945698B2 (ja) 光半導体装置
JPH0494579A (ja) 半導体受光装置
JPH0567800A (ja) 光半導体装置
JP2007109686A (ja) 半導体受光素子

Legal Events

Date Code Title Description
A1C A request for examination has been filed
V1 Lapsed because of non-payment of the annual fee

Effective date: 20060401