TWI250659B - Radiation-receiving semiconductor-body with an integrated filter-layer - Google Patents

Description

1250659 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種接收輻射用之半導體本體，其具有至少 吸收轄射用之活性區且所接收之電磁輻射之波長範圍介 於λ !和λ 2之間，其中λ 2大於λ !。本發明特別是涉及一種 半導體本體，其構成光二極體或光電晶體。 【先前技術】 接收輻射用之組件（其中整合著上述形式之半導體本體）之 功率通常會受到周圍之光線或散射光之不良影響。在信號 或資料以光學方式在自由空間傳送時，可偵測之信號在最 通常之情況下會由於周圍之光線或散射光而受到干擾或失 真。因此，光學濾器通常設在偵測器之前，以便使信號由 該具有千擾性之光分離。藉由更高的費用可使該信號另外 以電子方式來處理。此種額外之措施造成較大之時間耗費 和成本。 【發明內容】 本發明之目的是發展一種上述形式之接收輻射用之半導 體本體，其對可偵測之信號之千擾和失真具有一種較佳之 保護作用且技術上不需較高之費用即可再生產° 上述目的以具有申請專利範圍第1和3項特徵之接收輻 射用之半導體本體來達成。本發明有利之其它形式描述在 申請專利範圍各附屬項中。 本發明中該接收輻射用之半導體本體具有至少一吸收輻 身寸用之活性區和一濾波層，該濾波層配置在該活性區和一 1250659 輻射-射入側之間。該活性區只偵測一種波長小於λ 2之電 磁輻射。該濾波層吸收一種波長小於λ I之電磁輻射且使波 長大於λ 1之電磁輻射通過。由該濾波層所吸收之輻射較佳 是轉換成一種輻射，其波長大於λ 2且因此不會被該活性區 所偵測到。藉由該活性區和該濾波層之組合作用，則該半 導體本體可吸收之電磁輻射之波長範圍介於λ 1和λ 2之間， 其中λ 2大於；I 1。 波長大於λ 2之輻射以下稱爲長波長輻射，且波長小於λ 1 之輻射稱爲短波長輻射。同樣之情況亦適用於短波長和長 波長之光。 一種輻射-射入面較佳是至少由該濾波層之遠離該活性區 之表面所形成。由該輻射·射入面之方面而言該接觸層較佳 地被結構化且至少一部份可施加在該濾波層上。因此可製 成一種組件，其較同等級之傳統之組件更緊密。 在本發明之較佳之實施例形式中，該配置在活性區和輻 射-射入面之間之鏡面是可部份透光的。該可部份透光之鏡 面較佳是至少對波長範圍介於λ 1和λ 2之間之輻射而言可透 過一部份。該鏡面較佳是以佈拉格（Bragg)鏡面來構成。藉 由建設性之干涉，則可有利地使可偵測之信號放大。此外 ’該鏡面須配置在該活性區之周圍，使其形成一種共振器 ’其可依據波長範圍介於λ !和λ 2之間之輻射來調整。此種 共振器之優點是：該組件之一已提高之敏感性可在所期望 之波長範圍中（即，介於λ 1和λ 2之間）達成。該鏡面較佳是 由半導體材料所製成。 1250659 在另一實施形式中，該活性區由一種半導體材料所製成 且形成量子井結構。藉由該活性區中之量子井結構，則可 有利地使光譜之敏感性和選擇性提高。 該濾波層較佳是形成一種層序列，其另由不同之半導體 材料所製成。有利的是該濾波層然後以和其下方之活性區 相同之磊晶製造步驟生長而成且情況需要時該鏡面亦以相 同方式製成。即，該活性區，該濾波層且情況需要時該二 個鏡面在一嘉晶步驟中生長在一種基板上。因此，在該製 程中可節省成本和時間。 在一較佳之實施形式中，該濾波層具有一種量子井結構 。該濾波層中所吸收之光產生電荷載體，其在再發射之前 在該量子井結構中被捕捉且在該處使能量釋放。這些電荷 載體在該量子井結構中重組且產生一種輻射，其波長範圍 較佳是大於λ 2，即，其屬於一種長波長輻射。此種長波長 輻射在該半導體本體中基本上不會由其它層或其它結構所 吸收。因此，該長波長之輻射離開該半導體本體而未被偵 測到。該濾波層之作用因此像一種邊緣-濾波器，其吸收一 種波長範圍較λ,還小之短波長之光且可使長波長之光透過 。於是與該活性區形成一種帶通濾波器，其可濾出具千擾 性之光，使只有波長範圍介於λ i和λ 2之間之光可被偵測。 