Wellenlängenselektive pn-Übergangs-Photodiode Wavelength selective pn junction photodiode
Beschreibungdescription
[001] Die Erfindung betrifft eine wellenlängenselektive pn- Übergangs-Photodiode aus ternären oder quaternären III-V- Mischverbindungen für einen frei wählbaren, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich mit einer Stapelanordnung von mehreren Funktionszonen normal zur Einfallsrichtung des elektromagnetischen Spektrums. Die Photodiode ist durch eine äußere elektrische Spannung, insbesondere in Sperrich- tung, vorgespannt.The invention relates to a wavelength-selective pn-transition photodiode made of ternary or quaternary III-V mixed connections for a freely selectable, visible or infrared spectral range with a stack arrangement of several functional zones normal to the direction of incidence of the electromagnetic spectrum. The photodiode is biased by an external electrical voltage, in particular in the blocking direction.
[002] Photodioden dienen der Umwandlung optischer in elektrische Signale im Bereich der optischen Telekommuninations- technik, in kundenorientierten opto-elektronischen Schaltungen und Zwischenverbindern, sowie in wissenschaftlichen und industriellen Geräten der Photometrie, Spektrophoto- metrie, Chromatographie, Kaloriemetrie, der Medizin und Biotechnologie .[002] Photodiodes are used to convert optical to electrical signals in the field of optical telecommunication technology, in customer-oriented optoelectronic circuits and interconnectors, and in scientific and industrial devices for photometry, spectrophotometry, chromatography, calorimetry, medicine and biotechnology.
Die neuen Einsatzgebiete entwickeln sich entgegen der ursprünglichen Tendenz in der Lichtleiter-Nachrichtentechnik hinsichtlich neuer Einsatzbereiche im sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich. Dementsprechend erwachsen aus den neuen Anwendungsgebieten der photoempfindlichen Halbleiterdioden neue Anforderungen an die Leistungsfähigkeit und die Technologie dieser traditionellen Erzeugnisgruppe.The new areas of application develop contrary to the original tendency in fiber optic communication technology with regard to new areas of application in the visible and ultraviolet spectral range. Accordingly, new requirements for the performance and technology of this traditional product group arise from the new fields of application of photosensitive semiconductor diodes.
[003] Neben dem optischen Wirkungsgrad sind die spektrale Ausdehnung der Photoempfindlichkeit, das zeitliche Ansprechverhalten und die Temperaturempfindlichkeit der Photodioden sowie die Stabilität unter hohen optischen Anre- gungsdichten die wichtigsten Einsatzkenngrößen.
[004] Lichtempfindliche elektrische Bauelemente mit pn- ύbergang, bei denen durch die Erzeugung von Elektronen- Loch-Paaren durch den inneren Photoeffekt im Volumen oder in der Raumladungszone und ihre anschließende Trennung durch elektrische Felder ein Photostrom hervorgebracht wird, sind seit 1941 bekannt. Z. B. beschreibt die US-A 2,402,662 die Photoempfindlichkeit von Silizium hoher Reinheit und mit einer pn-Übergangszone im Volumen durch eine Spektralempfindlichkeit zwischen 0,5 und 1,3 μm und einen Peak bei 1,1 μm.In addition to the optical efficiency, the spectral expansion of the photosensitivity, the temporal response and the temperature sensitivity of the photodiodes as well as the stability under high optical excitation densities are the most important application parameters. [004] Photosensitive electrical components with a pn junction, in which a photocurrent is produced by the generation of electron-hole pairs by the internal photo effect in the volume or in the space charge zone and their subsequent separation by electrical fields, have been known since 1941. For example, US Pat. No. 2,402,662 describes the photosensitivity of silicon of high purity and with a pn transition zone in volume by means of a spectral sensitivity between 0.5 and 1.3 μm and a peak at 1.1 μm.
Die langwellige Grenze λ0G der Photoempfindlichkeit wird durch den Bandabstand EG des Halbleiters bestimmt (λ0G = 1,24/ EG) - Die kurzwellige Grenze ist demgegenüber durch den Teil der in den Halbleiter injizierten, oberflächlich nicht reflektierten, energiereicheren Photonen bestimmt, die nach ihrer Absorption schon einen Beitrag zum Photostrom liefern.The long-wave limit λ 0G of photosensitivity is determined by the bandgap E G of the semiconductor (λ 0G = 1.24 / E G ) - the short-wave limit, on the other hand, is determined by the part of the high- energy photons injected into the semiconductor that are not reflected on the surface, which already contribute to the photocurrent after their absorption.
[005] Der traditionelle Elementhalbleiter Silizium erfaßt einen sehr breiten photoempfindlichen Spektralbereich und die Absorption von Licht wächst mit zunehmender Energie allmählich und bei weitem nicht so steil wie bei den direkten Halbleitern, z.B. GaAs, (vgl. G.Stillman and CM. Wolfe, Semiconductors and Semimetals, 12 (1977), S.291- 393) . Die hohe IR-Empfindlichkeit der Si-Photodioden kann gewünscht oder unerwünscht sein. Die Alterung der Si-Photodioden bei Einwirkung hoher UV-Pegel ist ebenso nachteilig wie der begrenzte Arbeitstemperaturbereich und die starke Ungleichmaßigkeit der Empfindlichkeit bei verschiedenen Wellenlängen (T.C. Larason et al . „Spatial uniformity of responsivity for Si, GaN, Ge, InGaAs Photodiodes" in Metrologia, 35 (1998), S. 491-496).
Die Ausweitung und ebenso die Eingrenzung des Empfindlichkeitsbereiches der Photodioden sind zwei disj unkte Zielstellungen, die auf grundsätzlich ähnliche Weise beherrscht werden.The traditional element semiconductor silicon covers a very wide photosensitive spectral range and the absorption of light grows gradually with increasing energy and not nearly as steep as with direct semiconductors, for example GaAs, (see G.Stillman and CM. Wolfe, Semiconductors and Semimetals, 12 (1977), pp. 291-393). The high IR sensitivity of the Si photodiodes can be desirable or undesirable. The aging of the Si photodiodes when exposed to high UV levels is just as disadvantageous as the limited working temperature range and the strong non-uniformity of sensitivity at different wavelengths (TC Larason et al. "Spatial uniformity of responsivity for Si, GaN, Ge, InGaAs Photodiodes" in Metrologia, 35 (1998), pp. 491-496). The expansion and also the limitation of the sensitivity range of the photodiodes are two disjunctive objectives that are mastered in a fundamentally similar way.
Die eine Gebildestruktur stützt sich auf die Ergänzung des Halbleiters durch zusätzliche optische Teile von außen. Die andere Gebildestruktur greift auf die Modifizierung der Halbleiterstruktur in Form, Gestalt, Komposition und Kon- taktierung der beteiligten optisch aktiven Zonen zurück. Weitere Gebildestrukturen stützen sich vorrangig auf spezielle Betriebsbedingungen wie die Polarität und die Größe der elektrischen Vorspannung.One structure is based on supplementing the semiconductor with additional optical parts from the outside. The other structure uses the modification of the semiconductor structure in the form, shape, composition and contact of the optically active zones involved. Other structures are based primarily on special operating conditions such as the polarity and the size of the electrical bias.
[006] Wird ein fixierter Verlauf der spektralen Empfindlichkeit der Photodioden für den Einsatz z.B. in Belichtungsmessern der Fotoapparate angestrebt, ist die Diodenempfindlichkeit an die Empfindlichkeit des menschlichen Auges bzw. des Filmes anzupassen. Dafür werden dann optische Vorsätze vor der Diode genutzt. Nach DD-A 143 839 wird beispielsweise mit ausgewählten optischen Filtergläsern gearbeitet .Is a fixed course of the spectral sensitivity of the photodiodes for use e.g. The aim in exposure meters of the cameras is to adapt the diode sensitivity to the sensitivity of the human eye or the film. Optical attachments in front of the diode are then used for this. According to DD-A 143 839, for example, selected optical filter glasses are used.
[007] In UV-Wasser-Desinfektionsanlagen mit Hilfe von Hg- Niederdruck- oder Mitteldruckstrahlern werden als Überwachungseinheiten für die Messung der Bestrahlungsstärke Sensoren auf der Basis von SiC-Photodioden eingesetzt. Die benötigte Selektivität wird durch Schott-Kantenfilter WG 305 an die Erfordernisse angepaßt. (H. Hensel et al . in Zeit- schrift gwf Wasser Abwasser, Band 138 (1997) , Nr. 10, S.531-536) .
[008] Anstelle von Filtergläsern werden nach der DE-C 26 46 424 auch Filterformstoffe in Epoxidspritzpreß- oder -gieß- harze eingefügt, die eine schichtförmige Abdeckung oder Um- hüllung des strahlungsempfindlichen Halbleiters bilden. Mit der Wahl, Konzentration und Kombination der Pigmentfarbstoffe wird eine individuell zu ermittelnde Farbkorrektur der Empfindlichkeit des Photoempfängers vorgenommen. Diese Korrektur zielt darauf ab, den Fremdlichteinfall aus Wel- lenlängenbereichen unter 700 nm vom Halbleiter fernzuhalten und die sonst daraus resultierenden Störströme im Arbeitsbereich des Empfängers nahe der Emissionsbande von GaAs- Lichtemittern zu unterdrücken. Geeignete Mischungen für andere Nutzwellenlängen sind immer wieder neu zu komponieren.[007] In UV water disinfection systems using Hg low-pressure or medium-pressure lamps, sensors based on SiC photodiodes are used as monitoring units for measuring the irradiance. The selectivity required is adapted to the requirements by Schott edge filter WG 305. (H. Hensel et al. In the journal gwf Wasser Abwasser, Volume 138 (1997), No. 10, pp.531-536). Instead of filter glasses, according to DE-C 26 46 424, filter molded materials are also inserted into epoxy injection molding or casting resins, which form a layer-like covering or covering of the radiation-sensitive semiconductor. With the choice, concentration and combination of the pigment dyes, an individually determined color correction of the sensitivity of the photoreceptor is carried out. The aim of this correction is to keep the extraneous light incident from wavelength ranges below 700 nm away from the semiconductor and to suppress the interference currents that otherwise result in the working range of the receiver near the emission band of GaAs light emitters. Suitable mixtures for other useful wavelengths have to be composed again and again.
[009] Für den Nachweis und die Messung der Intensität vorzugsweise monochromatischer Strahlung werden nach der DD-A 158 198 pn- oder pin-Photodioden zur Vermeidung von Reflexionsverlusten für einen vorgegebenen Wellenlängenbereich zusätzlich mit einer Antireflexionsschicht und einer zugeschnittenen Interferenzschichtenfolge versehen. Eine Umstellung auf einen anderen Wellenlängenbereich gelingt mit der gleichen Schichtenfolge nicht.For the detection and measurement of the intensity, preferably monochromatic radiation, according to DD-A 158 198 pn or pin photodiodes are additionally provided with an antireflection layer and a tailored sequence of interference layers to avoid reflection losses for a predetermined wavelength range. Switching to another wavelength range is not possible with the same layer sequence.
[010] UV-lichtdurchlässige Filterschichten auf einer ersten Photodiode und UV-Licht undurchlässige Filterschichten auf einer lateral im gleichen Halbleiterkörper angeordneten zweiten Photodiode werden nach der CH-A 684971 benutzt, um einen UV-empfindlichen Sensor aufzubauen, der zur Flammen- Überwachung in Kontrollausrustungen von Verbrennungsanlagen oder UV-Lichtmeßgeräten eingesetzt werden kann.
[011] Eine aufwandsarme Bestimmung der spektralen Leis- tungsverteilung von Strahlungsquellen wie Laser- oder Lumineszenzdioden gelingt nach der DD-A 230 633 durch Zerlegung des Spektrums mit einem Dispersionselement und Abtastung des Spektrums mit einer Zeile von photoempfindlichen CCD- Elementen.UV-light-permeable filter layers on a first photodiode and UV-light-impermeable filter layers on a laterally arranged in the same semiconductor body second photodiode are used according to CH-A 684971 to build a UV-sensitive sensor that is used for flame monitoring in control equipment of incinerators or UV light measuring devices can be used. A low-effort determination of the spectral power distribution of radiation sources such as laser or luminescent diodes is possible according to DD-A 230 633 by decomposing the spectrum with a dispersion element and scanning the spectrum with a row of photosensitive CCD elements.
[012] Die Modifizierung der Gebildestruktur wurde auf verschiedene Weise versucht. Für die Erzielung einer schmalen Spektralempfindlichkeit und zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses bei pn-Übergangsphotodioden wurde in der US-A 3,506,830 die Dicke des absorbierenden Halbleiters aus GaAs variiert. Aufgrund einer großen Beweglichkeit und Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger und der geringen Dotierung (3xl016 at/cm3) in den Zonen beiderseits des pn-Übergangs und der Polung des pn-Übergangs in Sperrichtung mit ca. 2 Volt verschiebt sich die Peak-Wellenlänge λp von 896 nm bei 200 μm auf 901 nm bei 400μm und 905nm bei 800 μm bei gleicher Halbwertsbreite Δλ von 200nm nur um wenige nm.Modification of the structure of the structure has been attempted in various ways. In order to achieve a narrow spectral sensitivity and to improve the signal-to-noise ratio in pn-transition photodiodes, the thickness of the GaAs absorbing semiconductor was varied in US Pat. No. 3,506,830. Due to the large mobility and diffusion length of the minority charge carriers and the low doping (3xl0 16 at / cm 3 ) in the zones on both sides of the pn junction and the polarity of the pn junction in the reverse direction with approx. 2 volts, the peak wavelength λ p shifts from 896 nm at 200 μm to 901 nm at 400 μm and 905 nm at 800 μm with the same half width Δλ of 200 nm only by a few nm.
[013] Für den Fall, daß die in einem begrenzten Ortsbereich einer Photodiode auftretende Lichtabsorption zu klein ist, kann diese nach der DE-C 32 05461 auf der Lichteintritt- seite und der gegenüberliegenden Seite mit Reflektoren versehen werden, so daß in einem vorgegebenen Wellenlängenbereich eine Resonatorstruktur entsteht.In the event that the light absorption occurring in a limited local area of a photodiode is too small, it can be provided according to DE-C 32 05461 on the light entry side and on the opposite side with reflectors, so that in a predetermined wavelength range a resonator structure is created.
[014] Ein erhöhter Wirkungsgrad im Bereich der Augenemp- findlichkeit wurde nach der SU-B 1.123.069 dadurch erreicht, daß auf ein GaAs zuerst eine leicht graduierte Al- GaAs-Schicht und darauf eine wesentlich breitbandige AlGaAs-Fensterschicht epitaxiert wurde. Diese Fensterschicht auf der Lichteintrittseite gewährleistet aufgrund
ihres Bandabstandes von bis zu 2,9 eV eine einheitliche Erweiterung der spektralen Empfindlichkeit in Richtung der kurzwelligen Kante. Auf die Steilheit der langwelligen Kante der Empfindlichkeit kann nach dieser Patentschrift durch den Gradienten des Bandabstandes (in eV/cm) in der von der Raumladungszone erfaßten Region Einfluß genommen werden.[014] An increased efficiency in the area of eye sensitivity was achieved according to SU-B 1.123.069 by first epitaxing a slightly graduated Al-GaAs layer on a GaAs and then a substantially broadband AlGaAs window layer. This window layer on the light entry side ensures due their bandgap of up to 2.9 eV, a uniform expansion of the spectral sensitivity in the direction of the short-wave edge. According to this patent specification, the steepness of the long-wave edge of the sensitivity can be influenced by the gradient of the bandgap (in eV / cm) in the region covered by the space charge zone.
[015] Um die über die gleiche Glasfaser übertragenen Sig- nalgruppen unterschiedlicher Wellenlänge ohne den Aufwand über eine empfindliche Faser-Filter-Photodioden-Kombinationen trennen zu können, wurde in der GB-C 2.030.359 die Stapelanordnung einer nip-InP-InGaAsP-Photodiode und einer nachgeschalteten pin-InGaAsP-InP-Photodiode vorgeschlagen. Die Absorptionsschicht in der ersten Photodiode besitzt eine Bandlücke von l,14eV und die zweite einen von 0,89eV. Während der p-Kontakt von beiden Dioden genutzt wird, sind die n-Kontakte diodenindividuell. Die selektive Empfindlichkeit der ersten Diode liegt mit einer Halbwertsbreite von 190nm bei 1020nm. Die zweite Diode hat eine Halbwertsbreite von 230nm und ihre höchste Empfindlichkeit bei 1215nm. Dadurch sollen die Signale bei 1,1μm und l,3μm gleichzeitig übertragen, dann aber separiert werden können.[015] In order to be able to separate the signal groups of different wavelengths transmitted via the same glass fiber without the effort using a sensitive fiber-filter-photodiode combination, the stack arrangement of a nip-InP-InGaAsP was described in GB-C 2.030.359. Proposed photodiode and a downstream pin-InGaAsP-InP photodiode. The absorption layer in the first photodiode has a band gap of 1.14 eV and the second one of 0.89 eV. While the p-contact is used by both diodes, the n-contacts are diode-specific. The selective sensitivity of the first diode with a half width of 190 nm is 1020 nm. The second diode has a half width of 230nm and its highest sensitivity at 1215nm. As a result, the signals at 1.1μm and 1.3μm should be transmitted simultaneously, but then be separated.
[016] Eine Erweiterung des spektralen Analysebereiches vom UV bis zum IR ohne eine separate spektrale Zerlegung wurde in der DD-A 292 771 durch einen halbleitenden Mehrschichtsensor erreicht. Strahlungsempfindliche Schichten , deren Dicke in Einfallsrichtung zunehmen, sind durch Potential- barrieren voneinander getrennt und werden mit unterschiedlichen Potentialen beauflagt .
[017] In der EP-A 0 901 170 ist ein wellenlängenselektives Photodiodenmodul für die Faserübertragung von Signalen für Medien wie Telephonie, Fax oder Fernsehbild vorgeschlagen worden, das auf Wellenlängen um l,3μm und von 1,5 bis 1,6 μm anspricht. Es soll einen bilateralen Betrieb und eine simultane Übertragung auf einer Faser zulassen. Der bilaterale Betrieb über die Faser stützt sich auf die eine wellenlängenselektive Strahlteiler- und Strahlverknüpferfunk- tion (Wavelength division and combination multiplexer - WDM) , durch die l,3μm- und 1, 55μm-Signale mit Hilfe von speziellen Spiegeln getrennt wurden. Da diese Spiegel die Photomodule aufwendig und unhandlich machen, sollten die Photodiodenmodule vereinfacht werden.An expansion of the spectral analysis range from UV to IR without a separate spectral decomposition was achieved in DD-A 292 771 by a semiconducting multilayer sensor. Radiation-sensitive layers, the thickness of which increases in the direction of incidence, are separated from one another by potential barriers and are exposed to different potentials. EP-A 0 901 170 has proposed a wavelength-selective photodiode module for fiber transmission of signals for media such as telephony, fax or television picture, which responds to wavelengths around 1.3 μm and from 1.5 to 1.6 μm. It should allow bilateral operation and simultaneous transmission on one fiber. The bilateral operation via the fiber is based on a wavelength-selective beam splitter and beam splitter function (Wavelength division and combination multiplexer - WDM), by which 1,3 and 1,55μm signals were separated with the help of special mirrors. Since these mirrors make the photomodules complex and unwieldy, the photodiode modules should be simplified.