在一特別佳之實施形式中，該半導體本體形成一種光二 極體或光電晶體。 【實施方式】 本發明之其它特徵和優點由以下之第1至3圖之圖式中 -7- 1250659 所不之實施例之說明即可得知。 各圖式中相同或作用相同之元件設有相同之參考符號 之 極 有 在 鏡 鏡 例 ，4 光 10 體 該 圍 之 中 As 爲了更易了解起見，各圖式中特別是未依比例顯示各層 厚度。 第1圖中所示之半導體本體例如形成一種共振之光二 體。該半導體本體具有一種活性區2，其例如包含一種具 多個GaAs量子井之量子井結構。該活性區2較佳是配置 二個鏡面3，4之間。各鏡面3，4可形成半導體-佈拉格-面，其例如具有多個人1。2〇&。.8八8/八1().9〇3().1八8-周期。該 面4對至少該待偵測之信號而言較佳是可透過一部份且 如是P-摻雜者，該鏡面3則是η-摻雜者。該二個鏡面3 形成一種共振器1 0，其可準確地針對該待偵測之信號之 來調整。例如，該鏡面3具有36個周期且該鏡面4具有 個周期。該活性區2中所吸收之輻射產生自由之電荷載 ’其在一種電場中造成一種光電流。 在該鏡面層4上較佳是生長一種濾波層5，其由一種對 待偵測之信號之光是可透過之材料所構成。依據波長範 而可使用一種以Ali^Gai^As爲主之濾波層5。該濾波層 較佳是以和該活性區2相同之磊晶步驟生長而成。 短波長之光廣泛地在該濾波層5中被吸收。在再發射 前所產生之電荷載體（其亦存在於該濾波層5中）在量子井 被捕捉且在該處釋放能量。該量子井結構例如由In。.2Ga0.8 所構成。電荷載體在量子井中重組且產生長波長之輻射 其基本上不爲該半導體本體之其它層所吸收。 1250659 另一方式是所產生之電荷載體之重組可經由表面狀態來 進行。在此種情況下通常不會發出輻射。經由表面狀態之 重組在該濾波層5以較薄（fi卩，在直至1 CT6 m之數量級中） 方式構成時特別有可能。在較薄之濾波層5中較有可能使 電荷載體到達表面且在該處經由表面狀態而重組。 在該濾波層5上施加一種接觸層6，較佳是使該接觸層結 構化。本例子中該接觸層6以Au:Zn爲主且是p-摻雜的。 該濾波層5之未以該接觸層6來覆蓋之面形成該輻射-射入 面9。待偵測之信號藉由箭頭8來表示。 該鏡面3配置在基板1上，該基板1例如含有GaAs。該 基板1較佳是導電性的。在該基板1之遠離該鏡面3之表 面上施加一狻觸層7。例如，整面上施加該接觸層7。本例 子中該接觸層7是η-摻雜的且含有由AuGe所構成之合金 〇 第2圖中顯示該半導體本體之各種不同之層。能帶間隙 相對於該層序列（其沿著水平軸而顯示）而繪出。 在覆蓋層13(其配置在該濾波層5上）外部該第2圖中所 示之半導體本體所具有之構造是與第1圖中所示之實施例 者相同。例如，該覆蓋層13由GaAs所構成且很薄（其在1〇·9 m之數量級中）。該覆蓋層1 3對該濾波層5之氧化作用具有 保護作用。該濾波層5通常包含較高之鋁濃度，其可快速 地在空氣環境中氧化。該覆蓋層13較佳是未包含-或幾乎 未含有鋁成份且因此可防止鋁在空氣/半導體界面上發生氧 化。此種氧化作用會對該半導層序列之電性造成干擾。 1250659 短波長之光之符號藉由箭頭11來表示。該短波長之光11 侵入至半導體本體中直至該灑波層5中爲止。此處該短波 長之光1 1廣泛地被吸收且例如藉由該濾波層5中已存在之 量子井結構而轉換成長波長之光。該濾波層5對於面向該 輻射-射入面之表面上之電荷載體而言可選擇地具有一種高 的能量位障5 a。此種能量位障5 a通常含有較該濾波層5之 剩餘部份高很多之鋁濃度。第2圖中可藉由大的垂直能帶 間隙來辨認該濾波層5中和該活性區2中之量子井結構。 長波長之光之符號藉由箭頭12來表示。該長波長之光包 含該藉由濾波層5所轉換之光以及長波長之環境-光且可廣 泛地通過該半導體本體。波長介於λ i和λ 2之間之待偵測之 輻射以箭頭8來表示。該輻射8可廣泛地通過該濾波層5 且可通過該一部份可透光之鏡面4藉由鏡面4，3所形成之 共振器10之共振波長基本上等於該輻射8之波長。 