[018] Nach der EP-A 0 901 170, Seite 4, Spalte 5, Absatz 0023 wird davon Gebrauch gemacht, daß ein Halbleiter ausreichender Dicke alles Licht absorbieren kann, dessen Photonenenergie größer ist als sein Bandabstand. So ist aus der Veröffentlichung von T.P. Pearsell und M. Papuchon, „The GaO .47In0.53As Homojunction- Photodiode - a new avalanche photodetector in the near infrared between 1,0 und 1,6 μm" in Appl . Physics Letters, Vol. 33 (1978), H.7, S. 640 - 642 bekannt, daß optische Signale, die nicht über die epitaxial beschichtet Oberfläche, sondern über das InP- Substratfenster eingespeist werden, einen kurzwellig beschnittenen Verlauf der Spektralempfindlichkeit aufweisen.According to EP-A 0 901 170, page 4, column 5, paragraph 0023 use is made of the fact that a semiconductor of sufficient thickness can absorb all light whose photon energy is greater than its band gap. So from the publication of T.P. Pearsell and M. Papuchon, "The GaO .47In0.53As Homojunction- Photodiode - a new avalanche photodetector in the near infrared between 1.0 and 1.6 μm" in Appl. Physics Letters, Vol. 33 (1978), H. 7, pp. 640-642, it is known that optical signals which are fed in not via the epitaxially coated surface, but rather via the InP substrate window, have a short-wave cut course of the spectral sensitivity.
[019] Die EP-A 0 910 170 nutzt den im InP-Substrat und/oder in einer substratseitig aufgezogenen InGaAsP- Schicht inne- wohnenden Transmittanz-Einsatz für die Trennung benachbarter Wellenlängenbereiche. Dadurch kommt der Photomodul mit weniger Teilen, geringerem Raum und niedrigeren Kosten aus, ist aber konstruktiv wegen der Intrinsic-Eigenschaften der Rückseiteneinkopplung des Signals technisch eingeschränkt.
Die Länge des Laufweges und die Gefahr der Vielfachreflexion der Photonen des optischen Signals im dicken Substrat sowie die Diffusion oder Drift der im Substrat oder der substratnahen InGaAsP-Schicht optisch generierten Ladungs- träger in die eigentliche photoempfindliche Schicht der Photodiode schwächen die Selektivität der Spektralempfindlichkeit, vor allem die Schnelligkeit des zeitlichen An- sprechens . Durch verzögertes Einwandern von Ladungsträgern, die außerhalb des pn-Übergang und der von ihm ausgehenden Raumladungszone entstanden sind, folgen die Flanken der Stromimpulse der Diode nicht echtzeitig den Flanken der Impulse des optischen Signals. Die Bandbreite der Übertra- gungsstrecke ist kleiner, als bei den sonst üblichen Bur- rus-Strukturen mit dem freigeätzten Substratfenster.[019] EP-A 0 910 170 uses the transmittance insert inherent in the InP substrate and / or in an InGaAsP layer grown on the substrate side for the separation of adjacent wavelength ranges. As a result, the photomodule manages with fewer parts, less space and lower costs, but is technically limited due to the intrinsic properties of the rear coupling of the signal. The length of the path and the risk of multiple reflection of the photons of the optical signal in the thick substrate and the diffusion or drift of the charge carriers generated optically in the substrate or in the InGaAsP layer close to the substrate into the actual photosensitive layer of the photodiode weaken the selectivity of the spectral sensitivity above all the speed of the time response. Due to the delayed migration of charge carriers that have arisen outside the pn junction and the space charge zone emanating from it, the edges of the current pulses of the diode do not follow the edges of the pulses of the optical signal in real time. The bandwidth of the transmission path is smaller than with the otherwise usual Burus structures with the etched-out substrate window.
[020] Weitere Möglichkeiten zur Beeinflussung der Empfindlichkeit stützen sich auf die geeignete Beauflagung der aktiven Zonen der Photodiode mit definierten elektrischen Potentialen bzw. Potentialdifferenzen.[020] Further options for influencing the sensitivity are based on the suitable application of defined electrical potentials or potential differences to the active zones of the photodiode.
[021] Die Ausnutzung der Betriebsbedingungen der Photodioden zur Vereinfachung der peripheren Elektronik und des leichteren Einbaus in integrierte Schaltungen wurde mit optoelektronischen Schaltern nach der GB-C 2.078.440 ver- sucht . Die auf zwei Oberflächen kontaktierte und über beide Flächen belichtbare Photodiode enthält auf einem n-leitenden InP-Substrat eine 2μm dicke p-leitende InP-Schicht, an die sich eine 2μm dicke, schmalbandigere InGaAs-Schicht anschließt. Bei kleinen Sperrspannungen zwischen 0 und 15 V wird die Raumladungszone nicht bis in den Hetero-Übergang p-InP-p- InGaAs ausgedehnt. Die im InGaAs absorbierten Photonen und die dabei entstandenen Elektronen-Loch-Paare werden in der elektrischen Schaltung nicht wahrgenommen und die Photodiode ist abgeschaltet. Bei höherer äußerer Span-
nung zwischen 20 und 80V füllt die Raumladungszone die gesamte absorbierende InGaAs-Schicht aus und die generierten Ladungsträgerpaare werden getrennt und direkt oder durch den HeteroÜbergang zum nächsten Kontakt geführt.The use of the operating conditions of the photodiodes to simplify the peripheral electronics and the easier installation in integrated circuits was attempted using optoelectronic switches in accordance with GB-C 2.078.440. The photodiode, which is contacted on two surfaces and can be exposed over both surfaces, contains a 2μm thick p-type InP layer on an n-type InP substrate, followed by a 2μm-thick, narrow-band InGaAs layer. With small reverse voltages between 0 and 15 V, the space charge zone is not extended into the heterojunction p-InP-p-InGaAs. The photons absorbed in the InGaAs and the resulting electron-hole pairs are not perceived in the electrical circuit and the photodiode is switched off. With higher external chip Between 20 and 80V, the space charge zone fills the entire absorbent InGaAs layer and the generated charge carrier pairs are separated and led directly or through the heterojunction to the next contact.
[022] Zur Spektralanalyse der Zusammensetzung des Lichtes in Meßgeräten physikalischer oder chemischer Größen wird nach der DE-A 32 21 335 eine Photodiode in GaAs-AlGaAs- Technologie genutzt. Auf einem n-dotierten Substrat befinden sich eine n-dotierte AlGaAs-Schicht , eine dünne schwach p-leitende AlGaAs-Schicht und eine p-dotierte GaAs-Schicht . Auf der Lichteintrittsseite ist die n-GaAs-Schicht bis hin zur n-AlGaAs-Schicht entfernt. Bei kleinen Vorspannungen wird nur der energiereichere im AlGaAs absorbierte Teil des Spektrums erfaßt und erst bei größeren Spannungen auch der im p-GaAs absorbierte energieärmere Teil. Aus dem mit einer elektronischen Schaltung bestimmten Quotienten der Intensitäten bei den beiden unterschiedlichen Vorspannungen wird das Maß für die Lage des Spektrums gewonnen.According to DE-A 32 21 335, a photodiode in GaAs-AlGaAs technology is used for spectral analysis of the composition of the light in measuring devices of physical or chemical sizes. An n-doped AlGaAs layer, a thin weakly p-conducting AlGaAs layer and a p-doped GaAs layer are located on an n-doped substrate. On the light entry side, the n-GaAs layer up to the n-AlGaAs layer is removed. At low bias voltages, only the higher-energy part of the spectrum absorbed in the AlGaAs is recorded and only at higher voltages also the lower-energy part absorbed in the p-GaAs. The measure for the position of the spectrum is obtained from the quotient of the intensities at the two different bias voltages determined with an electronic circuit.
[023] Beim Betrieb der Spektrometerdiode nach der DE-A 37 36 203 wird durch Modulation der Sperrspannung die Wellenlängenempfindlichkeit der im Bereich mit stetig geändertem Bandabstand liegenden Dioden periodisch geändert.When operating the spectrometer diode according to DE-A 37 36 203, the wavelength sensitivity of the diodes lying in the region with a constantly changing band gap is changed periodically by modulating the reverse voltage.
[024] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Photodiode aus ternaren oder quaternaren III-V-Mischverbindungen zu schaffen, die in einem frei wählbaren, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich sehr schmalbandig empfindlich ist, eine hohe Gleichmäßigkeit über die aktive Fläche besitzt und die dazu notwendigen Mittel monolithisch integriert im Halbleiterkörper aufweist, mit massenproduktions- tauglichen Technologien der Diodenfertigung verträglich ist und weder auf spezielle externe optische Vorsätze noch auf besonders optimierte Betriebsschaltungen oder Spannungs- modulation zurückgreifen muß.
[025] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche .The invention has for its object to provide a photodiode made of ternary or quaternary III-V mixed compounds, which is very narrow-band sensitive in a freely selectable, visible or infrared spectral range, has a high uniformity over the active area and that has the necessary means monolithically integrated in the semiconductor body, is compatible with mass production-compatible technologies for diode production and does not have to resort to special external optical attachments or particularly optimized operating circuits or voltage modulation. According to the invention the object is achieved by the features of claim 1. Appropriate configurations are the subject of the subclaims.