第3圖中顯示一與第2圖中相同之半導體本體之各層之 銦-和銘濃度，由第3圖中可辨認：一種高的鋁濃度對應於 較高的能帶間隙。反之，一種高的銦濃度對應於較低的能 帶間隙。 本發明之保護範圍當然不限於依據各實施例所作之說明 。反之’本發明亦包含每一新的特徵和各特徵之每一種組 合’特別是包含各申請專利範圍中各特徵之每一種組合， 當該組合未明顯地顯示在各申請專利範圍中時亦同。 【圖式簡單說明】 第1圖 本發明之半導體本體之實施例之切面圖。 -10- 1250659 第2 圖 半導體本體之不同之層 板之能帶間距之圖解。 第3 圖 半導體本體之不同之層 板時之銦-和鋁-濃度之 主要元件之符號表： 1 基板 2 活性區 3 η-摻雜之鏡面 4 Ρ -摻雜之鏡面 5 濾波層 5 a 能量位障 6 Ρ -摻雜之接觸層 7 η-摻雜之接觸層 8 輻射 9 輻射-射入面 10 共振器 11 短波長之光 12 長波長之光 13 覆蓋層 中由該輻射-射入面至該基 中由該輻射-射入面至該基 圖解。 -11

Claims (1)

1250659 十、申请專利範圍· β牛"月斤日修正/更蔓/補充· 第93118801號「具有積體濾波層之接收輻射用之半導體本 體」專利案 ( 200 5年11月修正） 1 · 一種接收輻射用之半導體本體，其具有至少一吸收輻射 用之活性區（2 )且接收一種波長範圍在λ ,和；I 2之間之電 磁輻射，其中λ 2> λ !，其特徵爲： 該半導體本體包含一種介於該活性區（2)和一輻射-射入面 (9)之間之濾波層（5)，其中 -該活性區（2)偵測電磁輻射，其具有之波長小於λ 2 ’ -該濾波層（5)吸收電磁輻射，其具有之波長小於又1 ’ -該濾波層（5)可透過一種波長大於λ 1之電磁輻射。 2 .如申請專利範圍第1項之半導體本體，其中該濾波層（5) 具有至少一量子井結構。 3 .如申請專利範圍第1或2項之半導體本體，其中該濾、波 層（5)使由該濾波層（5)所吸收之輻射轉換成光’其具有之 波長大於λ 2。 4 .如申請專利範圍第1或2項之半導體本體，其中該輻射_ 射入面（9)由該濾波層（5)之遠離該活性區（2)之表面所形 成或由施加在該表面上之半導體層所形成。 5 .如申請專利範圍第1或2項之半導體本體，其中該濾波 層（5)形成半導體層序列。 6 .如申請專利範圍第1或2項之半導體本體，其中該活性 區（2)形成量子井結構。 1250659 7·如申請專利範圍第1或2項之半導體本體，其中一第一 接觸層（6)配置在該活性區（2)之面向該輻射-射入面（9)之 側上且至少一部份施加在該濾波層（5)上。 8 ·如申請專利範圍第1項之半導體本體，其中一基板（1)配 置在該活性區（2)和第二接觸層（7)之間，第二接觸層（7) 施加在半導體本體上該活性區（2)之遠離該輻射-射入面（9) 之側上。 9 ·如申請專利範圍第8項之半導體本體，其中該基板（1)具 備導電性。 10·如申請專利範圍第1項之半導體本體，其中該活性區（2) 配置在二個鏡面（3，4 )之間，其中配置在該活性區（2 )和 該輻射-射入面（9)之間之該鏡面（4)可透過一部份之輻射 〇 1 1 ·如申請專利範圍第丨〇項之半導體本體，其中配置在該活 性區（2)和該輻射-射入面（9)之間之該鏡面（4)至少可透過 波長範圍介於λ i和λ 2之間之輻射。 1 2 ·如申請專利範圍第1 0項之半導體本體，其中各鏡面（3， 4)由佈拉格鏡面所形成。 1 3 .如申請專利範圍第1 〇項之半導體本體，其中該二個鏡面 (3，4)形成一種共振器，其對波長範圍介於λ i和λ 2之間 之輻射進行調整。 14.如申請專利範圍第1 〇項之半導體本體，其中該鏡面（4)在 該輻射-射入面（9)之側向中配置在該濾波層（5)和該活性 區（2)之間。 1 5 .如申請專利範圍第1 0項之半導體本體，其中該鏡面（3， -2- 1250659 4)含有一種半導體材料。 16.如申請專利範圍第1或2項之半導體本體，其中該半導 體本體形成光二極體或光電晶體。 1 7 .如申請專利範圍第8項之半導體本體，其中該半導體本 體形成光二極體或光電晶體。 18.如申請專利範圍第10項之半導體本體，其中該半導體本 體形成光二極體或光電晶體。