[026] Danach stoßen zur Festlegung der Empfindlichkeits- grenzen hinsichtlich der erfaßbaren Photonenenergie eine photoelektrisch aktive Schicht und ihre Schichtlagen auf ihren beiden Oberflächenseiten an Schichten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung an. Auf der bestrahlten Seite der photoelektrisch aktiven Schicht ist eine photoelektrische Sperrfilterschicht für kurzwelligere Strahlung aus monolithisch integriertem Halbleitermaterial gebildet, deren Energiebandlücke (EGA(x)) über mindestens zwei Komponenten der III-V-Mischverbindung eingestellt ist und einen größeren Wert als die Energiebandlücke (EGB(X)) in den direkt anschließenden Schicht - lagen des benachbarten Halbleitermaterials der photoelektrisch aktiven Schicht auf eist. Die hierselbst optisch generierten Minoritätsladungsträger werden durch die Ges- taltung des räumlichen Verlaufs der Energiebandstruktur sowie der Ausdehnung der Sperrfilterschicht in Verbindung mit einem geeigneten Dotierungsprofil daran gehindert, die benachbarte photoelektrisch aktive Schicht zu erreichen. An die Sperrfilterschicht schließt nach einem pn-Übergang die photoelektrisch aktive Schicht an, deren Halbleitermaterial durch eine große Di fusionslänge der optisch generierten Minoritätsladungsträger ausgezeichnet und im Betrieb von einer Raumladungszone erfaßt ist . Die photoelektrisch aktive Schicht ist durch einen Hetero- Übergang zwischen einem Substrat oder einer über dem Substrat liegenden Pufferschicht und der photoelektrisch aktiven Schicht mit einer eine Zugangsbarriere (ΔB) für Minoritatstrager aus dem Substrat bildenden Banddiskontinuität im Verlauf des zugehörigen Energiebandes beweglicher Mino-
ritätsträger abgeschlossen, in deren Folge keine Minoritätsladungsträger aus dem Substrat oder der Pufferschicht in die photoelektrisch aktive Schicht gelangen können.[026] Then, in order to determine the sensitivity limits with regard to the detectable photon energy, a photoelectrically active layer and its layer layers on its two surface sides abut against layers of different chemical composition. On the irradiated side of the photoelectrically active layer, a photoelectric blocking filter layer for short-wave radiation is formed from monolithically integrated semiconductor material, the energy band gap (E GA (x)) of which is set via at least two components of the III-V mixed connection and a greater value than the energy band gap ( E G B (X)) in the directly adjacent layer layers of the adjacent semiconductor material of the photoelectrically active layer on ice. The minority charge carriers generated optically here are prevented by the design of the spatial profile of the energy band structure and the expansion of the barrier filter layer in connection with a suitable doping profile from reaching the adjacent photoelectrically active layer. After a pn junction, the blocking filter layer is followed by the photoelectrically active layer, the semiconductor material of which is distinguished by a large diffusion length of the optically generated minority charge carriers and is detected in operation by a space charge zone. The photoelectrically active layer is formed by a heterojunction between a substrate or a buffer layer lying above the substrate and the photoelectrically active layer with a band discontinuity forming a barrier to access (ΔB) for minority carriers from the substrate in the course of the associated energy band of movable mino- rity carriers completed, as a result of which no minority charge carriers from the substrate or the buffer layer can get into the photoelectrically active layer.
[027] Die erfindungsgemäße Photodiode basiert auf einem Wirkprinzip zur bewußten Kontrolle der Minoritätsladungsträger in den verschiedenen Funktionszonen des Halbleiter- kδrpers und einer daraus resultierenden Festlegung der Empfindlichkeitsgrenzen hinsichtlich der erfaßbaren Photo- nenenergie und der Effektivität ihrer Wandlung. Im Halbleiterkörper der Photodiode ist ein Stapel von mindestens drei Funktionszonen enthalten, die schichtweise übereinander liegen und in Lichteinfallrichtung aus einer Sperrfilterschicht, einer photoelektrisch aktiven Schicht und einem massiven photoelektrisch passiven Grundkörper aus der herkömmlich tragenden Halbleiterunterlage oder einer Halbleiterunterlage und einem darüber liegenden Gitteranpas- sungspuffer bestehen. In dem hinsichtlich der Minoritätsladungsträger kontrol- lierten Diodenkörper springt die Lebensdauer der Mino- ritätsladungsträger entlang des Lichteinfallweges beim Übergang von der ersten Funktionszone - der Sperrfilterschicht - zur zweiten Funktionszone, der photoelektrisch aktiven Schicht, etwa um eine Größenordnung, ggf . auch um wesentlich mehr.The photodiode according to the invention is based on an operating principle for deliberately controlling the minority charge carriers in the different functional zones of the semiconductor body and a resultant determination of the sensitivity limits with regard to the detectable photon energy and the effectiveness of its conversion. The semiconductor body of the photodiode contains a stack of at least three functional zones, which lie one above the other in layers and, in the direction of light incidence, consist of a barrier filter layer, a photoelectrically active layer and a solid photoelectrically passive base body consisting of the conventionally load-bearing semiconductor base or a semiconductor base and an overlying lattice adjustment buffer , In the diode body controlled with respect to the minority charge carriers, the service life of the minority charge carriers jumps along the light incidence path during the transition from the first functional zone - the barrier filter layer - to the second functional zone, the photoelectrically active layer, by about an order of magnitude if necessary. also much more.
[028] Erfolgsverbürgend für eine steile kurzwellige Grenze der spektralen Photoempfindlichkeit der Photodiode ist, daß die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger in der Sperrfilterschicht deutlich geringer gehalten ist als dieSuccessful for a steep short-wave limit of the spectral photosensitivity of the photodiode is that the diffusion length of the minority charge carriers in the barrier filter layer is kept significantly less than that
Dicke dieser Schicht .
[029] Für die Kontrolle der Diffusionslänge in der Sperrfilterschicht kann der x-Wert in der AxBι_xC-Verbindung oder der ACX_X Dx -Verbindung genutzt werden. In der AlxGa._xAs- Verbindung ist dies der Aluminiumanteil, in der Inι_xGaxAs- Verbindung ist es der Gallium-Anteil und in der GaAsι_x.Px- Verbindung der Phosphoranteil .Thickness of this layer. For the control of the diffusion length in the barrier filter layer, the x value in the A x B ι _ x C connection or the AC X _ X D x connection can be used. In the Al x Ga . _ x As connection this is the aluminum portion, in the In ι _ x Ga x As connection it is the gallium portion and in the GaAs ι _ x .P x connection the phosphorus portion.
[030] Als weiteres, von dem x-Wert unabhängiges Kontrollmittel kann auch die Art des Dotanden und die Höhe seiner Dotierung in dieser Schicht genutzt werden. Vorzugsweise wird eine die Leitfähigkeit beeinflussende Fremdatomart gewählt und in der Leitart an die der Sperrfilterschicht angepaßt. Es lassen sich aber auch isoelektronische Störstellen oder andere elektronisch neutrale Fremdatome einsetzenThe type of dopant and the amount of its doping in this layer can also be used as a further control means independent of the x value. A type of foreign atom influencing the conductivity is preferably selected and the type of conductivity is adapted to that of the barrier filter layer. However, isoelectronic impurities or other electronically neutral foreign atoms can also be used
[031] Verstärken läßt sich der Effekt der Sperrfilterschicht auch durch eine Deckschicht mit hoher Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit .The effect of the barrier filter layer can also be enhanced by a cover layer with a high surface recombination rate.
[032] Zur kurzwelligen Begrenzung der Empfindlichkeit wird ein optoelektronisches Sperrfilter angewendet, das als monolithisch integriertes, schichtförmiges, halbleitendes optisches Absorptionsfenster für einen gewählten Wellenlängenbereich auf der Lichteintrittsseite der Photodiode ange- bracht ist. Dieses Sperrfilter besitzt unter allen elektrischen Betriebsbedingungen der Photodiode über die Dicke seiner Filterschicht ein nahezu einheitliches oder nur geringfügig in Richtung des Lichteintritts variiertes elektrischen Potential. Trennende elektrische Driftfelder werden von den dort selbst durch inneren Photoeffekt entstandenen Ladungsträgerpaaren bewußt ferngehalten.
[033] Die in dieser Schicht durch Photoeffekt entstandenen und nahezu ortsfest bleibenden Ladungsträgerpaare verschwinden hier durch sofortige strahlungslose Rekombination. Die Leitart der halbleitenden Sperrfilterschicht wird den Realisierungsmöglichkeiten für Äquipotentialbedingungen in der Schicht und für eine kleine Diffusionslänge in der Schicht untergeordnet.[032] To limit the short-wave sensitivity, an optoelectronic blocking filter is used, which is attached as a monolithically integrated, layer-shaped, semiconducting optical absorption window for a selected wavelength range on the light entry side of the photodiode. Under all electrical operating conditions of the photodiode, this blocking filter has an almost uniform electrical potential or only slightly varied in the direction of the light entry over the thickness of its filter layer. Separating electrical drift fields are deliberately kept away from the charge carrier pairs that are created by the internal photo effect. [033] The charge carrier pairs which have arisen in this layer and remain almost stationary in this layer disappear here through immediate radiationless recombination. The type of conductance of the semiconducting barrier filter layer is subordinated to the implementation options for equipotential conditions in the layer and for a small diffusion length in the layer.
[034] Ein Leitartwechsel findet im Halbleiterkörper der Photodiode zwischen der Sperrfilterschicht und der photoelektrisch aktiven Absorptionszone statt.A change of control type takes place in the semiconductor body of the photodiode between the barrier filter layer and the photoelectrically active absorption zone.
[035] Zur Abwendung des Einflusses der hohen Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit in Bereichen neben dem pn-Über- gang auf den Sättigungssperrstrom wird die Deckschicht hoher Oberflächenrekombination nach einer Variante der Erfindung ringförmig um den pn-Übergang unterbrochen. Dazu tragen sowohl grubenartige Ausätzungen, als auch diffundierte Schutzringe gegen Querströme an der Oberfläche bei.To avoid the influence of the high surface recombination speed in areas next to the pn junction on the saturation blocking current, the top layer of high surface recombination is interrupted in a ring around the pn junction according to a variant of the invention. Both pit-like etching and diffused protective rings against cross currents on the surface contribute to this.
[036] Zur Erhöhung des Wirkungsgrades im Empfindlichkeitsbereich der Photodiode ist die Lichteintrittsfläche über dem Sperrfilter zweckmäßig mit einer Antireflexionsschicht bedeckt, die speziell auf die Mittenwellenlänge der Photo- empfindlichkeit abgestimmt sein sollte.To increase the efficiency in the sensitivity range of the photodiode, the light entry surface above the blocking filter is expediently covered with an antireflection layer, which should be matched specifically to the center wavelength of the photosensitivity.
[037] Da die Minoritätsträgerlebensdauer in p-dotierten LPE-GaAs/AlGaAs-Strukturen auf (100) -orientierten n-leiten- den GaAs-Substraten nach Untersuchungen von J.P. Bergman et al . , veröffentlicht in der Zeitschrift Journal Applied Physics 78(1995) Heft 10, Seite 4808-4810 stark von der Temperatur abhängt, ist besonders auf die TemperaturStabilität der kurzwelligen Flanke des wellenlängenselektiven Sensors zu achten. Wenn, wie bei Bergman gezeigt, die Le-
bensdauer der Minoritätsladungsträger im Arbeitstemperatur- bereich monoton um den Faktor 3 - 10 steigt, könnte die Selektivität der Empfindlichkeit der Photodiode verschlechtert und die Halbwertsbreite Δλ sowie die Lage der Mitten- Wellenlänge λ verschoben werden.Since the minority carrier lifetime in p-doped LPE GaAs / AlGaAs structures on (100) -oriented n-type GaAs substrates according to studies by JP Bergman et al. , published in the journal Journal Applied Physics 78 (1995) Issue 10, pages 4808-4810 strongly depends on the temperature, special attention must be paid to the temperature stability of the short-wave flank of the wavelength-selective sensor. If, as shown by Bergman, the Le- If the lifetime of the minority charge carriers increases monotonically by a factor of 3 - 10 in the working temperature range, the selectivity of the sensitivity of the photodiode could deteriorate and the half width Δλ and the position of the center wavelength λ could be shifted.
[038] Die Erfindung soll anschließend anhand von zwei Aus- führungsbeispielen näher beschrieben werden. Dabei zeigenThe invention is then to be described in more detail with reference to two exemplary embodiments. Show
Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau der Funktionselemente eines wellenlängenselektiven Sensors aus einer schmalbandigen pin-AlGaAs- Photodiode,1 shows the basic structure of the functional elements of a wavelength-selective sensor from a narrow-band pin AlGaAs photodiode,
Fig. 2 die Variation des Bandabstandes entlang des Licht - weges im Halbleiterkörper,2 shows the variation of the band gap along the light path in the semiconductor body,
Fig. 3 das Energiebandschema und die Reichweite der Photonen unterschiedlicher Energie in der Photodiode,3 shows the energy band diagram and the range of the photons of different energy in the photodiode,
Fig. 4 das Dotierungsprofil im Halbleiterkörper der Photodiode,4 shows the doping profile in the semiconductor body of the photodiode,
Fig. 5 die absolute spektrale Photoempfindlichkeit einer p+ p n" n-AlxGaι_xAs-Photodiode bei Raumtemperatur,5 shows the absolute spectral photosensitivity of a p + pn " n-Al x Gaι_ x As photodiode at room temperature,
Fig. 6 die Abhängigkeit der photoelektrischen Eigenschaften von der Temperatur, a.) Photostrom bei fester Vorspannung, b.) Wellenlängenselektivität,6 shows the dependence of the photoelectric properties on the temperature, a.) Photocurrent with a fixed bias, b.) Wavelength selectivity,
Fig. 7 a) die Variation des Bandabstandes entlang desFig. 7 a) the variation of the band gap along the
Lichtweges im Halbleiterkörper, b)das Dotierungsprofil im Halbleiterkδrper der Photodiode undLight path in the semiconductor body, b) the doping profile in the semiconductor body of the photodiode and
Fig. 8 den Mesa-Aufbau eines wellenlängenselektiven Sen- sors aus einer GalnAsP-Photodiode .
1. Ausführungsbeispiel8 shows the mesa structure of a wavelength-selective sensor made of a GalnAsP photodiode. 1st embodiment
[039] Figur 1 zeigt einen Grundaufbau einer erfindungsgemäßen Photodiode. Auf einem einheitlich leitenden ein- kristallinen n-leitenden Substrat 1 aus einem binären Ver- bindungshalbleiter mit ausgewählter Orientierung wird mit Hilfe der Flüssigphasenepitaxie eine mehrschichtige Struktur abgeschieden. Zunächst wird zweckmäßigerweise eine dünne strukturanpassende Pufferschicht 2 aus Halbleiterma- terial gleicher Leitart gebildet, in dem die Dotierung noch ein erhöhtes Konzentrationsniveau aufweist. Diese Puffer- schicht 2 ist jedoch für die Funktion der erfindungsgemäßen Photodiode nicht zwingend erforderlich. Beim folgenden Schichtwachstum wird die weiter zu beschichtende Seite der Scheibe mit einer flüssigen Phase benetzt, der ein Element der dritten oder fünften Gruppe des Periodensystems hinzugefügt ist, das den Bandabstand in der Schicht gegenüber dem Bandabstand EGS des Substrats 1 um mehrere Zehntel eV erhöht und so einen Sprung 10 im Bandabstand bewirkt (Figur 2) . Dabei ist darauf zu achten, daß die zu bildende photoelektrisch aktive Schicht 3 nach dem deutlichen Sprung 10 in der Bandlücke EGB(x) bei x=dE bald in eine Schicht mit einem abnehmenden Gradienten der Bandlücke übergeht (Figur 2). Der Gradientenbereich der Bandlücke EGB(x) reicht von x=dA bis x=dE und hat beispielsweise einen mittleren Wert von 5 x 10"3 eV/μm. Die photoelektrisch aktive Schicht 3 hat eine Dicke dE - dA von beispielsweise 5μm und wird nur ganz schwach dotiert .Figure 1 shows a basic structure of a photodiode according to the invention. A multilayer structure is deposited on a uniformly conductive single-crystalline n-conductive substrate 1 made of a binary compound semiconductor with selected orientation using liquid phase epitaxy. First of all, a thin structure-adapting buffer layer 2 is expediently formed from semiconductor material of the same conductivity type, in which the doping still has an increased concentration level. However, this buffer layer 2 is not absolutely necessary for the function of the photodiode according to the invention. In the subsequent layer growth, the side of the disk to be coated is wetted with a liquid phase, to which an element of the third or fifth group of the periodic table is added, which increases the band gap in the layer by several tenths of an eV compared to the band gap E GS of the substrate 1 and thus causes a jump 10 in the band gap (FIG. 2). It is important to ensure that the photoelectrically active layer 3 to be formed soon changes into a layer with a decreasing gradient of the band gap after the significant jump 10 in the band gap E GB (x) at x = d E (FIG. 2). The gradient range of the band gap E GB (x) ranges from x = d A to x = d E and has, for example, an average value of 5 x 10 "3 eV / μm. The photoelectrically active layer 3 has a thickness d E - d A of for example 5μm and is only very weakly doped.
[040] Nun wird eine weitere Verbindungshalbeiterschicht abgeschieden, die eine Filterfunktion im doppelten Sinne übernehmen soll. Diese Sperrfilterschicht 4 wächst zunächst wieder mit einem Bandabstandssprung 9 von beispielsweise 0,15 eV gegenüber der photoelektrisch aktiven Schicht 3.
Mit zunehmender Schichtdicke sinkt auch hier der Bandabstand mit einem mittleren Gradienten von 7,5 x 10~3 eV/μm. Die Sperrfilterschicht 4 ist über die gesamte Dicke mit einer hohen Akzeptorkonzentration versehen. Die p-leitende Sperrfilterschicht 4 ist 5 - 10 μm dick und bildet das Fenster für den Lichteintritt in die Photodiode. In der Sperrfilterschicht 4 wird der große Teil der energiereichen Photonen absorbiert und in Elektronen-Loch-Paare gewandelt. Ein Teil der Sperrfilterschicht 4 ist als hochdotierte Deckschicht 5 ausgebildet.A further compound semiconductor layer is now deposited, which is intended to perform a filter function in a double sense. This barrier filter layer 4 initially grows again with a bandgap jump 9 of, for example, 0.15 eV compared to the photoelectrically active layer 3. With increasing layer thickness, the band gap also decreases here with an average gradient of 7.5 x 10 ~ 3 eV / μm. The barrier filter layer 4 is provided with a high acceptor concentration over the entire thickness. The p-type barrier filter layer 4 is 5 - 10 μm thick and forms the window for the light to enter the photodiode. The large part of the high-energy photons is absorbed in the barrier filter layer 4 and converted into electron-hole pairs. Part of the barrier filter layer 4 is designed as a highly doped cover layer 5.
[041] Über der Sperrfilterschicht 4 ist eine optisch angepaßte Dünnschicht gezogen, die aus A1203 besteht und die Funktion einer Entspiegelungsschicht 6 gegen Reflexionsver- luste im gewünschten Wellenlängenbereich übernimmt . Die einfallende Strahlung dringt in die Photodiode über die Entspiegelungsschicht 6 auf der Frontseite mit ihrer gesamten Bandbreite (Bandabstand EGE) ein. Die Signale passieren dabei einen Frontkontakt 7. Der Frontkontakt 7 und ein Rückkontakt 8 dienen der elektrischen Vorspannung der Photodiode in Sperrichtung und der Abnahme des Photostroms bei Beleuchtung.[041] An optically adapted thin layer is made over the blocking filter layer 4, which layer consists of A1 2 0 3 and takes over the function of an anti-reflective layer 6 against reflection losses in the desired wavelength range. The incident radiation penetrates into the photodiode via the anti-reflective coating 6 on the front with its entire bandwidth (band gap E GE ). The signals pass through a front contact 7. The front contact 7 and a back contact 8 serve to bias the photodiode in the reverse direction and to decrease the photocurrent when illuminated.
[042] Figur 2 zeigt die Ortsabhängigkeit des Bandabstandes entlang des Lichtweges x durch die Entspiegelungsschicht 6 aus A1203, durch die Sperrfilterschicht 4 mit der Lücke EGA(x) sowie durch die photoelektrisch aktive Schicht 3 mit der Lücke EGB(x) bis in die Pufferschicht 2 und das Substrat 1 mit der Energielücke EGS (x) .FIG. 2 shows the spatial dependence of the band gap along the light path x through the anti-reflective layer 6 from A1 2 0 3 , through the barrier filter layer 4 with the gap E GA (x) and through the photoelectrically active layer 3 with the gap E GB (x ) into the buffer layer 2 and the substrate 1 with the energy gap E GS (x).
[043] Figur 4 zeigt das Profil der Dotierungskonzentration durch den Schichtaufbau des erfindungsgemäßen Beispiels. Der Profilteil 11 stellt die Dotierung im p-leitenden Gebiet dar. Der Profilteil 12 betrifft die Dotierung im n- leitenden Gebiet .
[044] In Figur 3 sind die photoelektronische und die elektronische Wirkungsweise an einer AlGaAs-Photodiode dargestellt.[043] FIG. 4 shows the profile of the doping concentration through the layer structure of the example according to the invention. The profile part 11 represents the doping in the p-type region. The profile part 12 relates to the doping in the n-type region. [044] FIG. 3 shows the photoelectronic and electronic mode of operation on an AlGaAs photodiode.
Das sehr langwellige optische Signal λ(C) repräsentiert hier eine Strahlung oberhalb 780 nm. Es dringt bis in das Substrat 1 vor und erzeugt dort Elektronen-Lochpaare. Damit die Minoritätsladungsträger dieser Paare nicht bis in die photoelektrisch aktive Schicht 3 gelangen können, wird in der Pufferschicht 2 die Minoritätsträgerlebensdauer durch eine hohe Dotierung abgesenkt. Beispielsweise kann die Do- tierungskonzentration in diesem Bereich auf Werte größer 1018 cm"3 eingestellt werden. Zusätzlich verhindert der Sprung 10 im Energiebandabstand zwischen der Pufferschicht 2 und der photoelektrisch aktiven Schicht 3 das Eindringen von Minoritätsladungsträgern aus dem Substrat 1 in die Raumladungszone der photoelektrisch aktiven Schicht 3, so daß die Strahlung λ(C) nicht zum Photostrom beiträgt. Die Strahlung λ(B), die einen Wellenlängenbereich von 710 bis 780 nm repräsentiert, dringt bis in die photoelektrisch aktive Schicht 3 vor, wird dort absorbiert und generiert Elektronen-Loch-Paare, die in der Raumladungszone getrennt werden und somit zum Photostrom beitragen.The very long-wave optical signal λ (C) here represents radiation above 780 nm. It penetrates into the substrate 1 and generates electron-hole pairs there. So that the minority charge carriers of these pairs cannot get into the photoelectrically active layer 3, the minority carrier lifetime is reduced in the buffer layer 2 by a high doping. For example, the doping concentration in this area can be set to values greater than 10 18 cm "3. In addition, the jump 10 in the energy band gap between the buffer layer 2 and the photoelectrically active layer 3 prevents the penetration of minority charge carriers from the substrate 1 into the space charge zone of the photoelectric active layer 3 so that the radiation λ (C) does not contribute to the photocurrent The radiation λ (B), which represents a wavelength range from 710 to 780 nm, penetrates into the photoelectrically active layer 3, is absorbed there and generates electrons - Hole pairs that are separated in the space charge zone and thus contribute to the photocurrent.
Die Strahlung λ (A) , die Wellenlängen kleiner als 710 nm enthält, wird vollständig in der Sperrfilterschicht 4 ab- sorbiert . Die generierten freien Minoritätsladungsträger werden jedoch noch innerhalb der Sperrfilterschicht 4 durch Rekombination zum Verschwinden gebracht. Dies wird insbesondere erreicht durch eine ausreichend hohe Dotierungskonzentration, die eine Absenkung der Minoritätsträgerlebens- dauer zur Folge hat, und zwar besonders im oberflächennahen Bereich der Sperrfilterschicht 4. Zusätzlich werden die Minoritätsträger durch den Gradienten des Bandabstandes an einer Bewegung in Richtung auf die Raumladungszone gehindert. Durch diese Gestaltung der Sperrfilterschicht 4 wird
erreicht, daß die hier absorbierten Photonen nicht zum Photostrom der Photodiode beitragen können.The radiation λ (A), which contains wavelengths less than 710 nm, is completely absorbed in the barrier filter layer 4. However, the generated free minority charge carriers are made to disappear within the barrier filter layer 4 by recombination. This is achieved in particular by a sufficiently high doping concentration, which results in a reduction in the minority carrier lifetime, in particular in the area of the barrier filter layer 4 near the surface. In addition, the minority carriers are prevented from moving in the direction of the space charge zone by the gradient of the band gap. This design of the barrier filter layer 4 achieved that the photons absorbed here can not contribute to the photocurrent of the photodiode.
[045] Die spektrale Photoempfindlichkeit einer pn-Über- gangs-Photodiode aus AlGaAs ist in Figur 5 angeben. Gegenüber einer UN-empfindlichen GaP-Photodiode oder einer breitbandigen herkömmlichen Si-Photodiode ist die erfindungsgemäß gestaltete Diode gemäß der Kurve 13 sehr schmalbandig empfindlich um die Mittenwellenlänge λM = 740 nm. Die Flankensteilheit wird wesentlich durch die Änderung der Bandlücke innerhalb der Sperrfilterschicht 4 für die kurzwellige Flanke und durch die Änderung der Bandlücke in der photoelektrisch aktiven Schicht 3 für die langwellige Flanke bestimmt . Die spektrale Lage der Flanken läßt sich verhältnismäßig unabhängig voneinander durch die Einstellung der Bandlücken in der Sperrfilterschicht 4 und in der photoelektrisch aktiven Schicht 3 einstellen. Damit ist die spektrale Halbwertsbreite Δλ nicht halbleiterelektronisch bestimmt sondern frei wählbar.The spectral photosensitivity of a pn junction photodiode made of AlGaAs is given in FIG. 5. Compared to a UN-sensitive GaP photodiode or a broadband conventional Si photodiode, the diode designed according to the invention according to curve 13 is very narrow-band sensitive around the center wavelength λ M = 740 nm. The edge steepness becomes essential due to the change in the band gap within the barrier filter layer 4 for the short-wave flank and determined by the change in the band gap in the photoelectrically active layer 3 for the long-wave flank. The spectral position of the flanks can be set relatively independently of one another by adjusting the band gaps in the barrier filter layer 4 and in the photoelectrically active layer 3. The spectral half-width Δλ is therefore not determined electronically by the semiconductor but can be freely selected.
[046] Die Effektivität der Wandlung des optischen in ein elektrisches Signal in dem ausgewählten Wellenlängenbereich ist an der deutlichen Annäherung an die Idealausbeute zu erkennen. Trotz der Filterung bleibt die äußere Quanten- ausbeute mit bis zu 78 % höher, als bei den breitbandig empfindlichen Photodioden der Elementhalbleiter.The effectiveness of the conversion of the optical signal into an electrical signal in the selected wavelength range can be seen from the clear approximation to the ideal yield. Despite the filtering, the external quantum yield remains up to 78% higher than that of the broadband sensitive photodiodes of the element semiconductors.
[047] Die Besonderheit der erfindungsgemäßen Photodiode liegt unter anderem auch in dem erweiterten Arbeitstempera- turbereich. Figur 6a zeigt, daß der Photostrom IPH der 74Onm-Photodiode unter konstanten äußeren Vorspannungs- und Belichtungsbedingungen gemäß der Kurve 14 bis 75 °C nicht unter 90% und bis 120°C nicht unter 75% des Raumtemperaturwertes sinkt . Als Ursache der geringfügigen Änderung ist
nach der Kurvenschar 15-17 in der Figur 6b die Parallel- verschiebung des Empfindlichkeitsverlaufes zu längeren Wellenlängen zu erkennen. Beim Übergang von Raumtemperatur 25°C (Kurve 15) zu einer Umgebungstemperatur von 60°C (Kurve 16) bzw. 74 °C (Kurve 17) werden auch die Flanken der Empfindlichkeitskurven nicht flacher. Die Ergebnisse früherer Untersuchungen zur Temperaturabhängigkeit der Minoritätsträgerlebensdauer in Elementhalbleitern oder Verbin- dungshalbleitern von Elementen der 3. Und 5. Gruppe des Pe- riodensystems sind relativ einheitlich.[047] The special feature of the photodiode according to the invention is, inter alia, the extended operating temperature range. Figure 6a shows that the photocurrent I PH of the 74Onm photodiode under constant external bias and exposure conditions according to the curve 14 to 75 ° C does not fall below 90% and up to 120 ° C not below 75% of the room temperature value. The cause of the slight change is after the family of curves 15-17 in FIG. 6b, the parallel shift of the sensitivity curve to longer wavelengths can be seen. When changing from room temperature 25 ° C (curve 15) to an ambient temperature of 60 ° C (curve 16) or 74 ° C (curve 17), the edges of the sensitivity curves do not become flatter either. The results of earlier studies on the temperature dependence of the minority carrier lifetime in element semiconductors or compound semiconductors of elements of the 3rd and 5th group of the periodic system are relatively uniform.
[048] Aus Literaturangaben für Silizium, GaAs, AlGaAs, GaP und GaN geht hervor, daß die Diffusionslänge Lp, Ln gemäß der Gleichung L = LQ Vexp (-Ea/kT) sich mit der Aktivie- rungsenergie Ea mit der Temperatur T ändert, wenn L0 einen Skalierungsfaktor der Diffusionslänge darstellt. Die Akti- vierungsenergie schwankt zwischen 45 und 90 meV und die Diffusionslänge vergrößert sich dementsprechend mit steigender Temperatur. Bei den indirekten Halbleitern aus VPE-n-GaP:S und LPE GaP: Mg wächst die Lebensdauer sowohl bei Messungen aus der gespeicherten Ladung nach dem Sperrträgheitsverfahren, als auch aus Messungen des Abklingens der Photolumineszenz . Wenn allerdings die Start-, Züchtungs-, Dotierungs- und Ab- kühlprozesse geändert (Vgl. DD-A 251 699 A3) und Möglichkeiten für die Entstehung anderer Arten von Punktdefekten, z.B. in hoch mit isoelektronischen Störstellen dotierten VPE-n-GaP:N, Te, gegeben sind, können die Abklingergebnisse durchaus in Kontrast zu der allgemein gültigen Tendenz ste- hen. Wirken hier tiefe akzeptorartige Traps mit nahezu T- unabhängigen Einfangquerschnitten, dann verschwindet der markante Einfluß der Temperatur auf die Minoritätsträgerlebensdauer sowohl bei geringen, wie bei hohen Anregungs- dichten.
Bestimmt allerdings die Oberflächenrekombination das optische Zeitverhalten, dann ist besonders bei niedrigen Anregungsdichten ein schnelleres Abklingen bei wachsender Temperatur festzustellen, wenn das Licht vorzugsweise in den oberflächennahen Schichten absorbiert wird.From literature references for silicon, GaAs, AlGaAs, GaP and GaN it can be seen that the diffusion length L p , L n according to the equation L = L Q Vexp (-E a / kT) coincides with the activation energy E a the temperature T changes when L 0 represents a scaling factor of the diffusion length. The activation energy fluctuates between 45 and 90 meV and the diffusion length increases accordingly with increasing temperature. In the case of indirect semiconductors made of VPE-n-GaP: S and LPE GaP: Mg, the lifespan increases both for measurements from the stored charge according to the blocking inertia method and for measurements of the decay of the photoluminescence. However, if the start, breeding, doping and cooling processes are changed (see DD-A 251 699 A3) and possibilities for the development of other types of point defects, for example in VPE-n-GaP: N highly doped with isoelectronic impurities , Te, the decay results may well be in contrast to the generally accepted trend. If deep acceptor-like traps with almost T-independent capture cross-sections act here, then the marked influence of temperature on the minority carrier lifetime disappears both with low and with high excitation densities. However, if the surface recombination determines the optical time behavior, then a faster decay at increasing temperature can be determined, especially at low excitation densities, if the light is preferably absorbed in the layers near the surface.
[049] Die Messungen der Temperaturabhängigkeit der spektralen Empfindlichkeit der hier vorgestellten wellenlängenselektiven Photodioden weisen im Gegensatz zur bisherigen Erfahrung der Fachwelt auf keine einschneidende Veränderung der Lebensdauer der Minoritätsladungsträger hin. Damit treten keine nachteiligen Folgen aus Temperaturabhägigkeiten für die Selektivität der Photoempfänger ein. Die Verschiebung des Spektralverlaufs ist der Temperaturab- hängigkeit des Bandabstandes des Halbleitermaterials zuzuschreiben. Dementsprechend hat sich die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger trotz ihrer hohen Temperaturabhängigkeit noch nicht so weit vergrößern können, daß durch erhöhte Diffusionslängen gegenüber den konstanten Schicht- dicken die Sperrfilterfunktion geschwunden oder der kurzwellige oder der langwellige Ausläufer verfälscht wurden.The measurements of the temperature dependence of the spectral sensitivity of the wavelength-selective photodiodes presented here do not indicate any drastic change in the service life of the minority charge carriers, in contrast to the experience of the experts to date. This means that there are no adverse consequences from temperature dependencies for the selectivity of the photoreceivers. The shift in the spectral curve is attributable to the temperature dependence of the bandgap of the semiconductor material. Accordingly, the service life of the minority charge carriers, despite their high temperature dependency, has not yet been able to increase to such an extent that the blocking filter function has waned or the short-wave or long-wave tails have been falsified by increased diffusion lengths compared to the constant layer thicknesses.
2. Ausführungsbeispiel2nd embodiment
[050] Mit dem 2. Ausführungsbeispiel wird eine Photodiode im nahen Infrarotbereich (1,0 bis 1,7 μm) erläutert. Schmalbandige und wellenlängenselektive Photodioden sind hier von Interesse, wenn z.B. verschiedene Signalträgerwellen ungeachtet ihrer Laufzeitunterschiede gemeinsam über die gleiche Faser übertragen, aber separat erfaßt werden sollen. Für derartige Einsatzfälle sind ternäre und quarternäre Mischverbindungshalbleiter des InGaAsP-Systems geeignet.
[051] Die Gitterkonstante der gewählten Mischverbindung von In!_xGaxAs überspannt von 6,06 A für x=0 von InAs bis 5,65 A für x=l von GaAs einen relativ großen Bereich im Vergleich zum AlGaAs-System. Das für dieses Beispiel gewählte Substrat aus InP liegt nach den Beschichtungsergebnissen von G.A. Antypas (1972) über die GalnAsP-Legierung (veröffentlicht in der Monographie : „GalnAsP Alloy semiconductors" von T.P. Pearsall im Verlag John Wiley __ Sons Ltd. Chi- ehester, 1982 ) und nach R. Sankaran et. al . (veröffentlicht in der Zeitschrift Journal Crystal Growth, 33 (1976), S. 271) mit einer Gitterkonstanten von 5,869 A gut dazwischen. Über definierte x- und y-Wertepaare im Ini-xGaj-ASyPi-y kann die Gitterkonstante der zu bildenden neuen Schichten exakt auf den Substratwert eingestellt werden. Z.B. läßt sich mit den Wertepaaren {x=0,16 und y=0,33}; {θ,27 und 0,6}, {0,40 und 0,85} sowie {θ,47 und 1,0} jede Fehlabweichung vermeiden. Dadurch läßt sich das Konfinementkonzept der Strahlungsab- sorption durch Schieben der Absorptionskante auf 1,12 μm, 1,3 μm 1,55 μm oder 1,65 μm bedarfsgerecht angleichen.The second exemplary embodiment explains a photodiode in the near infrared range (1.0 to 1.7 μm). Narrow-band and wavelength-selective photodiodes are of interest here if, for example, different signal carrier waves are to be transmitted together via the same fiber, regardless of their propagation time differences, but are to be recorded separately. Ternary and quaternary mixed compound semiconductors of the InGaAsP system are suitable for such applications. The lattice constant of the selected mixed compound of In ! _ x Ga x As spans a relatively large range from 6.06 A for x = 0 of InAs to 5.65 A for x = 1 of GaAs compared to the AlGaAs system. The InP substrate chosen for this example is based on the coating results from GA Antypas (1972) on the GalnAsP alloy (published in the monograph: "GalnAsP Alloy semiconductors" by TP Pearsall published by John Wiley __ Sons Ltd. Chiehester, 1982 ) and according to R. Sankaran et. al. (published in the journal Journal Crystal Growth, 33 (1976), p. 271) with a lattice constant of 5.869 A. With defined x and y value pairs in the Ini x Gaj -AS y Pi- y the lattice constant of the new layers to be formed can be set exactly to the substrate value, eg with the value pairs {x = 0.16 and y = 0.33}; {θ, 27 and 0.6} , {0.40 and 0.85} as well as {θ, 47 and 1.0} avoid any misalignment, which allows the concept of radiation absorption to be defined by pushing the absorption edge to 1.12 μm, 1.3 μm 1.55 Adjust μm or 1.65 μm as required.
[052] Soll das λM-Tuning erfindungsgemäß auf das Konfine- ment der Minoritätsträgerlebensdauer entlang des Lichtweges gestützt werden, kann dies vorbei an den gitterisometrischen Gegebenheiten der aufzutragenden Mischverbin- dungshalbleiterschichten einerseits durch Rückgriff auf das ternäre GaxInι_xAs und die Abstufung des In-Anteils erfolgen.[052] According to the invention, if the λ M tuning is to be based on the definition of the minority carrier lifetime along the light path, this can be done by ignoring the grid-isometric conditions of the mixed compound semiconductor layers to be applied, on the one hand by using the ternary Ga x Inι_ x As and the gradation of the In proportion.
[053] Es wird nun eine Photodiode mit einer in der Licht- leiternachrichtentechnik gefragten Mittenwellenlänge λM von 1,3 μm beschrieben (Fig. 7a, 7b, 8) . Zu diesem Zweck wird als Substrat 18 ein (100) -orientiertes , hoch dotiertes n- leitendes InP (Sn oder Te = 2 1018 cm3) mit einer 3 μm di-
27[053] A photodiode with a center wavelength λ M of 1.3 μm, which is in demand in optical fiber communication technology, will now be described (FIGS. 7a, 7b, 8). For this purpose, a (100) -oriented, highly doped n-type InP (Sn or Te = 2 10 18 cm 3 ) with a 3 μm di 27
cken ebenfalls n-leitenden Pufferschicht 19 aus InP bedeckt. Darüber wird mit Hilfe der MO-Gasphasenepitaxie eine photoelektrisch aktive Schicht 20 mit einer Schichtdicke von 2-5 μm gebildet. Diese auf die Zielwellenlänge zuge- schnittene Epitaxieschicht aus n-leitendem Ini-xGaxAs wird auf einen x-Wert von 0,47 und damit auf eine Gitterkonstante von 5,869 A eingestellt. Dadurch ist die photoelekt- risch aktive Schicht 20 gut an das Substrat 18 angepaßt. Mit seiner Bandlücke von 0,73 eV ist es aber deutlich schmalbandiger als die des Substrats 18 und der Pufferschicht 19 ( Bandabstand 1,35 eV) . Bei einer Dotierungskonzentration von 4 1015 cm3 in der photoelektrisch aktiven Schicht 20 beträgt der Absorptionskoeffizient 1,2 104 cm"1 bei λ = 1,3 μm. Die Minoritätsträgerlebensdauer ist hier größer als 103 ns .Also cover n-type buffer layer 19 made of InP. A photoelectrically active layer 20 with a layer thickness of 2-5 μm is formed over it with the aid of the MO gas phase epitaxy. This epitaxial layer made of n-conducting Ini x Ga x As is tailored to the target wavelength and is set to an x value of 0.47 and thus to a grating constant of 5.869 A. As a result, the photoelectrically active layer 20 is well matched to the substrate 18. With its band gap of 0.73 eV, however, it is significantly narrower than that of the substrate 18 and the buffer layer 19 (band gap 1.35 eV). With a doping concentration of 4 10 15 cm 3 in the photoelectrically active layer 20, the absorption coefficient is 1.2 10 4 cm "1 at λ = 1.3 μm. The minority carrier lifetime here is greater than 10 3 ns.
[054] An die photoelektrisch aktive Schicht 20 schließt sich zur Bildung eines pn-Überganges 21 nun eine p-leitende, Zn-dotierte Inι_xGaxAs-Epitaxieschicht, die Sperrfilterschicht 22, an. Die Sperrfilterschicht 22 wird deshalb mit einem größeren x-Wert als die photoelektrisch aktive Schicht 20 versehen. Der x-Wert liegt jetzt bei 0,65 und die Sperrfilterschicht 22 ist 7 μm dick. Nahe dem pn-Über- gang ist die Dotierungskonzentration der Akzeptoren mit 5 1017 cm3 gleichmäßig verteilt. Der frontale Teil der Sperr- filterschicht 22 ist mit einer dünnen, sehr hoch dotierten Deckschicht 23 versehen, in der die Zinkdotierung durch Diffusion aus äußeren Quellen auf 1,5-2 1019 cm3 mit einem steil abfallenden Profil getrieben wurde. Abweichend von der Minoritätsträgerlebendauer in der schwächer dotierten Sperrfilterschicht 20 mit ca. 10ns ist in der hoch dotierten Deckschicht 23 die Minoritätsträgerlebensdauer auf 100 bis 30 ps abgesenkt. Alle in der Deckschicht 23 von absorbierten Photonen gebildeten Elektronen-Loch-Paare ver-
schwinden durch die kurze Lebensdauer der Minoritäts- ladungsträger sofort wieder.[054] The photoelectrically active layer 20 is now followed by a p-type, Zn-doped In 1 x Ga x As epitaxial layer, the blocking filter layer 22, in order to form a pn junction 21. The barrier filter layer 22 is therefore provided with a larger x value than the photoelectrically active layer 20. The x value is now 0.65 and the barrier filter layer 22 is 7 μm thick. Near the pn junction, the doping concentration of the acceptors is evenly distributed at 5 10 17 cm 3 . The frontal part of the barrier filter layer 22 is provided with a thin, very highly doped cover layer 23, in which the zinc doping was driven to 1.5-2 10 19 cm 3 with a steeply falling profile by diffusion from external sources. Deviating from the minority carrier lifetime in the less doped barrier filter layer 20 with approximately 10ns, the minority carrier lifetime is reduced to 100 to 30 ps in the highly doped cover layer 23. All electron-hole pairs formed in the cover layer 23 by absorbed photons disappear immediately due to the short lifespan of the minority charge carriers.
[055] Eine Begrenzung der Fläche des pn-Übergangs 21 auf 10"4cm2 pro Chipelement für eine Kleinflächenphotodiode wird auf dem Wafer durch eine herkömmliche Ätzung eines Mesa 24 vorgenommen (Fig. 8) . Alle auf dem Substrat 18 befindlichen Schichtzonen werden rund um den Mesa 24 bis zum Substrat 18 hin entfernt. Die Böschung des Mesa 24 zeigt einen kleinen Böschungswinkel, so daß die über die Böschung gezogenen Schichten rißfrei von der Mesaerhebung auf die Substratoberflache übergehen. Um den direkten Streulicht- einfall über die Böschung in die photoelektrisch aktive Schicht 20 zu unterdrücken, ist die Böschung mit einer lichtundurchlässigen Blende 26 abgedeckt. Ein Bestandteil dieser Blende 26 ist eine Metallschicht, die einen Frontkontakt 27 zur hoch p-leitenden Sperrfilterschicht 22 herstellt und oberhalb einer Isolierschicht 25 aus Si3N4 teilweise über die Böschung des Mesa 24 gezogen ist. Die Blende 26 läßt sich durch lichtdichte, nichtleitende Schichten auf die übrige nicht vom Mesa 24 eingenommene Frontfläche des Chips ausdehnen. Der Frontkontakt 27 wird über eine Draht- brücke 29, die auf einer Bondinsel 28 angebracht ist, mit definiertem Sperrpotential versorgt. Ein Rückkontakt 30 ist auf Massepotential gelegt.
[055] A limitation of the area of the pn junction 21 to 10 "4 cm 2 per chip element for a small area photodiode is performed on the wafer by a conventional etching a mesa 24 (Fig. 8). All layer zones located on the substrate 18 to be approximately around the mesa 24 to the substrate 18. The slope of the mesa 24 has a small slope angle, so that the layers drawn over the slope pass from the mesa elevation to the substrate surface without cracks, for the direct incidence of scattered light via the slope into the photoelectric To suppress active layer 20, the embankment is covered with an opaque diaphragm 26. A component of this diaphragm 26 is a metal layer which makes a front contact 27 to the highly p-conducting barrier filter layer 22 and above an insulating layer 25 made of Si 3 N 4 partly via the Embankment of the mesa 24. The aperture 26 can be made by light-tight, non-conductive layer n Expand to the remaining front surface of the chip not occupied by the mesa 24. The front contact 27 is supplied with a defined blocking potential via a wire bridge 29 which is attached to a bond island 28. A back contact 30 is connected to ground potential.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Substrat Pufferschicht Photoelektrisch aktive Schicht Sperrfilterschicht Deckschicht Entspiegelungsschicht Frontkontakt Rückkontakt Sprung (der Bandlücke zwischen der Sperrfilterschicht 4 und der photoelektrisch aktiven Schicht 3) Sprung (der Bandlücke zwischen der photoelektrisch aktiven Schicht 3 und der Pufferschicht 2) Profilteil (Dotierungsprofil im p-leitenden Gebiet) Profilteil (Dotierungsprofil im n-leitenden Gebiet) Kurve (Photoempfindlichkeit einer wellenlängenselektiven 74Onm-Photodiode) Kurve (Temperaturempfindlichkeit des Photostromes IPH in relativen Einheiten) Kurve (Spektralempfindlichkeit des Photostromes bei 25 °C) Kurve (Spektralempfindlichkeit des Photostromes bei 60°C) Kurve (Spektralempfindlichkeit des Photostromes bei 74°C) Substrat ( (100) -orientiertes, hoch dotiertes n-lei- tendes InP) Pufferschicht (aus n-leitendem InP) photoelektrisch aktive Schichtzone (aus n-leitendem Inι_xGaxAs mit x-Wert von 0,47) pn- Übergang Filterschicht (p- leitende , Zn-dotierte Inι_xGaxAs - Schicht )
Deckschicht (dünn, sehr hoch Zn-dotiert) Mesa Isolierschicht (aus Si3N4) lichtundurchlassige Blende Frontkontakt (zur hoch p-leitenden Filterschicht; Bondinsel Drahtbrücke
Substrate buffer layer photoelectrically active layer barrier filter layer top layer anti-reflective layer front contact back contact crack (the band gap between the barrier filter layer 4 and the photoelectrically active layer 3) crack (the band gap between the photoelectrically active layer 3 and the buffer layer 2) profile part (doping profile in the p-conducting region) profile part (Doping profile in the n-type region) curve (photosensitivity of a wavelength-selective 74Onm photodiode) curve (temperature sensitivity of the photocurrent I PH in relative units) curve (spectral sensitivity of the photocurrent at 25 ° C) curve (spectral sensitivity of the photocurrent at 60 ° C) curve ( Spectral sensitivity of the photocurrent at 74 ° C) substrate ((100) -oriented, highly doped n-conductive InP) buffer layer (made of n-conductive InP) photoelectrically active layer zone (made of n-conductive Inι_ x Ga x As with x value of 0.47) pn junction filter layer (p-type, Z n-doped Inι_ x Ga x As layer) Cover layer (thin, very high Zn-doped) Mesa insulating layer (made of Si 3 N 4 ) opaque panel front contact (to the high p-conductive filter layer; bond island wire bridge